DE3146054A1

DE3146054A1 - Verfahren und vorrichtung zur einstufigen herstellung von vollverstreckten textilen multifilamenten aus schmelzspinnbaren polymeren

Info

Publication number: DE3146054A1
Application number: DE19813146054
Authority: DE
Inventors: Martin Chemie-Ing.Techn.(HTL) Busch; Ulrich 7013 Domat Kemp
Original assignee: Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung
Current assignee: Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung
Priority date: 1980-11-24
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1982-08-05
Also published as: BR8107609A; IT8149756A0; AR226929A1; FR2494729A1

Description

MÜLLER-BOSE · DEUFEL · SCHÖN · HERTEL

PATENTANWÄLTE ΕΤΤΚΟΓΕΑΝ PATENT ATTOHNEXS

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1927 - 1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPU-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. D1PL.-CHEM. WERNER HERTEL. D1PL.-PHYS.

J 1538

Inventa AG
Zürich. / Schweiz

Verfahren und Vorrichtung zur einstufigen Herstellung von vollverstreckten textlien Multifilamenten aus schmelzspinnbaren

Polymeren

MÜNCHEN B5. S1EBERTSTR. 4 · POB 860720 · KABEL: MIlEBOPAT · TEL. (0 89) 47 40 05 - TELECOPIER XEROX 400 TELEX S-242a5

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- D

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur einstufigen, kontinuierlichen Herstellung von verstreckten stabilisierten Multifilamenten aus schmelzspinnbaren Polymeren durch Schnellspinnstrecken mittels Streckgaletten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Derartige Verfahren sind bereits beschrieben in der CH-PS 623 611 und der DE-AS 24 35 009. Nach diesen Verfahren erfolgt die Verstreckung des mit hoher Geschwindigkeit ersponnenen unverstreckten Garnes zwischen zwei GaIetten, die unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen. Jede dieser beiden Galetten ist mit einer Beilaufrolle versehen, die eine Mehrfach-Umschlingung der Galette ermöglichen soll. Diese Beilaufrollen können mit Turbinen ausgestattet sein und mittels Preßluft angetrieben werden, ferner können sie ohne besonderen Antrieb lediglich durch die Zugkraft der sie umschlingenden Fäden bewegt werden. Es ist ferner bekannt, diese Beilaufrollen durch Galetten zu ersetzen, die ebenfalls eine Verlegung der Fäden zum Zwecke der Mehrfach-ümschlingung bewirken. In diesem Fall erfolgt die Verstreckung der Fäden zwischen den beiden Galettenpaaren, die auch als Galettenduo bezeichnet werden. Um die Mehrfach-Umschlingung zu ermöglichen, werden die Drehachsen der beiden Galetten eines Duos gegeneinander verschränkt.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Garne weisen im allgemeinen Titer von 22 bis 167 dtex auf, und es werden die heutzutage erreichbaren Geschwindigkeiten in der beispielhaften Größenordnung von 3500 - 4500 m/min für die erste Streckgalette und von 5000 - 6000 m/min für die zweite Streckgalette angewendet. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich indessen auch für höhere Geschwindigkeiten, die zukünftig im Zuge der technischen Weiterentwicklung realisierbar sein werden.

Darüber hinaus sollen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Garne vollverstreckt sein, d. h. sie sollen eine Bruchdehnung von 30 - 40 % im Falle von Polyamid 6 und von 25 - 35 % für Polyamid 66 aufweisen. Diese Bruchdehnung weist die Mehrheit der auf dem Markt erhältlichen Polyamidgarne auf, die nach dem konventionellen
zweistufigen Verfahren, d.h. über Spinnen bei circa
1000 m/min und nachfolgendem Verstrecken unter Verwendung von Streckzwirnmaschinen oder Streckspulmaschinen hergestellt werden. Die Bruchdehnung von Polyestern, insbesondere von Polyethylenterephthalat, soll 20 - 25 %, diejeni ge von Polypropylen 20 - 40 % betragen.

Um die sehr feinen Garne bei hoher Fadengeschwindigkeit
betriebssicher und mindestens in marktüblicher guter Qualität verstrecken zu können, kommt dem Streckverfahren
eine sehr große Bedeutung zu. Dabei sind Beurteilungskriterien wie Sicherheit eines fehlerfreien Einfädeln in
die Maschine, Standzeiten der verwendeten Aggregate,
möglichst geringe Investitions- und Betriebskosten,

Fadenbrüche durch Streckfehler, Flusen oder Kapillarbrüehe durch Risse im Streckfeld und gleichmäßige Qualität
der hergestellten Multifilamente zu berücksichtigen.

Es hat sich nun herausgestellt, daß die Verwendung von
Beilaufrollen zur Erzielung der Fadenverlegung auf den
Streckgaletten keine befriedigende Lösung darstellt, denn infolge des geringen Fadentiters können nur kleine Reibungskräfte zur Beschleunigung der Beilaufrolle durch den Faden selbst aufgebracht werden. Diese reichen oftmals
nicht aus, um die zunächst noch ruhende Beilaufrolle zu
beschleunigen, so daß häufige Fadenbrüche eine mehrmalige Wiederholung des Anlegevorganges erfordern.

^5 Auch die Verwendung von turbinengetriebenen Beilaufrollen vermag nicht zu befriedigen. Zwar kann das Reißen der

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Fäden beim Anlegevorgang durch Vorbeschleunigen der Beilaufrollen verhindert werden, doch weisen turbinengetriebene Beilaufrollen andere gravierende Nachteile auf. So ist es beispielsweise nicht möglich, zwischen den einzelnen Fäden bei Mehrfach-Umschlingung einen geringen Fadenabstand einzustellen, da die seitliche Bewegung der Fadenlagen zu groß ist und durch Kontakt zwischen einzelnen Fadenlagen Kapillarbrüche oder gar Fadenbrüche verursacht werden. Die seitliche Bewegung der Faden-Umschlingungen wird durch Drehzahl-Schwankungen der Beilaufrollen hervorgerufen. Diese Drehzahl-Schwankungen verursachen darüber hinaus unzulässig hohe Schwankungen der textlien Eigenschaften der erzeugten Multifilamente.

Ebenfalls herausgestellt hat es sich, daß die Lebensdauer der Beilaufrollen nicht den erwarteten hohen Anforderungen genügt. Dies ist leicht einzusehen, wenn man berücksichtigt, daß zur Erzielung der benötigten Drehzahlen von 60000 bis 70000 Umdrehungen pro Minute die drehenden Teile der Beilaufrolle eine geringe Masse aufweisen sollten, andererseits bei Fadenbrüchen im Streckfeld erhebliche Kräfte auftreten können, welche eine Beschädigung von Teilen der Beilaufrolle verursachen können.

Diese Nachteile der nicht angetriebenen oder mittels Turbinen und Preßluft angetriebenen Beilaufrollen können behoben werden, wenn man für die Verstreckung zwei GaIettenduos verwendet. Eine derartige Lösung wird in "Chemiefasern/Textilindustrie" , Februar 1978, Seite 126, vorgestellt. Diese Lösung ist jedoch mit den Nachteilen hoher Investitionskosten für Galetten und Frequenzumformer sowie großem Platzbedarf für die Unterbringung der Galetten in der Maschine behaftet.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren

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für das Verstrecken von Spinnfäden aus schmelzspinnbaren Polymeren im Rahmen des Schnellspinnstreckens bei Streckgeschwindigkeiten von 4000 - 6000 m/min zu beheben und eine Lösung zu schaffen, die sowohl in wirtschaftlicher Hinsicht als auch im Hinblick auf die Qualität der Textilgarne Vorteile bewirkt.

Dies wird nach dem erfindungsgemaßen Verfahren dadurch erreicht, daß die Verstreckung der Spinnfäden zwischen einer ersten Galette, die in offener Umschlingung umfahren wird, und einem schneller laufenden Galettenduo vorgenommen wird. Da die erste Galette in einer offenen Umschlingung umfahren wird, sind Hilfsmittel, wie Beilaufrollen oder eine zweite Galette zur Fadenverlegung für Mehrfach-Umschlingungen, nicht mehr erforderlich. Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, daß entgegen der bisherigen Lehre eine offene Umschlingung der ersten Galette mit einem Umschlingungswinkel von weniger als 360° ausreicht, um unter geeigneten Bedingungen die Fäden unter der Einwirkung der Streckkräfte, die in der Größenordnung von 0,5 bis circa 2,0 cN/dtex betragen können, zu halten.

Demgemäß betrifft vorliegende Erfindung das in Patentanspruch 1 definierte Verfahren.

Bisher war es bekannt, daß zum -schlupffreien Halten der Fäden an den jeweiligen Streckgaletten mehrere, im allgemeinen 3 bis 6 Umschlingungen von jeweils 360° erforderlich sind. In Chemiefasern/Textilindustrie, Febr. 1978 wurde beschrieben, daß im allgemeinen schon ein Umschlingungswinkel von 540° genügt, und es werden zwei Galettentrios zur Verstreckung vorgeschlagen. Daß eine einmalige Teilumschlingung von weniger als 360° zum Halten des Fadens an der ersten Streckgalette ausreicht, konnte deshalb nicht erwartet werden.

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Anhand der Fig. 1 und 2 soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden. Dabei stellt Fig. 2 den schematischen Fadenlauf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dar, während Fig. 1 beispielhaft den Fadenlauf nach dem aus der CH-PS 623 611 (CH-Patentanmeldung 6675/79) bekannten Verfahren beschreibt. Nach Fig. 2 wird in einem Spinnbalken 1 der Faden 3 ersponnen, nachdem er in einem Blasschacht 2 abgekühlt wurde. Mit der Auftragsvorrichtung 4 wird Spinnpräparation auf den Faden 3 aufgetragen. Die Galette 6 wird in einer Teilumschlingung umfahren und zwischen der Galette 6 und dem mit höherer Umfangsgeschwindigkeit betriebenen Galettenduo 5 wird der Faden verstreckt. Das Galettenduo 5 kann dabei mit mehreren, im allgemeinen 2 bis 5 Umschlingungen belegt werden. Der verstreckte Faden wird hiernach in der Behandlungskammer 7 thermisch relaxiert und verwirbelt und schließlich durch den Wickler 8 aufgespult.

In Fig. 2 sind die beiden Galetten des Galettenpaares 5 übereinander gezeichnet dargestellt. Dies ist lediglich eine beispielhafte Anordnung, die das Verfahren keineswegs beschränken soll. Die beiden Galetten des Duos 5 können mit gleicher Wirkung auch nebeneinander, also auf gleicher Höhe, oder in irgendeinem anderen Winkel zueinander angeordnet werden. Der Konstrukteur der Schnellspinnstreckmaschine wird die Position dieser Galetten so anordnen, daß die Maschine möglichst leicht bedient werden kann, wobei offensichtlich die Anordnung der Galetten übereinander die kleinste Teilung, d.i. die Teillänge der Spinnstreckmaschine, für die Behandlung einer Fadengruppe, ermöglicht, während die Anordnung der beiden Galetten auf gleicher Höhe die geringste Bauhöhe der Maschine bewirkt.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind sowohl im Hinblick auf die Kosten für Installation und Betrieb der Maschinen, als auch für die Bedienbarkeit sowie die Produktqualität, insbesondere die Gleichmäßigkeit der Qualität, von entscheidender Bedeutung.

So wird die Zahl der für die Behandlung einer Fadengruppe, z. B. 4 oder 8 Fäden, benötigten Galetten auf ein Minimum beschränkt. Die Teilumschlingung von weniger als 360° um die Galette 6 bietet den Vorteil einfacher Bedienbarkeit und damit verringerten Fadenbruchrisikos bei Fehloperationen durch das Bedienungspersonal. Auch kann die Länge der Galette 6 gegenüber bisher üblichen Vorrichtungen verringert werden/ was in Anbetracht der hohen Abzugsgeschwindigkeit einen sehr günstigen Einfluß auf die Investitions- sowie Betriebskosten und die Lebensdauer der Galetten bzw. deren Lager hat. Schließlich wird die Produktqualität, insbesondere deren Gleichmäßigkeit, verbessert, indem durch Vermeiden von Hilfsmitteln mit unpräzisem Antrieb ausschließlich Galetten verwendet werden, deren Drehzahlgenauigkeit den gestellten Anforderungen angemessen ist. Weiterhin kann durch Vermeiden von Mehrfachumschlingungen der in solchen Fällen übliche Fadenspannungsverlust bei zunehmender ümschlingungsanzahl verhindert werden. Letzteres ist insbesondere für die sehr empfindlichen unverstreckten Fäden von großer Bedeutung.

Der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt alle schmelzspinnbaren Polymere, die nach dem Schnellspinnstreckverfahren zu textlien Multifilamenten verarbeitet werden sollen, insbesondere Schmelzen aus faserbildenden Polyestern, wie Polyethylenterephthalat, oder faserbildendaiPolyamiden, wie Polyamid 6 oder 66, sowie auch von Polyalkylenen, wie Polypropylen.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ohne Bedeutung, ob die Verstreckung mittels kalter oder beheizter Galetten erfolgt, d.h. ob die gemäß Fig. 2 verwendete Galette 6 beheizt* ist oder nicht. Ebenso kann das Galettenduo 5 kalt oder auch zur Fadenfixierung beheizt betrieben werden.

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Ebenso wurde gefunden, daß die Beschaffenheit der Oberfläche der verwendeten Galetten in weiten Grenzen variierbar ist. So können die in der Chemiefaser-Industrie üblichen Oberflächen wie verchromte, hochglanzpolierte oder mattierte oder auch plasma-beschichtete und geschliffene Oberflächen verwendet werden.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist lediglich, daß der Umschlingungswinkel sowie die Art der verwendeten Galettenoberflache auf die durch Reibung an der Galettenoberfläche aufzubringenden Kräften abgestimmt wird. Die an der Galettenoberflache durch Reibung aufzubringenden Kräfte ergeben sich aus der Einlaufspannung (T₁) der Fäden vor der Galette 6 und der Streckspannung (T₂) zwischen der Galette 6 und dem Galettenpaar 5 und können als Quotient T₂ZT₁ spezifiziert werden, der als Fadenspannungsindex R bezeichnet wird. Dabei werden anstelle der Fadenspannung in cN die spezifische Fadenspannung in cN/dtex zur Quotientenhildung verwendet. Der Einfachheit halber wird der Titer (dtex) des Garnes auf der Spinnspule benutzt.

Bei Verwendung von Galetten mit einer serienmäßig hergestellten plasmabeschichteten Oberfläche (UCAR LA-7(S), UNION CARBIDE) und einem Umschlingungswinkel von 225° um die Galette 6 kann der Fadenspannungsindex R bis zu einem Wert von 3,0 ansteigen. Bei Werten über 3,0 (Beispiel 1) werden bereits höhere Garnbruchdehnungen als im erfindungsgemäßen Verfahren nach Beispiel 1 erhalten.

Es ist bekannt, daß durch Erhöhen des Umschlingungswinkels um die Galette 6 bis zu 27 0°' durch Verwenden von Spinnpräparationen mit erhöhter Reibung zwischen Faden und Galettenoberf lache sowie durch Verwendung von Galettenoberflächen mit ebenfalls erhöhter Faden-/Oberflachen-Reibung wesentlich höhere Fadenspannungsindexwerte ermöglicht werden. So kann durch Anwenden von verchromten, hochglanzpolierten Oberflächen der Wert R bis zu 5,0 betragen, ohne

daß ein Anstieg der Bruchdehnung beobachtet wird. (s. Beispiel 3)

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. 5

Beispiel 1 (erfindungsgemäßes Beispiel - siehe Fig. 2)

In einer 4-fach-Spinnanlage werden gleichzeitig 4 Fäden aus einer Polyamid 6 - Schmelze bei einer Spinntemperatur von 274°C und einer Schmelzefördermenge von 20 g/min für jeden einzelnen Faden aus 1 ersponnen. Die Fäden werden in 2 mittels Blasluft von 0,4 m/sec Strömungsgeschwindigkeit abgekühlt und als Faden 3 beim Eintritt in die Streckspulmaschine mittels Prapair.at.ions-Vorrichtung 4 mit einer handelsüblichen Spinn-Präparation versehen» Die Ölauflage beträgt 0,8 Gew.-%.

Die erste Galette 6, deren Oberfläche plasma-beschichtet war (UCAR LA-7, siehe vorstehend) weist eine Umfangsgeschwindigkeit von 4000 m/min auf und wird mit einem Umschlingungs-Winkel von 225° in einer offenen Umschlingung belegt. Das nachfolgende Galettenpaar 5 wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5520 m/min betrieben und die 4 Fäden dreimal um das Duo geschlungen. Für die Behandlungskammer 7 wird Sattdampf mit einem Druck von 1,8 kg/cm² verwendet. Schließlich werden die 4 Fäden mit einer Geschwindigkeit von 4980 m/min von einem handelsüblichen Wickler 8 aufgespult.

Die Einlauf-Spannung der Fäden beträgt 0,5 cN/dtex, die Streckspannung 1,2 cN/dtex. Der Fadenspannungs-Index R errechnet sich zu R = 2,4.

Die Fäden können zu großen, stabilen Wickeln aufgespult werden, ohne daß der Spulenaufbau oder die verwendeten Spulenhülsen durch nachträgliche Relacierung auf der Hülse deformiert werden.

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Sowohl die Galette 6 als auch das Galettenduo 5 sind unbeheizt. Das aufgespulte Garn besitzt bei einer Festigkeit von 5,0 cN/dtex eine Bruchdehnung von 30 %. Der Variationskoeffizient der Bruchdehnung einer jeden Spule beträgt 4,0 % Wirkungsschläuche dieses Garnes können streifenfrei gefärbt werden.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)

Es wird grundsätzlich wie in Beispiel 1 verfahren, jedoch mit dem Unterschied, daß die Fäden am Ende des Blasschachtes 2 zum Zweck der Reduktion der Fadenlauf-Spannung T₁ mit Spinnpräparation versehen werden.

Die Einlauf-Fadenspannung beträgt in diesem Beispiel T₁ = 0,3 cN/dtex, die Streckspannung T„ = 1,0 cN/dtex und der Fadenspannungs-Index R = 3,3. Es können stabile Wickel hergestellt werden.

Die Bruchdehnung des Garnes ist mit 5 0 - 55 % bei einer Festigkeit von 4,0 - 4,5 cN/dtex zu hoch, so daß dieses Garn nicht mehr als'vollverstreckt bezeichnet werden kann.

Beispiel 3 (erfindungsgemäßes Beispiel 1)

Es wird grundsätzlich verfahren wie in Beispiel 2, jedoch mit dem Unterschied, daß die plasma-beschichtete Galette 6 durch eine verchromte, hochglanzpolierte Galette ersetzt wird und zur Steigerung der Streckspannung die Geschwindigkeit des Galettenpaares auf 5650 m/min erhöht wird. Die Fadeneinlauf-Spannung beträgt unverändert 0,3 cN/dtex, die Streckspannung dagegen 1,48 cN/dtex und der Fadenspannungs-Index R= 4,92. Es können stabile Wickel von großem Spulengewicht hergestellt werden.

Das Garn besitzt bei einer Festigkeit von 5,2 cN/dtex eine gleichmäßige Bruchdehnung von 27 %.

Claims

3U6054 Patentansprüche

1. Verfahren■zur einstufigen Herstellung von vollverstreckten textlien Multifilamenten aus schmelzspinnbaren Polymeren durch Schnellspinnstrecken in einem Streckgalettenwerk mit einem Einlauf- und Ablaufaggregat, dadurch gekennzeichnet, daß als Einlaufaggregat in die Streckzone eine Galette verwendet wird, die in einer offenen Umschlingung von weniger als 360° von den Fäden oder einer Gruppe von Fäden umschlungen wird. *
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2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstreckung bei Raumtemperatur erfolgt.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine WarmverStreckung vorgenommen wird, indem die Einlaufgalette in die Streckzone beheizt ist oder eine andere Heizeinrichtung zwischen der Galette und dem Galettenpaar für die Erwärmung der Fäden verwendet wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur thermischen Stabilisierung der Fäden das Galettenpaar beheizt sein kann oder die Wärmebehandlung in einer weiteren Relaxierzone, die durch ein zweites Galettenpaar gebildet wird, erfolgt oder die Wärmebehandlung vor der Aufspulung erfolgt.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufgalette in die Streckzone von den Fäden oder einer Fadengruppe in einer offenen Teilumschlingung mit einem Umschlingungswinkel von mindestens 180°, vorzugsweise 225°, umschlungen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Einlaufrol-Ie (6) und ein darauf folgendes Galettenduo (5). (Fig. 2)