DE2855779A1

DE2855779A1 - Schmelzspinnverfahren zum herstellen von unverstreckten nylon-66-garnen

Info

Publication number: DE2855779A1
Application number: DE19782855779
Authority: DE
Inventors: Gerald Joseph Reyenga; Arnold Eugene Wilkie
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1979-06-28
Also published as: LU80707A1; GB2010737B; GB2010737A; JPS5496115A; FR2413484B1; FR2413484A1

Description

DR. BERG DIFL.-ING. SlAPF DIPL.-ING. SCHWA.BE DR DR. SaNDMAIR

PATENTANWÄLTE 0 0" :; ' "7 Π

Postfach 86 02 45 · 8000 München 86

-3-

Anwaltsakte 29 716

Monsanto Company, St. Louis, Missouri, USA

Schmelzspinnverfahren zum Herstellen von unverstreckten Hylon-66-Garnen

- Ansprüche -

ORIGiNAL INSPECTED

■ST (OKI) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hyno-Bank München 4410122850

0SH271 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 7002(X)Il) Swift Code; HYPO I)E MM

W8274 TELEX· ^ Bayer. Vereinshank München 453100 (BLZ 70020270)

(K24560 BRRCi β Q i/ S /' 6 / 0 ^Ci 7 Π Pnslscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmelzspinnverfahren zum Herstellen von unverstreckten Polyhexamethylenadipamid-(Nylon 66-) Teppich und Reifengarnen, bei welchem die Produktivität, bezogen auf das Gewicht des pro Zeiteinheit ersponnenen Garns, beträchtlich gesteigert ist.

Bei der herkömmlichen Herstellung von Nylon 66-Teppich- und Eeifengarnen kann das Schmelzspinnen und das Strecken in einem kombinierten Verfahren oder in getrennten Arbeitsgängen erfolgen. Die Erfindung bezieht sich auf das Schmelzspinnen in einem in getrennten Arbeitsgängen ablaufenden Verfahren. Bei einem herkömmlichen Schmelzspinnverfahren dieser Art wird gewöhnlich ein aus 60 bis 420 Fasern bestehendes Garn mit einer Einzelfaserstärke von etwa 30 bis 60 Denier ersponnen. Im Hinblick auf wirtschaftliche Erwägungen ist es erwünscht, das Schmelzspinnverfahren unter Bedingungen durchzuführen, welche eine größtmögliche Produktivität ermöglichen, ohne wichtige Eigenschaften des Garns preiszugeben oder zu Schwierigkeiten bei der Weiterverarbeitung führen. Vor dem Aufwickeln des Garns auf Spulen wird es gewöhnlich mittels Dampf konditioniert, um das Aufwickeln zu erleichtern. Wird das Garn nicht mit Dampf konditioniert, so dehnt es sich auf den Spulen und kann von diesen abfallen. Diese Schwierigkeiten treten insbesondere bei einem Tandem-Aufspulverfahren auf, bei welchem die Fasern nach dem Abkühlen in zwei Bündel oder Garne aufgeteilt und in dieser Form auf getrennte Spulen gewickelt werden. Gewöhnlich haben die beiden Garne dann

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die gleiche Anzahl von Fasern. Bei der Durchführung des Verfahrens wird geschmolzenes Nylon 66 mit einer gegebenen Geschwindigkeit durch Öffnungen einer Spinndüse extrudiert, so daß eine Vielzahl von Schmelzfäden entsteht. Diese werden abgekühlt und dehnen sich aus, während sie sich von der Spinndüse wegbewegen. Das Abkühlen wird unterstützt durch einen in einer Löschkammer oder einem Kühlschacht erzeugten Luftstrom. Dabei wird gewöhnlich eine Seite der Fasern innerhalb des Schachts von einem quer verlaufenden Luftstrom beaufschlagt. Die verfestigten Schmelzfäden oder Fasern laufen nahe dem unteren Ende des Schachts über eine Konvergenzführung oder, im Falle des Tandem-Aufwickelirerfahrens, über zwei solche Führungen. Vom Kühlschacht aus durchlaufen die zusammengeführten Fasern in Konditionierrohr, in welches Dampf in einer bestimmten Menge pro Zeiteinheit eingeleitet wird. Die Konvergenzführungen im Schacht verhindern Ungleichmäßigkeiten der Faserstärken, wie sie sich anderenfalls ergeben könnten, wenn die Fasern von dem Dampf umhergewirbelt werden könnten. Beim Tandem-Aufwickelverfahren dienen die Konvergenzführungen außerdem dazu, die Fasern in zwei Garne aufzuteilen. Das Garn bzw. die Garne wird bzw. werden dann mittels jeweils einer Ahziehrolle, welcher gegebenenfalls eine Abnehmerrolle zugeordnet ist, aus dem Konditionierrohr abgezogen und jeweils einer Spule zugeführt und auf diese aufgewickelt. ITm ein Durchrutschen zu vermeiden, sind die Gaaine wenigstens um ein Teil einer Windung, vorzugsweise jedoch in mehreren Windungen, um die Abziehrolle und die Abnehmerrolle herumgeführt. Weder

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die Abziehrolle noch die Abnehmerrolle sind beheizt. Die Abziehrolle ist im wesentlichen mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wie die Spule. Ihre Umfangsgeschwindigkeit ist andererseits derart auf die Extrusionsgeschwindigkeit abgestimmt, daß die Garne eine bestimmte Einzelf° ^stärke erhalten. Zwischen dem Konditionierrohr und der Abziehwalze werden die Garne gewöhnlich mit einem Spinnhilfsmittel behandelt. Das Verfahren verläuft gewöhnlich in zwei übereinanderliegenden Stockwerken. Das Spinnen erfolgt dabei im oberen Stockwerk und das Aufwickeln der Garne im unteren. Das Konditionierrohr ermöglicht die Überführung der Garne vom oberen in das untere Stockwerk. Zur Erzielung von Garnen von gleichmäßiger Stärke und sonstigen Eigenschaften müssen unkontrollierbare Schwankungen des Drucks zwischen den Stockwerken sowie des Drucks des zum Konditionieren verwendeten Dampfs vermieden werden. Die sachgemäße Überwachung und Steuerung dieser Drücke ist jedoch sehr schwierig.

Die auf die vorstehend beschriebene Weise ersponnenen, unverstreckten Garne werden in einem anschließenden Streckverfahren auf die gewünschte Einzelfaserstärke gestreckt. Dies kann in herkömmlicher Weise mittels für diesen Zweck gebräuchlicher Vorrichtungen geschehen und, im Falle von Teppichgarnen, mit einem Texturierverfahren kombiniert sein. Teppichgarne werden gewöhnlich mit einem Streckverhältnis von zwei bis vier verstreckt, während das Streckverhältnis für Reifengarne etwa vier bis sechs beträgt.

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Die Produktivität des vorstehend beschriebenen Schmelzspinnverfahrens ist durch einen oder mehrere Faktoren begrenzt. Im Falle von Teppichgarnen ist das Verfahren durch die Lösch- oder Abkühlgeschwindigkeit begrenzt, da die Fasern bei Überschreitung einer bestimmten Extrusions geschwindigkeit bei konstanter Einzelfaserstärke an ihrem Konvergenzpunkt im Kühlschacht zusammenzukleben beginnen. Im Falle von Eeifengarnen ist das Verfahren außerdem durch die Eigenschaften der zu erzeugenden Fasern begrenzt, da es bei konstanter Einzelfaserstärke eine' Höchst-Extrusionsgeschwindigkeit gibt, jenseits welcher die Dehnbarkeit des Garns nach dem Verstrecken zu gering, d.h. also ungenügend für die Verwendung als Reifengarn wird. Die Extrusionsgeschwindigkeit, bei welcher das Verfahren durch die Garneigenschaften begrenzt wird, ist niedriger als diejenige, bei welcher das Verfahren durch die Kühlgeschwindigkeit begrenzt ist.

Die Erfindung schafft ein verbessertes Schmelzspinnverfahren zum Herstellen von unverstreckten Nylon 66-Teppich- und Eeifengarnen, bei welchem die Produktivität, ausgedrückt in Garngewicht pro Zeiteinheit, beträchtlich gesteigert ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Einzelheiten derselben.

Im wesentlichen schafft die Erfindung eine Verbesserung des herkömmlichen Schmelzspinnverfahrens zum Herstellen

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von unverstreckten Teppich.- und Reifengarnen aus Nylon 66, gemäß welcher höhere Extrusionsgeschwindigkeiten erfolgreich anwendbar sind, um die Produktivität des Verfahrens zu steigern. Bei einem solchen Verfahren ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Abziehrolle beheizt wird und daß die herkömmliche Dampfbehandlung zum Konditionieren des Garns sowie die im Kühlschacht angeordneten Konvergenzführungen weggelassen werden. Die Abziehwalze wird durch Beheizung auf einer Temperatur von ca. 40 bis 150 ⁰C, insbesondere von ca. 60 bis etwa 120 ⁰C gehalten.

Es wurde festgestellt, daß bei Verwendung einer beheizten Abziehrolle in dem Verfahren ordnungsgemäß gewickelte Spulen von unverstreckten Garnen auch ohne die Verwendung von Dampf und/oder Konvergenzführungen im Kühlschacht erzielbar sind. Bei Weglassung der Konvergenzführungen können höhere Extrusionsgeschwindigkeiten angewendet werdezL'i ohne daß die Fasern zusammenkleben. Dies kommt daher, daß die Fasern erst in einer größeren Entfernung von der Spinndüse zusammenlaufen, nämlich erst an der Beschichtungsrolle oder der Abziehrolle anstatt an der Konvergenzführung innerhalb des Kühlschachts, so daß sie also beim Zusammenlaufen stärker abgekühlt sind. Bei Veglassung der Dampfbehandlung entfällt außerdem die umständliche Steuerung der Luftdrücke in den Stockwerken, in denen das Spinnen und das Aufwickeln stattfindet, sowie die Steuerung des Dampfdrucks.

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Im Falle von Reifengarnen ermöglicht die beheizte Abziehrolle die Anwendung von höheren Extrusionsgeschwindigkeiten ohne Verschlechterung der Bruchdehnung des verstreckten Garns, wie diese anderenfalls bei erhöhten Extrusionsgeschwindigkeiten in Kombination mit der Dampfbehandlung auftritt. Die Dampfbehandlung und die Verwendung der Konvergenzführungen bewirken eine verstärkte Spinn-Orientierung des Garns. Die gleiche Wirkung haben auch erhöhte Extrusionsgeschwindigkeiten. Es ist allgemein bekannt, daß sich die Bruchdehnung des verstreckten Garns mit zunehmender Spinn-Or i ent öa?ung (gemessen durch die Spinn-Doppelbrechung) verringert. Bei Weglassung der Dampfbehandlung und der dazugehörigen Konvergenzführungen können also höhere Extrusionsgeschwindigkeiten angewendet werden, ohne daß die Bruchdehnung des verstreckten Garns verringert wird.

Die Verbesserung gemäß der Erfindung erhöht somit die Produktivität, bezogen auf Garngewicht pro Zeiteinheit, des herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen von Teppich- und Reifengarnen aus Nylon 66, ohne dabei irgendwelche Schwierigkeiten, beispielsweise im Hinblick auf das Aufwickeln des Garns einzuführen, und ohne eine Verschlechterung von wichtigen Eigenschaften des Garns, beispielsweise der Dehnbarkeit des fertigen, verstreckten Garns.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft in Schmelzspinnverfahren anwendbar, welche mittels vorhandener Anlagen durchgeführt werden und deren Produktivität bei ausrei-

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chender Polymerversorgung wie vorstehend beschrieben durch die Kühlgeschwindigkeit oder die Eigenschaften der Garne begrenzt ist.

In der Anwendung der Erfindung wird das vorstehend beschriebene herkömmliche Verfahren dahingehend abgewandelt, daß anste"¹ _„ einer unbeheizten eine beheizte Abziehrolle verwendet wird, und daß die Dampfbehandlung sowie die Konvergenzführungen im Kühlschacht weggelassen werden. Die Abziehrolle wird vorzugsweise elektrisch beheizt, so daß sich ihre Temperatur mühelos steuern läßt. Die Garne sind mit einer genügenden Anzahl von Windungen, wenigstens einer teilweisen Windung, gewöhnlich jedoch mit einer oder mehreren Windungen um die beheizte Abziehrolle und, sofern vorhanden, um die dazugehörige Abnehmerrolle geschlungen, so daß die auf der Solle nicht durchrutschen. Anstelle der Abnehmerrolle kann auch eine zweite beheizte Rolle oder anderenfalls eine andere Rollenanordnung mit wenigstens einer beheizten Rolle verwendet werden. Die Temperatur der wenigstens einen beheizten Rolle kann im Bereich von ca. 40 bis 150 ⁰C liegen. Im Falle von Reifengarnen verdient ein Temperaturbereich von ca. 60 bis 80 ⁰C den Vorzug, und im Falle von Teppichgarnen ein solcher von ca. 60 bis etwa 120 C. Die Temperatur, auf welcher die beheizte Rolle gehalten wird, ist u.A. abhängig von der Verweilzeit der Garne auf der Rolle, steht somit also in Beziehung zur Anzahl der Garnwindungen auf der Rolle und der Umfangsgeschwindigkeit derselben im Hinblick auf die

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Erzeugung von Garnen mit optimalen oder gewünschten Eigenschaften.

J¹Ur die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung eines Konditionierrohrs zwar nicht notwendig, ein solches Rohr kann jedoch unter Weglassung der Dampfbehandlung verwendet werden.

Die Behandlung der Garne mit einem Spinnhilfsmittel geschieht gewöhnlich kurz vor der Abziehrolle, um die weitere Verarbeitung der unverstreckten Garne zu erleichtern. Falls im erfindungsgemäßen Verfahren eine Rolle für eine solche Behandlung verwendet wird, laufen die Fasern auf dieser zu Garnen zusammen. In Abwesenheit einer solchen Rolle oder anderen Fläche laufen die Fasern erst auf der beheizten Abziehrolle zusammen.

Im folgenden sind weitere Einzelheiten der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Beispiel Λ

In diesem Beispiel wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie zu Vergleichszwecken nach dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren unverstreckte Reifengarne aus jeweils 14-0 Einzelfasern mit rundem Querschnitt und einer Einzelfaserstärke von 30 Denier aus Nylon 66 hergestellt.

Zunächst wurden zwei Vergleichsgarne (C-439 und C-488) nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellt. Dazu wurde

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geschmolzenes Nylon 66 der zur Faserherstellung gebräuchlichen Art durch eine 280 öffnungen in zwei Gruppen von jeweils 140 Öffnungen aufweisende Spinndüse in einen üblichen Lösch- oder Kühlschacht extrudiert, in welchem eine Querströmung von Luft mit einer Temperatur von 18 bis 20 C erzeugt wurde. Der Schacht schloss sich unmittelbar abwärts an die Spinndüse an und hatte eine Länge von ca. 1,8 m. Die Fasern erstarrten im Schacht und wurden mittels zweier am unteren Ende des Schachts ca. 1,8 m unterhalb der Unterseite der Spinndüse angeordneter Konvergenz führungen zu zwei Garnen zusammengeführt. Vom Schacht gelangten die Garne unmittelbar in ein 1,2 m langes herkömmliches Konditionierrohr, durch welches gesättigter Dampf hindurchgeleitet wurde. Mittels einer unbeheizten Abziehrolle, um welche die Garne in einer vollen Windung geschlungen waren, wurden sie aus dem Konditionierrohr abgezogen und einer Tandemanordnung von Spulen zugeführt, auf welche sie aufgewickelt wurden. Zwischen dem Konditionierrohr und der Abziehrolle kamen die Garne in Berührung mit einer Auftragsrolle, von welcher sie mit einem Spinnhilfsmittel benetzt wurden. Die Auftragsrolle war ca. 3»7 m von der Unterseite der Spinndüse angeordnet. Die Umfangsgeschwindigkeit der Abziehrolle und die Extrusions geschwindigkeit waren zur Erzielung einer Einzelfaserstärke der Garne von 30 Denier aufeinander abgestimmt. Die Garne wurden untep einer gewissen Spannung aufgewickelt, um eine feste Wicklung zu erzielen.

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Das eine Vergleichsgarn C-4-39 wurde mit einer Geschwindigkeit von 439 m/min aufgewickelt und das andere Garn C-488 mit einer Geschwindigkeit von 488 m/min.

Anschließend wurde ein Garn A 503 unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Dieses unterschied sich von dem vorstehend beschriebenen Verfahren dadurch, daß anstelle der unbeheizten eine beheizte Abziehrolle verwendet wurde, die Konvergenzführungen im Kühlschacht und der Dampf weggelassen wurde, und eine Aufwickelgeschwindigkeit von 503 m/min angewendet wurde. Die Arbeitsbedingungen bei der Herstellung der Garne sind in folgender Tabelle zusammengefaßt:

Tabelle I

C-439 C-488 A-503

Aufwickelgeschwindigkeit (m/min) 439 4-88 503

Abziehrollentemperatur (⁰C) unbeheizt . 80

Luftströmung (l/min) 934-6 9912 9912

Extrusxonsgeschwindigkeit (kg/h) 22,9 25,5 27,6

Konvergenzführungen im Schacht ja ja nein

Dampf im Konditionierrohr ja ja nein

gute Wicklung ja ja ja

Die vorstehenden Garne wurden unter Verwendung herkömmlicher Vorrichtungen und unter gleichen Bedingungen in einem getrennten Arbeitsgang gestreckt. Die physikalischen Eigenschaften der fertigen Garne, das angewendete Streckverhältnis und die Stärke der gestreckten Garne sind in

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C-488	A-503
0,0078	0,0068
4,9605	5,1569
863	859
8,86	9,13
12,8	14-, 3

der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Darin bedeutet T die Festigkeit ind Gramm pro Denier (g/den) und E die Bruchdehnung in Prozent der ursprünglichen Länge der verstreckten Garne.

Tabelle II

C-439

Spinn-Doppelbrechung 0,0072

Streckverhältnis 5,0056

Garnstärke (Denier) 835

T (g/den) 9,25

E (%) 13,1

Zur Verwendung als Reifengarne müssen Garne eine Dehnbarkeit von wenigstens 13% haben. Wie man aus vorstehenden Tabellen erkennt, ist die Dehnbarkeit der verstreckten Garne nicht mehr ausreichend, wenn die Extrusionsgeschwindigkeit im herkömmlichen Verfahren soweit gesteigert wird, daß sich eine Aufwiekelgeschwindigkeit von mehr als etwa 440 m/min ergibt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht demgegenüber höhere Extrusionsgeschwindigkeiten und Aufwickelgeschwindigkeiten von mehr als 503 m/min zum Erzeugen eines Garns, welches im verstreckten Zustand eine ausreichende Dehnbarkeit und Festigkeit hat. Es ist sogar zu bemerken, daß das Garn A-503 bessere Eigenschaften aufweist als die Vergleichsgarne und dabei gleichwohl mit beträchtlich höherer Extrusions- und Aufwickelgeschwindigkeit hergestellt wird.

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Beispiel 2

In diesem Beispiel wurden ungestreckte Teppichgarne mit 68 Fasern mit einer Stärke von 60 Denier pro. Einzelfaser und etwa dreieckigem Querschnitt erzeugt.

In einem Durchgang wurden Garne nach dem herkömmlichen Verfahren unter Verwendung einer unbeheizten Abziehrolle, Dampfzufuhr zum Konditionierrohr und einer Konvergenzführung im Kühlschacht hergestellt. Die höchste Extrusionsgeschwindigkeitj bei welcher die Pasern an der Konvergenzführung nach nicht zusammenklebten, betrug dabei 32,2 kg/h. Anschließend wurde ein zweites Garn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Die Arbeitsbedingungen waren dabei die Gleichen wie vorstehend, mi* dem Unterschied, daß dem Konditionierrohr kein Dampf zugeführt wurde, die Konvergenzführung im Kühlschacht entfernt wurde und die Abziehrolle auf einer Temperatur von 80 ⁰C gehalten wurde. Die Extrusionsgeschwindigkeit betrug dabei 44 kg/h. Dies stellt eine Produktivitätssteigerung von 11,8 kg/h oder mehr als 36% dar.

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Claims

DR. BESG DTPL .-iNG. SfAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DK. SANDMAIR PATENTANWÄLTE Postfach 86 02 45 -8000 München 86 Anwaltsakte 29 716 P_a_t_e_n_t_a_n_s_£_r_ü_c_h_e

1. Schmelzspinnverfahren zum Herstellen von unverstrecktem Polyhexataethylenadxpamidgarn, bei welchem geschmolzenes Polyhexamethylenadipamid mit einer gegebenen Extrusionsgeschwindigkeit durch Öffnungen einer Spinndüse extrudiept wird, die dabei entstehenden Schmelzfäden in einer Löschkammer abgekühlt werden, die dabei entstehenden Fasern mittels Konvergenzführungen zusammengeführt, von der Löschkammer aus durch ein mit Dampf gespeistes Konditionierrohr geführt, und von dem Konditionierrohr aus mittels einer Anziehrolle oder mittels einer Abzieherrolle und einer dieser zugeordneten Abnehmerrolle, um welche die Fasern wenigstens teilweise herumgeschlungen sind, wenigstens einer Spule zugeführt und auf diese aufgewikkelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

K089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: Bayen Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560 BERG A _ηηοΟΛ /οη»ΤΛ Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

bUböib/UÜ /U

die Extrusionsgeschwindigkeit des Verfahrens unter Einhaltung der gleichen Faserstärke erhöht wird, indem die
Abziehrolle auf eine Temperatur zwischen ca. 4-0 ⁰C
und etwa I50 ⁰C erwärmt wird und der Dampf sowie die
Konvergenzführungen weggelassen werden.

2. . cj-MTahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abziehrolle auf einer Temperatur zwischen etwa 60 und 120 °C gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Abziehrolle und die Extrusionsgeschwindigkeit derart aufeinander abgestimmt sind, daß ein Garn mit einer Faserstärke
zwischen etwa 30 und ca. 60 Denier entsteht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstärke ca. 30 Denier beträgt.

5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfaserstärke ca. 60 Denier beträgt.

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