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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
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thermoplastischen Fäden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
kontinuierlichen Herstellung von Fäden aus thermoplastischen Materialien durch Spinnen
mittels üblichen Spinndüsen und Abziehen der Fäden mit Geschwindigkeiten > 3000
m/min , Abkühlen der Fäden durch Anblasen mit einem Kühlmedium, Erwärmung der Fäden
mittels einer Heizvorrichtung in einem Bereich, in dem die Temperatur der Fäden
unterhalb ihrer Verfestigungstemperatur liegt, erneute Abkühlung und Aufwickeln
oder Ablegen in Kannen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Zur Herstellung von thermoplastischen Fäden gibt es mehrere bekannte
Verfahren. Das konventionelle Verfahren besteht darin, daß die Fäden auf Geschwindigkeiten
bis zu 1300 m/min ersponnen, aufgewickelt und dann nach einer gewissen Lagerzeit
in einem zweiten Verfahrensschritt verstreckt und evtl.
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texturiert werden.
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Bei einem anderen Verfahren, das gerade in letzter Zeit immer mehr
auch in produktionstechnischem Maßstab seine Anwendung findet, werden Spinnen und
Strecken zu einem Prozeß - dem Spinnstrecken - zusammengefaßt, wobei dann das Material
meistens mit Geschwindigkeiten zwischen 3000 und 4000 m/min aufgewickelt wird. Dieses
Verfahren stellt zwar gegenüber dem Zweistufenverfahren sowohl in wirtschaftlicher
als auch qualitätsmäßiger Hinsicht eine Verbesserung dar, hat aber auf der anderen
Seite auch erhebliche Nachteile. Insbesondere erfordert es, da die Abzugs- und Streckwalzen
bei hohen Geschwindigkeiten laufen, einen hohen Investitionsaufwand wegen der hohen
maschinenbautechnischen Anforderungen an dieselben.
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Müssen die Galetten, wie z.B. bei Polyester die Abzugs- und die Streckgaletten,
noch beheizbar sein, dann wird wegen des hohen Meß-, Steuer- und Regel-Aufwandes
dieser Faktor ein besonderes Gewicht erfahren. Aus diesem Grunde werden in den US-PSen
3 452 132 und 3 816 992 Verfahren beansprucht, bei denen die beim Verstrecken benötigte
Wärme mittels Dampf in einer Düse zwischen Abzugs- und Streckgalette auf den Faden
übertragen wird.
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Ähnlich arbeitet ein Verfahren, das in der DT-OS 2 203 397 beschrieben
wird. Hier wird mit Geschwindigkeiten von über 3000 m/min abgezogen, so daß kein
definierter Streckpunkt mehr auftritt. Dadurch kann auf den Aufwand eines hot-pins
bzw. einer beheizten Galette verzichtet werden. Während der Restverstreckung kann
der Faden dabei einer Wasserdampfatmosphäre ausgesetzt werden, wobei die Abzugswalze
in der Wasserdampfatmosphäre arbeiten würde, was offensichtlich mit technologischen
Nachteilen verbunden ist.
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Schließlich sei auf das Schnellspinnen hingewiesen. Dabei wird der
Faden mit Geschwindigkeiten von mehr als 3000 m/min von der Düse abgezogen und unmittelbar
aufgewickelt bzw.
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bei der Stapelfaserproduktion in die Kanne abgelegt. Die zum Abzug
benötigte Kraft kann dabei in verschiedener Art und Weise auf den Faden übertragen
werden. Bei besonders hohen Qualitätsansprüchen bzgl. Titerkonstanz wird dabei im
aufwendigeren Fall mittels einer einzelnen Galette mit Beilaufrolle abgezogen. Bei
den heute käuflichen Wickelorganen ist dieser Aufwand bei nicht zu hohen Abzug kräften,
die einen ordentlichen Wickelaufbau stören können, nicht nötig, so daß dabei die
Fäden direkt vom Wickler von der Düse abgezogen werden, wobei sie vorher an einem
frei wählbaren Ort noch mittels Walze oder Einwegpräparationsstift präpariert und
u.U. noch mittels bekannten Vorrichtungen verwirbelt werden. Diese vororientierten
Fäden eignen sich sehr gut für die modernen Stecktexturiermaschinen, bei denen sie
entweder nach dem Sequential- oder nach dem Simultanverfahren restverstreckt und
gekräuselt werden.
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Für die Produktion von glattem Filamentgarnen ist das Schnellspinnverfahren
jedoch nicht für jedes Einsatzgebiet geeignet, da das derart ersponnene Material
sehr hohe Bruchdehnungs-und relativ niedrige Reißfestigkeiten aufweist. Trägt man
die Restverstreckung von schnellgesponnenem Polyester und/oder Polyamid 6 über der
Abzugsgeschwindigkeit auf, dann erhält man bei Extrapolation der dabei erhaltenen
stetigen Kurve auf eine Restverstreckung von 1:1 - d.h. zum vollorientierten Material
hin - eine Abzugsgeschwindigkeit
zwischen 6000 und 8000 m/min. In
Faserforschung und Text.
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Techn. 4.12 (1956) S. 561 wird so z.B. angegeben, daß man bei einer
Schachtlänge von 5 m und einer Einzelnummer des Fadens über 5000 und einer Spinngeschwindigkeit
von rund 4000 m/min einen vollorientierten endlosen Perlonfaden erhält. Nach neueren
Untersuchungen kann man jedoch davon ausgehen, daß zwar mit steigender Abzugsgeschwindigkeit
die Restverstreckung abnimmt, daß jedoch bei Geschwindigkeiten von 4000 m/min z.B.
bei Polyamid 6 die Bruchdehnung immer noch bei über 70 % liegt, d.h. der Faden also
nicht vollorientiert ist. Die Reißfestigkeit liegt dabei bei Werten, die für den
normalen textilen Gebrauch zu niedrig sind. Wird die Abzugsgeschwindigkeit auf über
4000 m/min erhöht, dann kann zwar die Bruchdehnung weiter gesenkt werden, die Reißfestigkeit
bleibt dabei jedoch nahezu konstant. Schon vor Kenntnis der obigen Zusammenhänge
wurden aufgrund technologischer Schwierigkeiten in bezug auf Dauerbeanspruchung
schellaufender Wickelorgane Versuche angestellt, durch geeignete Maßnahmen die Vororientierung
der Fäden ohne entsprechende Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit zu vergrößern. So
wird z.B. in der Zeitschrift HFaserforschung und Textiltechnik" Nr. 6 (1958) S.
226 berichtet, daß die zur Erreichung einer vollorientierten Seide erforderlichen
hohen Abzugsge8chwindigkeiten sich durch Verwendung eines geheizten Spinnachachtes
erheblich erniedrigen lassen.
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Es ist dabei beabsichtigt, den Faden, da die Orientierung der Ketten
vorwiegend hinter der Relaxationszwiebel im noch flüssigen bzw. plastischen Polymer
erfolgt, möglichst lange oberhalb der Glastemperatur zu halten, um so den Ketten
mehr Zeit zur Orientierung zu lassen. Im günstigsten
Fall wird dabei
bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 3500 m/min bei Polyamid-6-Seide und einer Schachttemperatur
von 175°C ein Material mit 84 % Dehnung erhalten. Bei einer Schachttemperatur von
1200C erzielt man 85 % Dehnung. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht demnach darin,
daß ein derartiges Material eine zu hohe Dehnung besitzt.
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Darüber hinaus ist die dabei benötigte Wärmemenge wirtschaftlich von
großem Nachteil. Zudem läßt bei diesem Verfahren die Titerkonstanz viel zu wünschen
übrig.
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In der DL-PS 64 773 sowie in der FR-PS 1 543 661 wird in Weiterentwicklung
dieses Verfahrens ein Verfahren beansprucht, bei dem die Fäden vor der ersten Abzugsgalette,
d.h. zwischen Düse und Abzugsgalette, auf einem heizbaren Fadenbremsorgan auf eine
Temperatur von 50 bis 1300C gebracht. In Abwandlung dazu kann der Faden über beheizte
runde Flächen geführt oder durch erhitzte Flüssigkeiten geleitet werden. Durch die
Reibung auf der Fadenbremse bzw. durch den Strömungswiderstand der Flüssigkeit wird
dabei gewissermaßen eine Vorverstreckung des Fadens erzielt, die noch durch die
gleichzeitige Temperatureinwirkung vergrößert wird. Dieses Verfahren bringt neben
dem Nachteil des erhöhten maschinentechnischen Aufwandes mehrere Probleme mit sich.
Soll so z.B. nach einem Fadenbruch angelegt werden, dann ergibt sich offensichtlich
beim Auflegen des nicht nicht orientierten Fadens auf die beheizte Fadenbremse das
von Texturieren her bekannte Problem des Klebens, d.h. es könnte also bei aufgeheizten
Fadenbremsen erst nach konstantem Abzug der Faden auf die Fadenbremse aufgelegt
werden. Das bringt neben dem erhöhten
Abfall auch noch das Problem
mit sich, daß hier jede Automatisierung erschwert wird. Darüber hinaus ist besonders
bei höheren Geschwindigkeiten ein reibender Kontakt von prinzipieller Nachteiligkeit,
da er immer ein schwaches Glied in der Spinnkette sein wird. Versucht man das Problem
des Anlegens dadurch zu lösen, indem man mit kalter Fadenbremse arbeitet, dann wird
der letztere Aspekt natürlich von besonderem Gewicht sein. Darüber hinaus ist offensichtlich,
daß die durch die Reibung in dem Faden örtlich erzeugte Temperatur nie auf ein Niveau
kommen wird, das aus Kristallisationsgründen angestrebt werden sollte ohne auch
schädigend auf den Faden zu wirken. Deshalb kann durch eine solche Fadenbremse zwar
die Vororientierung in dem Faden erhöht und damit die Restdehnung in dem derart
hergestellten Faden reduziert, nicht aber in ausreichendem Maße auch die Reißfestigkeit
erhöht werden.
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Neben den erstgenannten Verfahren, die beim Abzug den Faden mittels
bestimmter Vorrichtung höher orientieren, um ihn in der nachfolgenden Streckstufe
leichter, schneller und gleichmäßiger strecken zu können, gibt es also eine zweite
Gruppe von Verfahren, die den Faden im Fallschacht vorbehandeln, um das Spinnmaterial
haltbarer bzgl. Lagerung zu machen, wobei bei dieser Gruppe naturgemäß mit Wasserdampf
im Schacht gearbeitet werden muß.
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Außer diesen beiden Verfahrensgruppen gibt es aber zumindest noch
eine weitere. Gemeinsames Merkmal dieser Gruppe ist das Ziel, einen für die Weiterverarbeitung
fertigen Faden zu erhalten, der weitgehend orientiert ist. Die weitgehende Orientierung
des Fadens wird in einigen Fällen
dadurch erreicht, daß mit Höchstgeschwindigkeiten
gesponnen wird. Es werden dabei Geschwindigkeiten bis zu 7000 m/min angegeben. Die
hohen Geschwindigkeiten werden entweder mit Injektions- und/oder Blasdüsen oder
mit mechanischen Abzugsvorrichtungen erzielt, die speziell für solche Geschwindigkeiten
geeignet sind. Beispiele für Injektionsdüse abgezogene Fäden gibt es in den GB-Psen
1 088 851 und 1 660 489. Abgesehen von dem bereits weiter oben bemängelten hohen
technischen und energetischen Aufwand, der für Spinngeschwindigkeiten von größer
als 4000 m/min betrieben werden muß, weist ein solches Material nur schlechte textile
Kennwerte auf.
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In der Offenlegungsschrift 2 117 659 wird eine weitere Verfahrensvariante
des Streckspinnens beansprucht, ein Verfahren also, bei dem es keiner speziellen
Streckvorrichtung bedarf. Das Ziel wurde dabei laut Anspruch dadurch erreicht, daß
die Kapillaren zuerst auf Erstarrungstemperatur oder darunter abgekühlt und anschließend
unter gleichzeitiger Einwirkung der durch die Reibung am umgebenden gasförmigen
Medium aufgebauten Fadenzugkraft, welche gleich der unter den gegebenen Bedingungen
erforderlichen Streckspannung sein muß, auf Temperaturen oberhalb des Erstarrungspunktes
erwärmt werden. Dabei wird als Heizorgan bevorzugt ein Schacht mit Mantelheizung
verwendet.
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Die Wirkungsweise dieses Streckspinnverfahrens wird so gesehen, daß
sich beim Abziehen des Fadens mit der vorgegebenen Abzugsgeschwindigkeit am umgebenden
gasförmigen Medium eine Fadenzugkraft aufbaut, die mindestens gleich der erforderlichen
Verstreckspannung sein muß. Dadurch soll
eine Verstreckung der
Kapillaren stattfinden.
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Auch dieses Verfahren besitzt erhebliche Nachteile, die seiner praktischen
Anwendung im Produktionsmaßstab im Wege stehen. Einer dieser Nachteile liegt darin,
daß dann, wenn ein Faden im Heizrohr reißt, dieser an die heiße Wandung des Heizers
schlägt und dort schmilzt und verklebt. Dieses führt zu erheblichen und schwer zu
behebenden Produktionsstörungen.
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Zusammenfassend kann von den bisher bekannten Streckspinnverfahren
also gesagt werden, daß sie in zwei Gruppen unterteilt werden können. Bei der ersten
Gruppe wird der Faden hinter der Düse für eine gewisse Zeit auf einer Temperatur
oberhalb seiner Erstarrungstemperatur gehalten und dabei mittels einem Abzugsorgan
verstreckt. Anschließend, d.h.
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hinter dem Heizschacht und vor dem Abzugsorgan, wird abgekühlt und
dann aufgespult. Bei der zweiten Gruppe wird der Faden zuerst abgekühlt und dann
wieder aufgeheizt auf eine Temperatur oberhalb seiner Erstarrungstemperatur.
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In diesem Zustand wird es dann mittels einer durch die Reibung des
Mediums einerseits und die Abzugskraft des Abzugsorgans andererseits erzeugte Spannung
verstreckt.
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In Abweichung vom bisher vorliegenden Stand der Technik hat sich nun
überraschend gezeigt, daß auch eine Steigerung der Fadenorientierung erreicht wird,
wenn nach Verlassen des Spinnschachtes in der nachgeschalteten Heizzone nicht eine
Faden spannung mittels geeigneter Einrichtung erzeugt und/oder vergrößert wird,
sondern mittels üblicher Einrichtungen die vom Abzug her gegebene Fadenspannung
unter
gleichzeitiger Wärmeeinwirkung in geeignetem Ausmaß reduziert
wird.
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Demgemäß betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung von Fäden aus thermoplastischen Materialien durch Spinnen mittels üblichen
Spinndüsen und Abziehen der Fäden mit Geschwindigkeiten ' 3000 m/min, Abkühlen der
Fäden durch Anblasen mit einem Kühlmedium, Erwärmung der Fäden mittels einer Heizvorrichtung
in einem Bereich,in dem die Temperatur der Fäden unterhalb ihrer Verfestigungstemperatur
liegt, erneute Abkühlung und Aufwickeln oder Ablegen in Kannen, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Fadenspannung im Bereich der Heizvorrichtung reduziert ud die Verweilzeit
der Fäden im Bereich der Heizvorrichtung auf mindestens 0,25 10 3sec eingestellt
wird.
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Es hat sich bei dieser Verfahrensweise überraschend gezeigt, daß abweichend
vom eingangs genannten Stand der Technik alle obengenannten Nachteile vermieden
werden können. Es wurden vollorientierte Fäden erhalten, für die eine Nachverstreckung
entfällt. Die Vollorientieruny,die sonst erst bei Geschwindigkeiten von > 7000
m/min erhalten würde, wird so bei weitaus niedrigeren Geschwindigkeiten erreicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren findet allgemein Anwendung bei thermoplastischen
Fäden, insbesondere aber bei solchen aus Polyamiden, Polyestern und Polypropylen.
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Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt,
daß man als Heizvorrichtung einen Schacht oder
ein Rohr verwendet,
die mit einem beliebigen Heizmedium beheizt werden können. Am Eingang des Rohres,
d.h. im allgemeinen unterhalb des Spinnschachtes werden die Fäden durch eine Injektordüse
in das beheizte Rohr eingesaugt. Dieses geschieht mit einem auf 100 bis 300°C, vorzugsweise
100 bis 200°C,erhitzten Fluid. Bevorzugt wird als Fluid Dampf verwendet. Jedoch
kann auch erhitzte Luft eingesetzt werden.
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Das beheizbare Rohr wird auf die Solltemperatur des Fluids gebracht,
bevorzugt jedoch auf eine Temperatur, die zwischen der Solltemperatur und einer
Temperatur 50°C darüber liegt.
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Die Länge des beheizten Rohres beträgt 1 bis 4 m, bevorzugt 2-3 m.
Sie ist im Zusammenhang mit der Abzugsgeschwindigkeit für die Einstellung der Verweilzeiten
der Fäden im Heizbereich, in dem die Spannungsreduzierung und die Spannungsfixierung
stattfinden, bedeutsam. Andere bevorzugte Temperaturbereiche sind auf die Substrate
abgestimmt, aus denen die zu behandelnden Fäden bestehen. So hat es sich als zweckmäßig
erwiesen, das beheizbare Rohr mindestens an einem Punkt auf mindestens die Kaltkristallisationstemperatur
des Fadenmaterials einzustellen. Insbesondere eignen sich Temperaturen zwischen
der Kaltkristallisationstemperatur und einer Temperatur, die um BOOC darüber liegt.
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Die Kaltkristallisationstemperatur ist für das jeweilige Fadenmaterial
durch Differentialthermoanalyse bestimmbar.
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Außerdem wurden Temperaturbereiche von 170 bis 27O0C für das beheizte
Rohr als besonders günstig erkannt.
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Wenn die Injektordüse mit Dampf betrieben wird, so soll sich dieser
bevorzugt im Sättigungzustand befinden, da wegen der Kondensation des Dampfes auf
den Fäden in diesem Fall der Wärmeübergang besonders gut ist. In einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich der Dampf im überhitzten Zustand.
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Es ist auch möglich, daß die Fäden oder der Faden vor dem Eintritt
in das beheizte Rohr oder unmittelbar beim Eintritt in das Rohr mit vorzugsweise
bis nahe an den Siedepunkt erhitztem Wasser beaufschlagt und im Dampfrohr mit überhitztem
Dampf aus der Injektordüse umgeben werden.
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Dabei kann man die dosierte Menge des Wassers und die Menge des überhitzten
Dampfes so aufeinander abstimmen, daß der Faden beim Verlassen des Dampfrohres die
übliche Restfeuchte besitzt. Anstatt Wasser kann auch eine geeignete organische
Substanz zudosiert werden, die die Glastemperatur der Fäden senkt und im beheizten
Rohr durch den Dampf wieder aus den Fäden extrahiert wird. Solche organische Substanzen
werden beispielsweise in Kolloid-Zeitschrift, 1977, Heft 3, beschrieben. Außerdem
eignen sich handelsübliche Carrier, die bei der Polyesterfärbung eingesetzt werden.
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Die Reduzierung der Fadenspannung im Bereich der Heizzone erfolgt
in bevorzugter Ausführung mit einer Injektordüse.
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Durch eine solche Düse wird eine Reihe von Vorteilen erreicht. So
ist es beispielsweise leicht einzusehen, daß mittels der Injektordüse die Fäden
koaxial mit dem Fluid beaufschlagt werden. Dadurch wird der Wärmeübergang verbessert
und ein Druckausgleich mit dem Spinnschacht bzw.
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ein Druckstau im Beheizungsrohr, hervorgerufen durch das Mitreißen
von Kühlluft, vermieden.
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Neben der Reduzierung der Spannung in der Beheizungszone, die durch
die Ausbildung eines latenten Schrumpfpotentials
entsteht, durch
eine Injektordüse, besteht auch die Möglichkeit die Fadenspannung durch Galetten,
die or dem Heizrohr angeordnet sind, zu reduzieren. In diesem Fall wird die Spannungsreduzierung
durch Abstimmen der Galettengeschwindigkeit mit der Abzugsgeschwindigkeit hinter
dem Heizrohr bewirkt.
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Außer mit einem Heizrohr oder Heizschacht kann die Beheizung des Fadenmaterials
mit einem Strahlungsheizer oder Kontaktheizer erfolgen. Die erfindungsgemäß ersponnenen
Fäden können zwischen Abzugsorgan und Aufwickel- bzw. Ablagevorrichtung nach bekannten
Verfahren texturiert werden. Vorzugsweise findet das Texturieren zwischen dem Abzugsorgan
und einem weiteren Walzenpaar statt.
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Die Spinngeschwindigkeiten liegen bei 3000 bis 6000, bevorzugt bei
3000 bis 4500 m/min.
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Im folgenden werden die Zeichnungen erläutert und das Verfahren unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
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Abbildung 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Sie besteht aus bzw. es werden gezeigt: beheizte Düsenplatte 1, Fadenbündel
2, Kühlschacht 3, Fadenführer 4, Injektordüse 5, beheizbares Rohr 6, Heizmittelzufuhr
7, Ausgang des Heizrohres 8, Präparationswalze 9, Galette 10 mit Beilaufrolle 11,
Wickler 13.
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Abbildung 2 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Die Zahlen haben dieselbe Bedeutung, wie in Abbildung 1. Zusätzlich
enthält diese Zeichnung jedoch folgende Elemente: Eingangsstutzen 14 der Injektordüse
5, Anlegedüse 15, Zuführung 16 zum Injektor der Anlegedüse 15, Absaugdüse 17, Absaugdüse
18, Verwirbelungsdüse 12, Ort für das Aufbringen von Wasser 19, Ort für eine Galette
mit Beilaufrolle 20, Ort für eine Texturierung 21.
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Abbildung 3 zeigt deutlich den erfindungsgemäß erzielten Vorteil gegenüber
herkömmlichen Verfahren. Es werden in einem Kraft/Dehnungsdiagramm die nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren und die nach herkömmlichen Verfahren erhaltenen Kraft/Dehnungswerte
verglichen. Die Zahlen 1a,1b, 4, 5 und 6 entsprechen den Beispielen bzw. den Vergleichsbeispielen
1a, 4, 5 und 6.
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Nachdem mittels Extrusion des Polymeren durch eine in einem Spinnkopf
1 beheizte Düsenplatte die gewünschte Anzahl an Fäden 2 geformt sind, werden diese
im Kühlschacht 3 auf die gewünschte Temperatur abgekühlt. Diese liegt unterhalb
der Verfestigungstemperatur, mindestens aber 1000C unter der Schmelzetemperatur.
Am Boden des Kühlschachtes werden die Fäden mittels einem geeigneten Fadenführer
4 gebündelt.
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Unmittelbar darauf werden sie in ein beheizbares Rohr 6 eingeführt.
Dieses Rohr ist vorzugsweise mit einem Doppelrohrmantel ausgerüstet, der mittels
Dampf auf die gewünschte Temperatur beheizt werden kann. Über eine Injektordüse
5 am oberen Ende des Rohres, die entweder über eine zweite Quelle oder aus dem Doppelmantel
mit Dampf versorgt
wird, wird Dampf oder mittels anderer geeigneter
und ähnlich wirkender Vorrichtungen ein anderes inertes Fluid jeder Temperatur bis
z.B. 3000C koaxial zum Faden in den Behandlungsraum eingeblasen. Zur Reduzierung
der Fadenspannung und zum besseren Wärmeübergang wird dabei eine möglichst hohe
Fluid-Geschwindigkeit am Austritt der Düse angestrebt. Am Ausgang 8 kann das Kondensat
bei Dampfbeheizung des Doppelmantels abfließen. An der Walze 9 wird der Faden präpariert.
Statt mittels einer Walze kann dies auch mit einem Präparationsstift erfolgen. Für
einen gleichmäßigen Abzug sorgt eine Abzugseinheit, im Schema gemäß Abbildung 1
bzw. 2 eine Galette 10 mit Beilaufrolle 11.
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Zwischen beiden oder hinter ihnen kann der Faden verwirbelt werden
um dann z.B. wie im Schema von einem Wickler 13 aufgewickelt zu werden. Statt einer
Galette mit Beilaufrolle kann auch ein beheizbares Duo genommen werden oder ein
Duo mit einem zweiten Fadenerhitzer zwischen beiden.
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Eine weitere Variation besteht darin, daß die Fäden von mehreren Schächten
lediglich über jeweils eine drehbare Galette umgelenkt und dann durch ein gemeinsames
Abzugswerk abgezogen werden.
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Der Durchmesser des Heizrohres kann wegen der vorherigen Bündelung
des Fadens sehr klein sein. Dies bedeutet geringe Wärmeverluste nach außen und guten
Wärmeübergang auf den Faden. Des weiteren kann so der Anteil der von den Fäden herrührenden
kalten Schleppluft im Behandlungsraum auf ein Minimum reduziert werden. Darüber
hinaus sind Temperaturschwankungen über den Querschnitt des
Rohres
so gut wie nicht vorhanden, was sich auf die Egalität des Produktes auswirkt. Die
hohe Einblasgeschwindigkeit des Fluids in den Behandlungsraum sorgt dafür, daß nicht
nur im Behandlungsraum die gewünschten Bedingungen vorliegen, sondern diese auch
in der Grenzschicht des Fadens herrschen.
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Des weiteren garantiert sie, daß alle Kapillaren trotz der Bündelung
die gleichen Behandlungsbedingungen vorfinden.
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Zum Anlegen des Fadens wird entweder die Düse 14 oder Düse 18 am unteren
Ende benutzt. Sie kann somit immer in Bereitschaft stehen. Wenn die Kapillare reißen
sollte, so ist das gerissene Ende mit frischer Kaltluft aus dem Rohr zu saugen.
Damit wird ein Ankleben des Fadens und damit ein Reinigen des Rohres verhindert.
Der Impuls zum Öffnen des Steuerventils, das das Treibmittel durch Zuführung 22
dem Injektor 18 zuführt, kann dabei von einem bekannten Fadenspannungswächter kommen,
der z.B. gleichzeitig die Bündelung des Fadens bei 4 vornimmt. Außerdem kann man
zusätzlich unterhalb 18 eine weitere Absaugdüse 15 anbringen, die den aus dem Rohr
kommenden Faden sofort ansaugt und abtransportiert. Dies verhindert ein Auflaufen
des Fadens auf der Abzugsgalette oder auf den sich darunter befindlichen Wickler.
Auch diese Düse kann über den oben zitierten Fadenwächter angesteuert und mit Treibmittel
über den Anschluß 16 beaufschlagt werden. Die stationäre Düse 17 kann u.U. dazu
benutzt werden, bei irgendwelchen Störungen den Faden kontinuierlich abzusaugen,
während man weiter unten im Spinnsystem irgendwelche Hantierungen vornimmt.
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Dies erspart das Wiederanlegen wie oben besprochen.
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Bei gröberen Titern kann es vorteilhaft sein, die beiden Injektoren
in Reihe am oberen Ende des Rohres anzubringen.
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Die Düse 15 kann bei Bedarf so gestaltet sein, daß man sie aus der
Halterung nimmt und zum Anlegen des Fadens benutzt.
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Das bedeutet eine wesentliche Vereinfachung des Anlegens, was erhebliche
Zeitersparnis und damit Einsparung an Abfall bedeutet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß im Anschluß an einen Spinnschacht 3 eine in ein Heizrohr 6 führende Injektordüse
5 mit einem Ausgangsstutzen 14 angeordnet ist und hinter dem Heizrohr 6 Abzugsgaletten
10 und Aufwickeleinrichtungen 13 vorgesehen sind.
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Im folgenden sei die Erfindung durch einige Beispiele näher erläutert.
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Beispiel 1 Auf einem Extruder wurden 0,3 % Ti02 enthaltende Polyamid-6-Schnitzel
mit einer in 1-%iger m-Kresollösung gemessenen relativen Lösungsviskosität von 2,7
aufgeschmolzen und aus 10-Loch-Düsen mit Lochdurchmessern von 0,2 mm bei 280°C ausgesponnen.
Die Fäden wurden durch Anblasen mit Luft von 200C abgekühlt und nach einer Abkühlstrecke
von 1,90 m in das Fallrohr eingeführt. Der Innendurchmesser des Rohres belief sich
2 auf 10 mm, die Ringspaltfläche in der Düse 14 0,2 mm . Die Länge des Rohres betrug
2 m. Für die untere Düse wurde Luft mit 3 bar Druck, für Düse 17 Luft mit einem
Druck von 10 bar als Treibmedium benutzt. Wurde der Faden mit einem Gesamttiter
von 48 dtex gebündelt dem Ansaugstutzen 14 der Injektordüse vorgegeben, dann wurde
der Faden problemlos durch das vorgewärmte Rohr gesogen und von der Düse 17 abgeführt,
ohne das irgend ein Abfall an der Maschine selbst auftrat.
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1.a) Im vorliegenden Beispiel wurde erfindungsgemäß der Mantel auf
1400C geheizt, die Dampftemperatur vor der Düse in der Zuleitung 5 auf 1130C eingestellt.
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Die Abzugsgeschwindigkeit belief sich auf 4000 m/min, der solchermaßen
ersponnene Faden besaß eine Festigkeit von 4,1 cN/dtex, eine Bruchdehnung von 52,0
%, eine Orientierung von 0,147 (1/Grad) und einen An- -fangsmodul von 19 cN/dtex.
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1.b) Wurde ohne Mantelheizung und ohne Dampf im Rohr gefahren, dann
beliefen sich die Werte auf 3,5 cN/dtex
und 74 % Reißdehnung, eine
Orientierung von 0,106 (1/Grad) und einen Anfangsmodul von 13 cN/dtex. Hierbei wurde
in beiden Fällen der Faden mit der Vorrichtung 12 verwirbelt. Der Fadentiter belief
sich dabei wie in den folgenden Fällen auf 44 dtex.
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Der erfindungsgemäß ersponnene Faden des Beispiels 1 a hat eine Orientierung
wie sie beim normalen Schnellspinnen erst oberhalb einer Abzugsgeschwindigkeit von
7000 m/min bei diesem Produkt erzielt wird.
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Beispiel 2 Es wurde wie in Beispiel 1a verfahren,jedoch mit einer
Abzugsgeschwindigkeit von 4400 m/min. Der gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren
ersponnene Faden wies eine Festigkeit von 4,3 cN/dtex, eine Reißdehnung von 37,1
% und eine Orientierung von 0,156 (1/Grad) auf. Dieser Orientierungswert wird beim
Normalschnellspinnen erst oberhalb 7200 m/min erreicht. Der Anfangsmodul lag bei
20 cN/dtex.
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Beispiel 3 Wie in Beispiel 1a,jedoch wurden zwei Galetten als Abzugsduo
benutzt, die auf 800C geheizt worden waren. Die Festigkeit betrug 4,1 cN/dtex, die
Reißdehnung 41,5 %, die Orientierung 0,156 (1/Grad) und der Anfangsmodul lag bei
20 cN/dtex.
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Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel) Polyamid-6-Granulat entsprechend Beispiel
1a wurde mit 3500 m/min abgezogen und über ein Streckwerk, bestehend aus zwei Duos,
mit einem Streckverhältnis von 1:1,2 verstreckt. Von dem Streckduo, das mit 4200
m/min umlief, wurde der Faden auf eine Wickelmaschine gespult. Das Streckduo war
kalt. Die Reißfestigkeit des Fadens belief sich auf 3,9 cN/dtex, die Bruchdehnung
lag bei 55,2 %, die Orientierung des (200)-Reflexes bei 0,101 (1/Grad) und der Anfangsmodul
bei 16 cN/dtex.
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Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel) Polyamid-6-Granulat gemäß Beispiel
1 wurde mit 2100 m/min abgezogen und von einem Streckwerk gemäß Beispiel 4 mit einem
Verhältnis von 1:1,7 verstreckt. Im Gegensatz zu Beispiel 4 wurde das Streckduo
hier jedoch auf 1300C aufgeheizt. Die Festigkeit des solchermaßen ersponnenen Fadens
belief sich auf 4,3 cN/dtex, die Reißdehnung auf 54,2 %, der Anfangsmodul auf 19
cN/dtex und die Orientierung auf 0,132 (1/Grad).
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Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel) Polyamid-6-Granulat gemäß Beispiel
1 wurde mit 7500 m/min schnellgesponnen. Die Festigkeit belief sich auf 3,10 cN/
dtex, die Bruchdehnung auf 40 %, die Orientierung des (200)-Reflexes auf 0,159 (1/Grad)
und der Anfangsmodul auf 22 cN/dtex.
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Beispiel 7 Auf der gleichen Anlage wie in Beispiel 1 wurde Polyäthylenterephthalat
mit einer relativen Lösungsviskosität von 0,67 (Phenol-Tetrachloräthan = 60:40)
wurde mit 4000 m/min Abzugsgeschwindigkeit versponnen. Die Länge des Rohres betrug
3 m. Der Gesamttiter betrug 121 dtex.
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Die Manteltemperatur im beheizten Fallrohr wurde zwischen 1300C und
210C in verschiedenen Versuchen variiert. Die Orientierung des (010)- und des (100)-Reflexes,
ihre Interferenzbreiten, der Ordnungsgrad, die makroskopische Dichte sowie der Kochschrumpf
wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Abb. 4 zusammengestellt. Die Interferenzbreiten
der beiden Reflexe sowie die entsprechenden Kennwerte des Nullversuchs, d.h. des
Fadens der ohne beheiztem Schacht unter Normalbedingungen ersponnen worden ist,
geben die beiden folgenden Tabellen wieder:
| Interferenzbreite |
| Rohrtemp. (010) (100) |
| [°C] Grad Grad |
| 130 2,70 2,54 |
| 150 1,52 1,73 |
| 170 1,47 1,58 |
| 210 1,17 1,32 |
| Nullversuch 5,23 |
Rohrtemp. Interferenzbreite Dicht Doppelberechnung J(0°) [°C]
(010)[Grad] (100) man [g/cm³] J(90°) O=Null- 5,23 1,352 0,093 2,25 versuch In Abb.
4 bedeuten A, B, C, D, bzw. Z die Orientierung (1/Grad), B den Ordnungsgrad, C die
Dichte, D den Kochschrumpf bzw. L die Doppelberechung, wobei diese Werte gegenüber
der Temperatur im Heizrohr aufgetragen sind. Die Kurven a, b, c, d, c und f haben
die folgende Bedeutung a Orientierung des (100)-Reflexes b Doppel berechnung c Orientierung
des (010)-Reflexes d Dichte e Ordnungsgrad f Kochschrumpf Man sieht, daß ohne Schachtbeheizung
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der PET-Faden amorph bleibt und seine Makromoleküle
nur eine mäßige Orientierung besitzen, wie sie dem normal schnellgesponnenen Spinngut
von 4000 m/min entspricht.
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Sowohl für Polyamid- als auch Polyester-Spinnen gemäß dem erfinderischen
Verfahren werden Bruchdehnungen angestrebt, die unter 55 % liegt. Die Faserfestigkeiten
sollen im Falle von PA #3,6 cN/dtex und im Falle von PET # 2,8 cN/dtex -sein.
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