DE2658034A1

DE2658034A1 - Falschdralltexturierverfahren fuer feine polyamid-garne

Info

Publication number: DE2658034A1
Application number: DE19762658034
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Dr Bass; Karlheinz Dr Feltgen; Udo Haensel; Rudolf Juergen Dr Klee; Edgar Dr Muschelknautz
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1978-07-06
Also published as: FR2375360A1

Description

Falschdralltexturierverfahren für feine Polyamid-Garne

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung texturierter Endlosgarne und -fäden aus faserbildendem, hochmolekularem Polyamid nach der Falschdrallmethode.

Die Erfindung geht aus von einem Falschdrallverfahren nach der Gattung des Hauptanspruches.

Bei den Verfahen der Falschdralltexturierung wird ein endloses Garn, das zumindest teilweise aus thermoplastischem Material besteht, kontinuierlich über ein Lieferwerk einem Texturierfeld, bestehend aus Heizeinrichtung, Kühlzone und Drallgeber, zugeführt und kontinuierlich von einem zweiten Lieferwerk abgezogen und mit oder ohne Nachbehandlung auf eine Hülse aufgewickelt* Der Geschwindigkeit ν der Falschdrahttexturierung sind mit dem klassischen Drehröhrchen dadurch Grenzen gesetzt, daß die maximale Drehzahl n_s des Röhrchens aufgrund der Festigkeit der verwendeten Materialien auf ca. 1 Mio Upm "begrenzt ist.

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Es gilt die Beziehung

V = S

ο D_o (1)

worin D die im Garn aufzuprägende Verdrillung (Garndrehung pro Längeneinheit) im Texturierfeld bedeutet. Entsprechend bekannter Praxis muß D umso höher eingestellt werden, je feiner der Garntiter Ti wird. So sind z.B. bei Ti = 167 dtex D = 2500 Drehungen pro Meter (m~ ), bei Ti = 44 dtex

O A

bereits D ^{= 400}° ^m üblich. Mit n_g - 1 Mio Upm als oberer Grenze lassen sich daher mit dem klassischen Drehröhrchen nur Geschwindigkeiten kleiner 400 m/min erreichen.

Verwendet man Friktionsdrallgeber, so erscheinen Geschwindigkeiten v^-IOOO m/min theoretisch einfach erreichbar, da die Oberflächengeschwindigkeit der Friktionsflächen entsprechend des kleinen Garndurchmessers in Drehgeschwindigkeiten des Garnes ^4 Mio Upm umgesetzt werden sollten. Im Gegensatz zum Drehröhrchen tritt auf Friktionsflächen jedoch Drehungsschlupf auf, d.h. das Garn rollt nicht auf den Friktionsflächen ab.

Die schlupflose oder rollende Drallerteilung mit versetzt gegeneinander angeordneten Friktionsscheiben bzw. -ringen wird zwar in DT-OS 2 310 803 bzw. DT-OS 2 040 749 beansprucht, die Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Garn und Friktionsflächen nur für einige Sonderfälle an wenigen Punkten der Berührungskurven verschwindet. Dieser grundsätzlich vorhandene Schlupf ist Ursache einer Vielzahl von Schwierigkeiten beim Betrieb von Friktionsdrallgebern.

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So ist es z.B. nicht mehr möglich, die tatsächliche im Texturierfeld aufgebrachten Drehungen D aus der Maschineneinstellung zu ermitteln, da der Schlupf von den Reibungskräften zwischen Garn und Friktionsflächen abhängt. Die Reibungskräfte wiederum werden vom Reibungskoeffizienten, der Garnlaufkurve über die Friktionsflächen, der Verdrillungsgeometrie des Garnes und von den Temperatur- und Verzugs-abhängigen Garnzugkräften beeinflußt.

Die Vielzahl der Einflußgrößen bringt es mit sich, daß beim Betrieb vielstelliger Texturiermaschinen stellenbezogene Unterschiede zu ungleichförmiger Texturierung führen, die in der Fertigware als Volumens- bzw. Farbunterschiede oder bei mehrsystemiq verarbeiteten Rundstrickartikeln als Maschenunregelmäßigkeiten erkennbar sind, d.h. für Produktionsbedingungen wird kein ausreichendes Qualitätsniveau erreicht.

Eine aufgrund der Statistik unvermeidbare Summation geringer Abweichungen von Stelle zu Stelle wirkt sich bei Geschwindigkeiten ν >" 700 m/min besonders negativ aus.

Höhere Geschwindigkeiten erfordern längere Garnwege sowohl im Bereich der Fixierheizung als auch für die sich anschließende Abkühlzone. Diese längeren Strecken begünstigen Garnschwingungen, die sich bei Friktionsdrallgebern durch Spannungsrückkoppelung aufschaukeln können und zu ungleichförmiger Texturierung auch längs des Einzelgarnes führen.

Oszillationsvorgänge bewirken bei hohen Geschwindigkeiten verstärkten Garnabrieb an Führungselementen und reduzieren die Laufsicherheit (höhere Fadenbruchrate).

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Es sind drei Verfahrensschemata bekannt, die für die Herstellung texturierter Endlosgarne und -fäden aus thermoplastischen Materialien benutzt werden. Bei der Kops-Texturierung werden ausgestreckte Garne oder Fäden der Texturiermaschine vorgelegt, wobei die Ausstreckung kontinuierlich während des Spinnprozesses oder in einem separaten Streckvorgang auf speziellen Maschinen durchgeführt wurde. Bei der Konsekutiv-Strecktexturierung werden Strecken und Texturieren auf einer Maschine kontinuierlich nacheinander in einem Streckfeld und einem Texturierfeld durchgeführt. Bei der Simultan-Strecktexturierung wird im Texturierfeld gleichzeitig gestreckt. Das Vorlagegarn für Simultan- und Konsektiv-Prozeß ist nicht ausgestrecktes Spinngut.

Bekannt sind Friktionsdrallgeber verschiedenster technischer Ausführungen. In die Gruppe der sogenannten Innenfriktionsdrallgeber fallen drehbar gelagerte Hohlzylinder, durch die das Garn gezogen wird und deren mit dem Garn in Reibkontakt befindlichen Flächen aus einem Material mit hohem Reibungskoeffizienten besteht ("bush"-Typ, GB-PS 797 051). Die Röhrchen können vom Garn mehrfach durchlaufen werden (z.B. DT-OS 2 253 206) mit dem Ziel, ein zur Verdrillung des Garnes ausreichendes Drehmoment bereitzustellen.

Ein wesentlicher Nachteil dieser "bush"-Drallgeber besteht darin, daß die Garnzugkraft nach dem Drallgeber bei Drallgeberdrehzahlen bzw. Reibflächengeschwindigkeiten, die "theoretisch" für die Verdrillung des Garnes ausreichen müßten, ein Vielfaches der Garnzugkraft vor dem Drallgeber beträgt. Dieser Zugkraftanstieg kann zur Schädigung des Garnes bzw. dessen Kräuselung führen. Um dies zu vermeiden, muß die Drallgeberdrehzahl erhöht werden, d.h. es wird mit hohem

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Schlupf gearbeitet. In der Praxis sind dem insofern Grenzen gesetzt, als die Lebensdauer von Kugellagern mit steigender Drehzahl stark abnimmt und die auftretenden Fliehkräfte nur mit erheblichem technischem Aufwand zu beherrschen sind. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß Texturiergeschwindigkeiten größer 700 m/min großtechnisch nur durch Maßnahmen zu erreichen sind, die den Fördereffekt von Reibflächen ausnutzen, der dadurch entsteht, daß das Garn schräg über die Reibflächen geführt wird, derart, daß die Richtung der Reibflächenbewegung mit der Garnlaufrichtung einen spitzen Winkel einschließt.

In der DT-OS 2 313 723 wird z.B. eine Innenfriktionsvorrichtung beansprucht, bei der ein schräger Garnlauf dadurch erzielt wird, daß zwei oder mehrere Röhrchen hintereinander geschaltet werden, deren einlaufseitige Reibflächen jeweils einen hohen und deren auslaufseitigen Reibflächen jeweils einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisen, bzw. deren Auslauf-Reibflächen durch bekannte Fadenführer ersetzt sind. Um niedrige Fadenzugkräfte nach dem Drallgeber zu erreichen, muß jedoch immer noch mit zu hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Reibflächen und Garn gearbeitet werden.

Der hohe Schlupf vermindert einerseits die Texturiersicherheit, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten und andererseits wird eine erhebliche Gleitreibungsenergie freisetzt, die zu Materialschädigungen führen kann.

Den Innenfriktionsdrallgebern zuzurechnen sind Ringe, deren Innenrand als Reibflächen ausgebildet mit dem Garn in Kontakt sind. Entsprechend DT-OS 2 040 749 ist ein fördernder

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Drallgeber durch Schrägstellen der Ringebenen mehrerer Ringe gegen die Garnlaufrichtung zu erzielen.

Weiterhin sind Friktionsdrallgeber bekannt, die aus einem oder mehreren Rotationskörpern bestehen, deren Außenflächen mit dem Garn in Berührung kommen und ein Schräglauf durch zusätzliche Fadenführer erreicht wird (DT-AS 1 660 639, DT-OS 2 351 575).

Drallgeber, welche den Fördereffekt auf derartige Weise erzielen, sind entweder technisch aufwendig oder können die geforderte Gleichmäßigkeit von Stelle zu Stelle nicht erreichen.

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchshat demgegenüber den Vorteil, daß insbesondere für feine Garntiter ( ·*£· 80 dtex) eine Erhöhung der Falschdralltexturiergeschwindigkeit große wirtschaftliche Vorteile bringt. Es gewährt bis zu 1 500 m/min sichere Texturierbedingungen.

Grundsätzlich geeignet zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erwiesen sich im Laufe der Untersuchungen, die zur Erfindung führten. Scheibendrallgeber der in der DT-OS 2 213 881 beschriebenen Ausführung: drei sich gleichsinnig drehende Scheibensätze sind auf drei parallelen Wellen, die die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks bilden, so angeordnet, daß die Scheiben sich gegenseitig überlappend wendeltreppenförmig untereinander gestaffelt liegen. Das Garn durchläuft das Scheibenaggregat hierbei auf einer spiraligen Raumkurve. Die Lehre besagt, daß die Zugkraftverhältnisse an solchen Scheibendrallgebern über weite

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Bereiche beliebig einstellbar sind, durch Variation von Scheibenüberlappung, Scheibendicke, Scheibenabstand, Scheibendurchmesser, Scheibenzahl und Reibungskoeffizient der Friktionsflächen.

Im Laufe der umfangreichen Untersuchungen hat sich jedoch herausgestellt, daß mit wachsender Geschwindigkeit die Zugkraftverhältnisse am Drallgeber allein nicht ausschlaggebend für eine erfolgreiche Texturierung sind, sondern daß je nach Garnprovenienz, Texturierprozeß und Titerbereich Drallgeber und Garnführung im Texturierfeld so aufeinander abgestimmt sein müssen, daß unter normalen Betriebsbedingungen ein absolut schwingungsfreier Garnlauf gewährleistet ist.

Für die Simultan-Strecktexturierung nicht ausgestreckter Polyamidgarne, insbesondere im Titerbereich von 13 bis 78 dtex werden Texturiergeschwindigkeiten bis 1500 m/min dadurch erzielt, daß

a) ein Minimum an Drallstaupunkten im Texturierfeld vorhanden ist, d.h. im wesentlichen ein fast gerader Garnlauf zwischen Streckpunkt und Drallgeber verwirklicht ist;

b) das Garn auf mindestens 80 % der gesamten Texturierfeldlänge auf schwach gekrümmten Kontaktflächen geführt wird, die entweder als gebogene Rohre mit einem Innendurchmesser - 8 mm oder als gebogene Platten mit einer Führungsnut, deren Krümmungsradius im Bereich des Garnlaufs - 4 mm beträgt, ausgeführt sind und vorzugsweise eine Längsriefigkeit mit einer Rauhtiefe von 5 bis 50,um, vorzugsweise 10 bis 25 ,um,aufweisen;

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c) ein Scheibendrallgeber, bestehend aus drei sich gleichsinnig drehenden Scheibensätzen, die auf drei parallelen Wellen, die die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks bilden, so angeordnet sind, daß die Scheiben sich gegenseitig überlappend wendeltreppenartig untereinander gestaffelt liegen, eine Einlaufscheibe und eine Auslaufscheibe als Führungsscheiben vorgesehen sind, die aus einem verschleißfesten Material mit einem möglichst niedrigen Reibungskoeffizienten aber denselben Außendurchmesser wie die dazwischenliegenden 3 oder vorzugsweise 4 Arbeitsscheiben, die aus einem formelastischen Material mit hohem Reibungskoeffizienten bestehen und die Fertigungstoleranzen in solch engen Grenzen vorgeschrieben sind, daß die ümschlingungswinkel der Ränder der Arbeitsscheiben ma:
von den Sollwerten abweichen.

Ränder der Arbeitsscheiben maximal 5 ,vorzugsweise 3 ,

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher

erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

das Verfahrensschema,

den Lauf des Garnes über den Scheibenrand (Seitenansicht)

den Lauf des Garnes über den Scheibenrand (Aufsicht) eine Vorrichtung zur Verhinderung von Garnwickeln (Seitenansicht)

eine Vorrichtung zur Verhinderung von Garnwickeln (Aufsicht)

eine weitere Vorrichtung zur Verhinderung von Garnwickeln (Seitenansicht) eine weitere Vorrichtung zur Verhinderung von Garnwickeln (Ansicht A-A)

Entsprechend Fig. 1 wird ein Garn 1 von einer Vorlagespule einem ersten Lieferwerk 7 zugeführt, läuft über eine gebogene Kontaktheizung 3 und eine gebogene Kontaktfläche durch den Scheibendrallgeber 5 in ein zweites Lieferwerk

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Fig.	1
Fig.	2
Fig.	2a
Fig.	3
Fig.	3a
Fig.	4
Fig.	4a

8 und wird anschließend auf eine Hülse 6 aufgewickelt. Die Krümmungen von 3 und 4 sind hier gegenläufig gezeichnet, können jedoch durchaus gleichsinnig ausgeführt werden. Das Garn wird auf 3 erhitzt und kühlt sich auf 4 wieder ab, wobei 4 als Zwangskühlung mit geregeltem Kühlkreislauf oder als Konvektionskühlung mit der Umgebungsluft ausgeführt werden kann.

Die Längsriefigkeit (Rauhtiefe 5-50 ,um) von 3 und 4, die sich z.B. aus einem üblichen Bearbeitungsverfahren wie Hobeln ergeben kann, erwies sich für die Stabilisierung des Garnlaufs als besonders vorteilhaft.

Man erkennt, daß im Bereich des Texturierfeldes jede scharfe Umlenkung vermieden ist, da an solchen Punkten Zugkraftänderungen und Drallstaueffekte die Gleichmäßigkeit nachteilig beeinflußen.

Das Scheibenaggregat weist mindestens 3, vorzugsweise 4, Drallerteilungsscheiben aus einem formelastischen Material (z.B. Polyurethan) auf, da die Untersuchungen zeigten, daß insbesondere für den unteren Titerbereich von 13 bis 33 dtex die Laufweise durch die Verwendung von 5 oder mehr Drallscheiben, wie handelsüblich, nachteilig beeinflußt wird, d.h. sich wesentlich niedrigere Ausbeuten ergaben. Gleichzeitig wurde festgestellt, daß für die Simultan-Strecktexturierung von Polyamid 6-Garnen 4 Drallscheiben für den gesamten Titerbereich von 13 bis 78 dtex ausreichend sind.

Die Erklärung dieses für die erfolgreiche Lösung der gestellten Aufgabe entscheidenden Ergebnisses ist darin zu sehen, daß die Zahl der frei wählbaren Größen bei Scheiben-

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drallgebern der beschriebenen Art überraschenderweise verhältnismäßig gering ist.

Betrachtet man die Garnlaufkurve über den Scheibenrand

(s. Fig. 2 und 2a), so kann die Umschlingung durch den Winkel"^ und der Schräglauf durch den Winkel^charakterisiert werden.

Für äquidistante Anordnung von Scheiben gleicher Abmessungen kann der Zusammenhang abgeleitet werden:

tan VT = \I Γ

^T sin-f (2)

d.h. je größer die Scheibenumschlingung, desto schräger der Garnüberlauf. Die Umschlingung beeinflußt die Größe der Anpreßkraft und damit über den Reibungskoeffizienten die Reibungskraft. Der Schräglauf bestimmt die Förderwirkung der Scheiben.

Generell ist anzustreben, mit einem hohen Reibungskoeffizien ten zu arbeiten, um die Zahl der Drallscheiben und damit die Berührungslänge klein zu halten. Die Untersuchungen ergaben überraschend, daß mit höherem Reibungskoeffizienten gleichzeitig die Förderwirkung der Einzelscheiben steigt. Aufgrund der Verdrillungsgeometrie der Garne ist ein Schräglauf von 7^= 62° bis 70° erwünscht, d.h. der Gesamtumschlingungswinkel beträgt entsprechend Gl. (2) 2"P= bis 130°, wobei es unwichtig ist,durch welche Scheibenbzw. Aggregatabmessungen dieser 'Umschlingungswinkel erzielt wird. Benutzt man nun zu viele Scheiben für feine Titer, dann wird die Förderwirkung der einlaufseitigen Scheiben zu groß und es kommt zu Oszillationserscheinungen, die insbesondere eine schlechte Ausbeute zur Folge haben.

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Gleichzeitig wurde ermittelt, daß die zulässigen Fertigungstoleranzen der Scheiben und Aggregate für die zu verwirklichenden Texturiergeschwindigkeiten von 700 bis 1500 m/min so festgelegt werden müssen, daß die möglichen Abweichungen des Umschlingungswinkelsf innerhalb eines Drallgebers und von Drallgeber zu Drallgeber maximal 2,5° (d.h. maximal 5° für den Gesamtumschlingungswinkel 2 ψ ) von den Sollwerten betragen.

Beispielhaft sind nachfolgend typische Genauigkeitsbereiche für Produktionskontrollen zusammengestellt:

1. Achsparallelität : +0,15 % des Achsabstandes

(gemessen über die Gesamthöhe des Scheibenpaketes)

2. Scheibenabstand : + 2,5 % des Sollwertes

Tscheibenoberkante zu ' Scheibenoberkante)

3. Seitenschlag der Scheiben : 1,5% des Scheibenabstandes

4. Höhenschlag : 0,06 % des Achsabstandes.

Im folgenden werden Verbesserungen der Scheibendrallgebervorrichtungen beschrieben, die darauf abzielen, die Bedienbarkeit bzw. die Betriebssicherheit solcher Vorrichtungen zu verbessern.

Ein wichtiges Problem bekannter Scheibendrallgeber besteht darin, daß bei Fadenbrüchen häufig Garnwickel auf den Antriebswellen entstehen. Das Auftreten solcher Wickel kann zur Beschädigung des Aggregates führen und das Beseitigen ist oft umständlich und kostspielig. Weiterhin

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kann ein nicht beseitigter Wickel zu Qualitätsverschlechterung führen.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Vorrichtung, die das Auftreten solcher Wickelbildungen sicher vermeidet. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß feststehende Abweisflächen angebracht werden, die die freien Wellenstücke oder Scheibenbünde eines Scheibendrallgebers im Bereich des Garnlaufes abschirmen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Abschnitte zwischen den Scheiben durch gebogene Blechlippen 9 abgeschirmt, die in den Bereich der Scheibenüberlappung frei hineinragen und außerhalb der Scheiben an je einem Stab 10 befestigt sind (s. Fig. 3 und 3a).

In einer weiteren Ausführungsform bestehen die Abweisflächen aus hohlzylindrischen Stücken 11, die die sich drehenden Wellen umfassen (s. Fig. 4 und 4a).

Die Flächen sollten mit möglichst geringem Abstand von den bewegten Scheibenseiten angebracht werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Falschdrallverfahren für die Simultan-Strecktexturierung feiner Polyamid-Endlosgarne oder-fäden mittels Scheibendrallgeber, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination

a) ein nahezu gerader Fadenlauf in der Strecktexturierzone verwirklicht,

b) durch Garnberuhigungselemente ein absolut schwingungsfreier Garnlauf gewährleistet,

c) mindestens eine Einlaufscheibe und eine Auslaufscheibe aus einem verschleißfesten Material mit möglichst niedrigen Reibungskoeffizienten und mindestens 3 dazwischenliegende Arbeitsscheiben aus einem formelastischen Material mit hohem Reibungskoeffizienten verwendet, wobei die durch an sich bekannte Fertigungstoleranzen der Scheibenaggregate verursachten Abweichungen des ümschlingungswinkels des Randes keiner Arbeitsscheibe mehr als 5 Grad vom Sollwert betragen und

d) Texturiergeschwindigkeiten von 700 bis 1500 m/min gefahren werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Garnberuhigungselement gebogene Kontaktflächen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogenen Kontaktflächen eine Längsriefigkeit mit einer Rauhtiefe von 5 bis 50,um aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogenen Kontaktflächen eine Längsriefigkeit mit einer Rauhtiefe von 10 bis 25 /um aufweisen.

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ORIGIN

5. Verfahren nach Anspruch 1 für Polyamid 6-Endlosgarne oder -fäden im Titerbereich von 13 bis 78 dtex, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadentemperatur vor Einlauf in den Scheibendrallgeber zwischen 20 und 12OC beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 für Polyamid 6-Endlosgarne oder -fäden im Titerbereich von 13 bis 78 dtex, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadentemperatur vor Einlauf in den Scheibendrallgeber zwischen 40 und 100°C beträgt.

7. Vorrichtung zur Vermeidung von Garnwickeln auf Scheibendrallgeber, dadurch gekennzeichnet, daß feststehende Abweisflächen die sich drehenden Wellenabschnitte bzw. Scheibenbünde ganz oder teilweise umfassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweisflächen als gebogene Blechstreifen ausgeführt sind, die von außen frei in den Bereich der Scheibenüberlappung hineinragen und außerhalb der Scheiben an einem oder mehreren Stäben befestigt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Abweisflächen aus hohlzylindrischen Rohrstücken bestehen, die die sich drehenden Wellen umfassen.

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