DE2925006C2 - Verfahren zur Herstellung schmelzgesponnener und molekularorientierend verstreckter, kristalliner Filamente - Google Patents

Verfahren zur Herstellung schmelzgesponnener und molekularorientierend verstreckter, kristalliner Filamente

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Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung sehmelzgesponnener und molekularorientierend verstreckter, kristalliner Rlamente aus synthetischen so Polymeren, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 21 17 659 bekannt Als beheizte Rächen werden dabei Heizplatten verwendet, deren Länge so gewählt werden soll, daß eine zur Orientierung und Kristallisation ausreichende Fadentemperatur erreicht wird. In Beispiel 5 der DE-OS 17 659 welches sich auf Polyamid bezieht beträgt die Länge der Heizplatte 1000 mm, bei einer Plattentemperatur von 16O0C. Die von den Spinndüsen kommenden Filamente werden vor der Heizplatte auf unter Erstarrungstemperatur 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, an den auf Temperaturen oberhalb des Erstarrungspunktes beheizten Heizplatten erwärmt. Dabei findet unter dem Einfluß von Wärme und Spannung eine Verstreckung der Filamente statt, die mit einem Anstieg der Molekularorientierung und der Kristallisation verbunden ist Bei Abzugsgeschwindigkeiten von bis zu 4000 m/min und Fadentemperaturen bis zu 220"C sind nach dem bekannten Verfahren bei Polyäthylenterephthalat-Rlamenten Streckverhältnisse bis zu 2 :1 beobachtet worden.
Das bekannte Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf. Die verhältnismäßig lange Heizplatte bedingt, da reibungsherabsetzende Präparationen erst nach Verlassen der Heizplatte auf die Rlamente aufgebracht werden, eine starke mechanische Beanspruchung der Rlamente, die durch Ablagerung und thermische Zersetzung von Faserabrieb auf der Heizplatte noch erhöht wird. Die Folge sind schlechte Fadeneinheiten sowie häufiger Fadenbruch. Eine Steigerung der Abzugsgeschwindigkeiten auf über 3500 m/min ist bereits problematisch, und oberhalb etwa 4000 m/min wird die Häufigkeit der Spinnstörungen so groß, daß eine betriebsmäßige Produktion unmöglich wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches selbst bei so hohen Abzugsgeschwindigkeiten wie 6000 m/min oder mehr störungsfrei zu arbeiten gestattet Des weiteren soll durch apparative Vereinfachungen eine Ersparnis von Investitions- uiid Energiekosten erreicht und insbesondere die Wärmebelastung des Bedienungspersonals am Arbeitsplatz reduziert werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beheizten Rächen eine Länge von 20 bis 300 mm besitzen, auf eine Temperatur von 450 bis 650° C beheizt sind und in einem Abstand zu den Spinndüsen von 1500 bis 6500 mm angeordnet sind.
Durch die drastische Kürzung der Länge der beheizten Flächen von bisher 1000 mm oder — bei Abzugsgeschwindigkeiten von mehr als 3500 m/min — mehr wird die reibungsbedir.gte nwrltanische Beanspruchung der über diese Flächen laufenden Filamente auf ein vertretbares Minimum herabgesetzt Die als kritisch ermittelten Längen von 20 bis 300 mm stellen dabei die Kontaktlänge der Filamente mit der beheizten Fläche dar. Letztere kann als Heizplatte ausgeführt sein. Man kann anstatt einer einzigen Heizplatte auch zwei gegenüber angeordnete, noch kürzere Heizplatten, Heizstifte oder andere Kontakt-Heizflächen vorsehen, sofern die Summe der Kontaktlängen innerhalb der oben angegebenen kritischen Grenzen liegt Die Länge der beheizten Fläche soll insbesondere zwischen 20 und 200 mm liegen. Die Oberflächen der verwendeten beheizten Rächen können durch spezielle Behandlung noch fadenfreundlicher gemacht werden. Elektrochemisch verchromte, plasmabeschichtete oder nickeldia· mant-versehene Oberflächen werden bevorzugt. Es können auch Heizplatten, z. B. aus keramischen Werkstoffen eingesetzt werden. Die Rauhtiefen R1 liegen vorzugsweise zwischen mwa4 und 15 μπι.
Durch die drastische Erhöhung der Heizflächentemperatur von bisher maximal etwa 220° C auf 450 bis 6500C — das bedeutet, daß die verwendeten Heizorgane leicht rotglühend sind — wird nicht nur die kürzere Kontaktstrecke der Filamente auf der Heizfläche kompensiert, d. h. den Filamenten trotz der sehr kurzen Kontaktzeit eine ausreichende Wärmemenge zugeführt, um ihnen eine für die Verstreckung ausreichend hohe
Temperatur zu geben, sondern es wird überraschenderweise auch eine Verbrennung der sich auf den beheizten Flächen ablagernden Faserreste bewirkt, so daß die beheizten Flächen stets sauber sind und keine durch Verunreinigungen bekannter Art auftretenden Reibungskräfte mehr zu Spinnstörungen führen. Die angegebenen Temperaturbereiche sind kritisch: Bei weiterer Erhöhung der Temperaturen sind thermische Schädigungen der Filamente nicht auszuschließen, während tiefere Temperaturen nicht zur Verbrennung to der unvermeidbaren Verunreinigungen führen, so daß dann die Gefahr mechanischer Beschädigungen der Filamente an den beheizten Flächen wieder wächst, weil der erfindungsgemäß wesentliche Selbstreinigungseffekt nicht mehr garantiert ist Der Temperaturbereich zwischen 500 und 6000C eignet sich besondecs.
Als dritte wesentliche Einflußgröße ist der Abstand zwischen Spinndüse und beheizten Flächen zu erwähnen. Er soll zwischen 1500 und 6500 mm liegen, vorzugsweise zwischen 4000 und 6000 mm. Durch diesen Abstand wird — vorwiegend wegen der Luftreibung im Faüschacht — der Aufbau der Fadenspannung vor den beheizten Flächen we^ntlich beeinflußt Auf den beheizten Flächen wird die Fadenspannung wesentlich durch die Länge der beheizten Rächen sowie durch den Reibungskoeffizienten zwischen Faden und beheizter Fläche beeinflußt
Wenn die obengenannten Bedingungen eingehalten werden, dann erfolgt ein Verstrecken der Filamente im Bereich der beheizten Rächen im Verhältnis von wenigstens 2:1. Unter »Verstrecken« wird die übliche, mit einer Molekularorientierung und Kristallisation verbundene Verstreckung verstanden. Sie erfolgt in der Regel nicht an einem bestimmten Punkt, sondern in einer im Bereich der beheizten Flächen liegenden Verstreckzone. Durch die Verstreckung erhalten die Filamente eine höhere Festigkeit, während Dehnung und Schrumpf vermindert werden. Typische textile Daten für Polyäthylenterephthalatgame sind 35-50 cN/tex für die Reißfestigkeit, eine Bruchdehnung von etwa 18-35%, ein Heißluftschrumpf (1900C) von 6 — 10% und ein Kochschrumpf von etwa 3 — 10%.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aber nicht nur mit Polyestern, sondern auch mit den übrigen gängigen synthetischen Polymeren durchführen, die sich « aus der Schmelze zu Filamenten verspinnen lassen, wie beispielsweise Polyamide oder Polyolefine. Die Polymere können durch Zugabe von Modifizierungsmitteln, z. B. Titandioxyd, Kohlenstoff, Antistatika od. dgl. modifiziert sein. Die Filamente werden entweder zu Fäden zusammengefaßt aufgespult oder in üblicher Weise zu Fasern verarbeitet Besonders geeignet ist das Verfahren zur Herstellung 1.0η Glattgarnen; jedoch lassen sich wie nachfolgend noch erläutert wird mit ihm auch spinntexturierte oder andere nichtglatte Garne erzeugen.
Es wurde bereits betont, daß der Abstand der beheizten Flächen von der Spinndüse hinreichend groß sein muß, um den frischgesponnenen Filamenten die Möglichkeit zur Abkühlung bis unter ihre Erstarrungstemperatur zu geben; die Filamente haben dann die Erstarrungstemperatur erreicht, wenn sich ihr Durchmesser nicht mehr ändert. Die Erstarrungstemperaturen sind bei den verschiedenen Polymeren jeweils unter dem Gesichtspunkt der unter der Spinndüse auftreten- t>5 den hohen Abkühlgeschwindigkeit der einzelnen Filamente zu sehen. Die Zusammenhänge sind der Literatur (beispielsweise der oben e-vähnten DE-OS 21 17 659.
Seiten 3 und 4) zu entnehmen.
Unter Abzugsgeschwindigkeit wird im Sinne der Erfindung die Geschwindigkeit verstanden, mit der die Filamente die oben erwähnte Verstreckzone verlassen. Diese kann identisch sein mit der Aufspulgeschwindigkeit, muß es jedoch nicht
Um besonders gleichmäßige Filamente zu erhalten, werden die Filamente vorzugsweise durch nach den beheizten Rächen angeordnete Fadenführungsorgane gegen die beheizten Flächen gedrückt Dieses Andrükken soll mechanisch schonend erfolgen, beispielsweise durch leicht drehende Anpreßrollen, die kurz nach den beheizten Flächen angeordnet sind. Dabei sollen die Filamente beim Passieren der beheizten Flächen vorzugsweise unter einem Winkel ac von 24 bis 10°, insbesondere zwischen 3 und 5° abgelenkt werden. Der Winkel ist der spitze Schnittwinkel zwischen der Verlängerung der von der Spinndüse her auf die beheizten Flächen auflaufenden RIamente und der Verlängerung der die beheizten Rächen in Richtung auf das erste Fadenführungsorgan (Rolle, Präparationsgalette od. dgl.) nach den beheizten Räche« verlassenden Filamente.
Es ist zwar möglich, die RIamente nach ihrer Erstarrung, aber vor ihrem Auflaufen auf die beheizten Rächen mit einer Präparation zu versehen, weiche einen im bereich der gewünschten Verstreckungstemperatur liegenden Siedepunkt besitzt Dadurch wird zwar eine thermische Schädigung der Filamente auf den beheizten Flächen vermieden, die Arbeitsplatzbedingungen werden durch die permanent verdampfende Präparation jedoch erheblich erschwert Es wird deshalb bevorzugt die RIamente erst nach Verlassen der beheizten Flächen mit einer Präparation zu benetzen.
Bevorzugt können die das Andrücken der Filamente an die beheizten Flächen dienenden Fadenführungsorgane zugleich die Benetzung der Filamente mit Präparation bewirken.
Die bisher erläuterten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens führen zu Glattgarnen, wie sie beispielsweise in der Weberei oder in der Wirkerei, z. B. für die Gardinenherstellung verwendet werden können. Die Kontaktbedingungen zwischen den Filamenten und den beheizten Flächen können jedoch auch so gewählt werden, daß in den Filamentquerschnitten nine Bikomponentenstruktur erzeugt wird, indem über den Querschnitt eines jeden Filaments ein Gradient beispielsweise in der Kristallinität erzeugt wird, der zu unterschiedlichem Schrumpfvermögen der Filamentseiten führt, so daß die einzelnen Filamente bei geeigneter Nachbehandlung kräuseln. Außer dieser Art der Spinntexturierung lassen sich aber auch andere Texturierverfahren, beispielsweise das Klingenkräuseln odei das Fdlschdralltexturieren, in den erfindungsgemäßen Spinnstreckprozeß integrieren.
Weiterhin lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch interessante Mischgarne aus unterschiedlich stark schrumpfenden Filamenten herstellen. Dies beispielsweise dadurch, daß ein Teil der Filamente in schwächerem Kontakt mit den beheizten Flächen geführt wird als der restliche Teil der Filamente. »In schwächerem Kontakt« kann heißen, daß ein Teil der Filamente über eine kürzere beheizte Fläche geführt wird als der andere Teil der Filamente, oder daß die Temperatur der von diesen Filamenten passierten beheizten Flächen niedriger ist oder daß der Anpreßdruck geringer i,i. Im Extremfall kann man einen Teil
der Fäden ohne Berührung mit den beheizten Flächen führen, so daß ein Mischgarn aus spinnverstreckten und schnellgesponnenen Filamenten — mit deutlich unterschiedlichen Schrumpf- und Dehnungsv/erten — entsteht.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist
F i g. 1 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Fadenlaufs im im Bereich der beheizten Fläche und
F i g. 3 die Darstellung eines Fadcnlaufs mit einer einteiligen (links) bzw. zweiteiligen (rechts) beheizten Fläche.
Gemäß F i g. I werden die von der Spinndüse I 1ί kommenden Filamente 2 zunächst auf eine unterhalb der Erstarrungstemperatur liegende Temperatur abgekühlt. Nach Verlassen des Fallschachts 3 werden sie über eine beheizte Fläche 4 geführt, etwa eine 40 mm lange, plasmabesehichtete Heizplatte mit einer Tempe- .ί· ratur von 550°C. Eine unterhalb der Heizplatte angeordnete Überlaufrolle 5 dient zur Regelung des Anpreßdruckes der Filamente 2 gegen die beheizte Fläche 4 sowie zur Regelung des Ablenkungswinkels t\. der in F i g. 2 dargestellt ist. Die verstreckten Filamente r, werden beispielsweise mittels einer Präparationsgalette 6 mit einer Präparation benetzt und der Aufspuleinheit 7 zugeführt. Um ein langes Changierdreieck bei relativ geringer Bauhöhe zu erhalten und die Fadenspannung auf eine geeignete Aufwickelspannung reduzieren zu können, sind Umlenkgaletten 8,9 vorgesehen.
In F i g. 3 ist eine Heizvorrichtung mit zwei beheizten Flächen 10, 11 dargestellt, die von den Filamenten 12 bzw. 13 passiert werden. Die Filamente 12 passieren beide Flächen 10, 11, während die Filamente 13 nur die untere Fläche 11 berühren. Die unter verschiedenen Kontaktbedingungen verstreckten Filament-Bündel 12 und 13 werden anschließend vereinigt, mit einer Blasdüse gut vermischt und als Filamentmischgarn aufgespult.
3e ispi e I I
Polyäthylenterephthalatschnitzel, die durch Titandioxyd mattiert sind, werden aufgeschmolzen und aus einer 24-Loch-Düse ausgesponnen. Die Schmelzeförderung beträgt 29,5 g/min. Die 24 Filamente werden mit einer Geschwindigkeit von 4028 m/min über eine 75 mm lange, plasmabesehichtete Heizplatte abgezogen, die auf 550°C erwärmt ist. Die Rauhtiefe R, der Plasmabeschichtung beträgt 11 μιη. Der Abstand Spinndüse -- Heizplatte beträgt etwa 5000 mm.
Die Garntemperatur vor der Heizplatte beträgt 26 JC, hinter der Heizplatte '58°C. Der Garn-Titer beträgt vor der Heizplatte 240 dtex, hinter der Heizplatte 78,5 dtex.
Die Garnspannung beträgt vor der Heizplatte Ib g. hinter der Heizplatte 26 g.
Die textlien Daten des fertigen Garns lauten:
Titer 74.6 dtex
Reißfestigkeit 39,5cN/tcx
Bruchdehnung 32.9%
Kochschrumpf 4.4%
Heißluftschrumpf(l90°C) 6.1%
Die Herstellung dieses Garns erfolgt auf einer Vorrichtung, wie sie in Fi g. 1 dargestellt ist.
Beispiel 2
Das gleiche Polymerisat wie in Beispiel 1 wird mit einer Fördermenge von 40.6 g/min aus einer 24-Loch-Düse aiisgesponnen. Die Ab/.ugsgeschwindigkeit beträgt 5421 m/min. Es wird eine plasmabesehichtete Heizplatte von 75 mm I .änge und einer Rauhtiefe R1 von 5 μηι verwendet, deren Temperatu1- 550"C betragt. Sie ist in 5000 mm Abstand zur Spinndüse angeordnet.
Die Garntemperatur vor der Heizplatte beträgt etwa 301C. hinter der Heizplatte I6O°C. Der Garn-Titcr vor der Heizplatte ist 209.5 dtex, hinter der Heizplatte 77,5 dtex. Die Garnspannung vor der Heizplatte beträgt 28 g, hinter der Heizplatte 38 g.
Die Herstellung des Garns erfolgt wiederum auf einer Vorrichtung gemäß Fig. I, wobei vor der Aufwicklung eine blasdüse zur Verbesserung des Fadenschlusses angeordnet ist. Die textlien Daten des Garns lauten:
Titer 81,3 dtex
Reißfestigkeit 42,0cN/tex
Bruchdehnung 21.4%
Kochschrumpf 6,3%
Heißluftschrumpf (190° C) 10.6%
Beispiel 3
Polyeaprolactamschnitzel, die durch 0,4% Titandioxyd mattiert sind, werden aus einer 24-Loch-Düse gesponnen. Die Schmelzefördermenge beträgt 29,1 g/ min. Das Filamentgarn wird nach der in Fig. 1 dargestellten Verfahrensweise mit eiii?r Geschwindigkeit von 3985 m/min über eine 75 mm lange, elektrochemisch verchromte Heizplatte (R1=S μπ\) abgezogen. Die Temperatur der Heizplatte ist 50O0C Der Abstand Spinndüse-Heizplatte beträgt 5000 mm.
Folgende textlien Daten des Filamentgarns wurden gemessen:
Titer 58,2 dtex
Reißfestigkeit 40.0 cN/tex
Bruchdehnung 41,3%
Kochschrumpf 10,9%
Heißluftschrumpf (190° C) 6,7%
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche;
    I.Verfahren zur Herstellung sehmelzgesponnener und molekularorientierend verstreckter, kristalliner Filamente aus synthetischen Polymeren, wobei die frisch gesponnenen Filamente nach ihrer Abkühlung bis unter Erstarrungstemperatur mit einer Geschwindigkeit von mehr als 3500 m/min über beheizte Flächen abgezogen und im Bereich der auf Temperaturen oberhalb der Erstarrungstemperatur beheizten Rächen erwärmt und verstreckt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizten Flächen eine Länge von 20 bis 300 mm besitzen, auf eine Temperatur von 450 bis 6500C beheizt sind und in einem Abstand zu den Spinndüsen von 1500 bis 6500 mm angeordnet sind.
    Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der beheizten Rächen von den Spinndüsen 4000 bis 6000 mm beträgt
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rlamente mit einer Geschwindigkeit von 4i00 bis 6000 m/min über die auf 500 bis 6000C beheizten Rächen gezogen werden.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rlamente durch nach den beheizten Rächen angeordnete Fadenführungsorgane gegen die beheizten Rächen gedrückt werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rlamente beim Passieren der beheizten flächen unter einem Winkel (λ)von 24 bis 10' abgelenkt werden.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rlamente nach Verlassen der beheizten Flächen mit einer Präparation benetzt werden.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenführungsorgane zugleich die Benetzung der Rlamente mit Präparation bewirken.
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