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Gesponnener Faden und Verfahren zu seiner Herstellung
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Die Erfindung betrifft einen gesponnenen Faden gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 3.
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Das Konzept des Ringspinnens hat bei der Entwicklung von Faden- oder
Garnspinnverfahren eine große Rolle gespielt. Im Laufe der vergangenen Jahre sind
neue Konzepte des Spinnens eingeführt worden, z. B. das Offenendspinnen und das
Falschdrehspinnen, mit- denen sich weit größere Spinngeschwindigkeiten erzielen
lassen als bei dem Ringsspinnen. Die mit diesem bekannten Spinnverfahren hergestellten
Fäden lassen sich grob, je nach ihren Strukturmerkmalen, in drei Arten einteilen.
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Der ersten Art können die ringgesponnenen Garne zugeordnet werden,
die eine Struktur aufweisen, bei der, wie in der Fig.
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1 gezeigt ist, die Fasern, aus denen das Garn besteht, im wesentlichen
parallel zueinander angeordnet sind und die Form eines aus einer Strähne bestehenden
Fadens 1 aufweisen, der mit einer echten Drehung versehen ist. ßeim Ringspinnen
wird, wie in der Figur l-a dargestellt ist, eine aus linearen Fasern 2 bestehende
Strähne einer Dreheinwirkung 3 ausgesetzt
und um ihre eigene Achse
gedreht, so daß die Drehungen weiterlaufen und die Strähne zu einem einzigen Faden
gedreht wird. Aufgrund des Lmfaufens eines Läufers am Ring mit hoher Geschwindigkeit
bildet der Faden einen Fadenballon, dessen Radius von verschiedenen Faktoren, wie
z. 13. der Läufergeschwindigkeit, der Masse des Fadens und dem Luftwiderstand abhängt.
Aufgrund der dem Durchmesser des Fadenballons und der Drehzahl des Läufers entsprechenden
Zentrifugalkraft werden die den Faden bildenden Fasern in einer Weise gedreht, daß
ihre Enden willkürlich verteilt aus der Fadenoberfläche herausragen. Somit ist die
Oberfläche des Fadens 1 mit vielen Faserenden 4 versehen, die einen Faserflaum bilden
können.
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Das Auftreten der Faserenden 4 wird beim Hindurchziehen des Fadens
durch den Läufer verstärkt. Folglich entsteht ein mit vielen Enden oder einem Faserflaum
versehener,echt gedrehter Faden 1, der die Form des in der Figur l-b gezeigten Einzelfadens
aufweist.
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Der zweiten Garnart gehören Garne an, die beim Offenendspinnen mit
einem Rotorsystem oder durch Adsorptionsdrehen erhalten werden. Die Figuren 2-a
und 2-b erläutern das Prinzip des Offenendspinnens mit einem Rotorsystem bzw. die
Struktur eines durch Offenendspinnen erhaltenen Fadens. Bei diesem Spinnen wird
Fasern 7, die im wesentlichen parallel zueinander
verlaufend entlang
der Innenumfangswand 6 eines umlaufenden Rotors 7 angehäuft liegen, eine Drehung
erteilt. Ein Endteil A dieses Faserringes, der im wesentlichen zu einem Faden 9
geformt worden ist, weist eine Faserdichte auf, die derjenigen der normalen Nurnerierung
des Fadens entspricht. Am anderen Endteil 13 des Faserringes ist die Faserdichte
jedoch viel geringer. Fasern 8 werden in willkürlicher Orientierung zugeführt. Während
die Fasern 8 der Innenumfangswand 6 des Rotors 5 zugeführt werden, wird dem Faden
9 im bestimmten Ausmaß eine echte Drehung erteilt. In anderen Worten, die Fasersträhne
wird gedreht, während sie mit Fasern 8 besprenkelt wird. Als Ergebnis werden die
das Innere oder den Kern des Fadens 9 bildenden Fasern stark gedreht, wobei jedoch
die äußeren Fasern eine nur schwache Drehung erhalten und nicht tief in das Innere
des Fadens 9 eingedreht werden. Somit ist der entstehende Faden 9 nicht mit dem
ringgesponnenen Faden 1 (Fig. l-b) vergleichbar, bei dem alle den Faden bildenden
Fasern parallel zueinander verlaufend angeordnet und in einheitlicher Weise zu einem
einzigen Faden 1 gedreht sind. Demnach liegen bei dem offenendgesponnenen Faden
9 die aufgesprenkelten Fasern 8 lediglich in Form eines Vließes um die Außenoberfläche
des Fadens 9 herum. Sie können als Brückenfasern oder Vließfasern 10 bezeichnet
werden. Diese Fasern 10 liegen ohne eine Ausrichtung entlang der Drehungsrichtung
des
Fadens 9 um diesen herum. Sie beeinträchtigen nicht nur das Aussehen des Fadens
9, sondern führen auch zu einer Verringerung der Fadenfestigkeit und zu einer Flaumbildung.
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Der dritten Garnart können Fäden zugerechnet werden, wie sie in den
Figuren 3-a, 3-b und 3-c gezeigt sind. Diese Figuren stellen durch Falschdrehen
oder Bündeldrehen gesponnene Fäden dar. Fäden dieser Art sind z. B. beschrieben
in der veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 56/79728, der
japanischen Patentveröffentlichung Nr.
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52/43256 und der US-PS 3 978 648. Bei diesen Fäden sind 80 bis 90
% der die Fäden bildenden Fasern parallel zueinander in Form eines Faserstrangs
11 angeordnet, wobei eine geringe Anzahl von Fasern um den Strang 11 herum derart
angeordnet sind, daß sie die Strähne zusamnenbinden und dem Faden 13, 14 bzw. 15
Festigkeit verleihen.
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Das Prinzip des Spinnens ist hierbei wie nachstehend beschrieben:
Eine mit hohem Verzugsverhältnis verzogene Stapelfasersträhne wird über Vorderwalzen
zugeführt und mit Falschdrehungen versehen, so daß eine gedrehte, aus Stapelfasern
bestehende Hauptsträhne gebildet wird. Eine keine Anzahl von Fasern, die
nicht
in die gedrehte Strähne eingedreht worden sind, wird in Berührung mit der Oberfläche
der gedrehten Hauptfasersträhne gebracht. Wenn sich die gedrehte Strähne 11 rückdreht,
so daß sie im wesentlichen von Drehungen befreit wird, legen sich die in kleiner
Anzahl vorhandenen Stapelfasern 12 automatisch in willkürlicher Ausrichtung oder
helixförmig verlaufend um den Strang II herum, um den bündelgesponnenen Faden 13,
14 oder 15 zu bilden. Der einfach aus einer Strähne paralleler Fasern, die mit einer
geringen Anzahl von Stapelfasern umlegt oder umwickelt ist, bestehende bündelgesponnene
Faden ist somit zwangsläufig von geringer Festigkeit.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, einen gesponnenen Faden vorzusehen,
der im wesentlichen von den Nachteilen der Fäden der vorstehend beschriebenen Garnarten
frei und infolge seiner Herstellung über ein anderes Spinnverfahren von verbesserter
Festigkeit, Griffigkeit und Oberflächenbeschaffenheit ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen.
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Der erfindungsgemäße gesponnene Faden weist in bestimmtem Ausmaß eine
echte Drehung, eine Einfachfadenstruktur und einen sehr kurzen und gleichmäßig au-sgerichteten
Faserflaum, jedoch auch das Aussehen eines aus zwei umeinander gedrehten Fasersträhnen
gebildeten Zweifachfadens auf. Dieser Faden läßt sich dadurch herstellen, daß eine
Fasersträhne an einem bestimmten Punkt entlang eines linearen Laufweges, in den
die Fasersträhne direkt eingeführt wird, im Vorbeilaufen einer momentanen, jedoch
kontinuierlich stattfindenden Offenendbildung unterzogen wird, ohne daß eine Dreheinrichtung,
z. B.
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ein Rotor, in die die Fasern einzuführen sind, verwendet wird.
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Anhand der Figuren soll die Erfindung und das ihr zugrundeliegende
Prinzip an bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert werden Es zeigen: Fig.
1 Darstellungen beim Ringspinnen erhaltener Fäden; Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung
des Prinzips des Offenendspinnens mit einem Rotorsystem und eines auf diese Weise
erhaltenen Fadens;
Fig. 3 eine Darstellung der Struktur bündelgesponnener
Fäden; Fig. 4 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch eine Ausfütirungsform
einer Vorrichtung zur Herstellung eines erfindung-sgemäßen Fadens; Fig. 5 einen
schematisch dargestellten Querschnitt einer Ausführungsform einer von einem Faserstrang
durchlaufenen Fluidstrahldralldüse, die zur Herstellung eines erfindungs.g-emä13en
Fadens verwendet wird; Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des
Prinzips der Herstellung eines erfindungsgemäßen Fadens; Fig. 7 eine Darstellung
der Struktur eines erfindungsgemäßen gesponnenen Fadens und Fig. 8 eine graphische
Darstellung der Beziehung zwischen Parametern, die ein Vorliegen des erfindungsgemäßen
Fadens bezeichnen, und dem Verhältnis der Luftd-rüc-ke der beiden Dralldüsen der
in der Figur 4 dargestellten Vorrichtung.
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In der in der Figur 4 dargestellten Vorrichtung wird ein von einer
Spule 16 kommender Faserstrang 11 mittels eines aus Hinterwalzen 18, mit Laufriemchen
19 versehenen MittelwdlJen und Vorderwalzen 20 bestehenden Streckwerks bei einem
vorbestimmten Verzugsverhältnis verstreckt, durch eine erste Fluidstrahldralldüse
21 und eine zweite Fluidstrahldralldüse 22 geleitet und dann in Form eines Fadens
23 durch Zugwalzen 24 gezogen und mittels einer Aufwickeleinrichtung bekannter Art
auf eine Aufwickelspule 25 aufgewickelt.
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Die ersten und zweiten Fluidstrahldralldüsen 21 und 22 sind mit Fluideinstrahlkanälen
26 bzw. 27 versehen, die derart ausgelegt sind, daß in den beiden Dralldüsen 21
und 22 einander entgegengesetzte Fluidwirbelströmungen erzeugt werden.
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Als Fluid sind Gase verschiedener Art einsetzbar, jedoch läßt sich
leicht verfügbare Druckluft mit Vorteil einsetzen. Die erste Dralldüse 21 bewirkt
das Entstehen eines offenen Endes des Faserstrangs 11, während die zweite Dralldüse
22 dem Faden 23 eine echte Drehung erteilt. Die erste Dralldüse 21 bewirkt auch
eine Fadenballonbildung, wodurch der Faserstrang 11 sowohl innerhalb des Fadens
23 wie auch an der Außenseite des Fadens 23 eine Fadenstruktur annimmt, bei der
ein bei bekannten Fäden vorhandener schwach gedrehter Kern nicht gebildet wird.
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Der durch die Vorderwalzen 20 flachgeformte Faserstrang 11 wird infolge
des schleuderartigen oder springseilartigen Umlaufens des vor der Düse 21 gebildeten
Fadenballons derart in Umlauf versetzt, daß die einzelnen Fasern vom Faserstrang
11 abgetrennt oder abgelöst werden. Hierbei werden die Fasern am streckwerkseitigen
Ballonknotenpunkt an ihren einen Enden vom umlaufenden Faserstrangteil ergriffen
und in diesen eingedreht und gleichzeitig an ihren anderen Enden aus dem von den
Streckwalzen zugeführten Faserstrangteil herausgelöst. Infolge der hier praktisch
auftretenden Offenendbildung werden die dem Faserstrang II von der zweiten Fluidstrahidralldüse
22 erteilten Falschdrehungen freigegeben, mit dem Ergebnis, daß im Faden 23 eine
echte Drehung in dem Ausmaß beibehalten wird, wie die Falschdrehungen freigegeben
werden.
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Diese zwischen den Vorderwalzen 20 und der ersten Kluidstrahldralldüse
21 stattfindende Offenendbildung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Figur
6 näher erläutert werden. Ein Drallorgan a, das der Dralldüse 21 entspricht, übt
eine Drehwirkung in zur Drehrichtung entgegengesetzter Richtung aus. Die Drehwirkung
eines weiteren Drallorgans b, das der Dralldüse 22 entspricht, ist etwas größer-
als diejenige des Drallorgans a, so daß dem Faserstrang 11 ab den Vorderwalzen 20
Drehungen erteilt werden, die den Faserstrang
11 zu einem Faden
drehen. Die fadenballonbildenden Mittel oder andere an deren Stellen eingesetzte
äquivalente Mittel wie z. B. mit hoher Geschwindigkeit schwingende oder vibrierende,
den Faserstrang dabei durchtrennende Mittel bekannter Art wirken auf den Faserstrang
li zwischen den Vorderwalzen 20 und der Dralldüse 2,1 derart ein, daß ein Teil des
Faserstrangs 11 an einer Stelle C durchgetrennt wird.
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Ein bestimmter Anteil der Fasersträhnen des Strangs 11 ist somit momentan
durchtrennt und wird dann wieder mit dem übrigen Teil des Faserstrangs verbunden
oder in diesen eingedreht. Dieses Abtrennen und Wiederverbinden erfolgt kontinuierlich
in rascher Folge an verschiedenen Stellen des Strangs 11, so daß Fasersträhnen mit
offenen Enden kontinuierlich gebildet werden. Folglich behält der Faden d nach dem
Durchlaufen des Drallorgans b eine echte Drehung bei, die dem Ausmaß der am offenen
Ende bzw. an den offenen Enden fre-igegebenen Drehungen entspricht. Somit entsteht
ein Faden 23, der innerhalb seiner Gesamtstruktur einschließlich seines Kerns eine
echte, in einer Drehrichtung verlaufende Drehung aufweist.
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In der Figur 4 sind innerhalb der Dralldüsen 21 und 22 ausgebildete
Fadenkanäle 29 bzw. 30 lediglich als rohrförmige Durchlässe gezeichnet. Je nach
Ausbildung der Kanäle 29 und 30 wird die Größe des innerhalb der Dralldüse 21 gebildeten
Fadenballons durch den Durchmesser des Kanals 29 und die Größe
des
innerhalb der Dralldüse 22 g-ebil-deten Fadenba-llons durch den Durchmesser des
Kanals 30 begrenzt.
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Zur Erzielung einer Offenendbildung- in der vor der Dralldüse 21 liegenden,
den Ballon 28 enthaltenden Zone ist es wichtig, den Ballon 31 zu stabilisie-ren
(d. h. sei-ne Größe und Form gleichbleibend zu halten). Die Figur 5 zeigt ein Beispiel
des Aufbaus einer zur Stabilisierung des Ba-llons 31 ausgebildeten Dralldüse 32.
Die Düse 32 ist an ih-r-em Fadeneinlaßende und an ihrem Fadenauslaßende mit Einengungen
33 bzw. 34 ihres Fadenkanals 29 versehen. Der Durchme-s-ser der die Einengung 34
bildenden Durchbohrung ist geringer als der Durchmesser des Fadenkanals 29, so daß
auch bei einer Änderung des Durchmessers des- in der Figur 4 gezeigt-en Ballon 31
die Lage des Knotenpunkts 15 unverändert bleibt, wodurch der Ballon 28 stabilisiert
werden kann. Die Größe und Stabilität des vor der ersten Dralldüse 21 liegenden-
Ballons 28 is-t für das Offenendbilden von Wichtigkeit.
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Die Figur 7 zeigt die Struktur des erfindungsgemäßen Fadens 23, der
mit der in der Figur 4 geze-igten, die Dralldüse 32 der Figur 5 enthaltenden Vorrichtung
he-rgestellt worden ist.
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Der Faden 23 ist ein Einfachfaden, weist jedoch das Erscheinen eines
Zweifachfadens auf, so daß er aus zwei zusammengedrehten oder gefachten,Fasersträhnen
Ya, Yb zu bestehen scheint. Das Erscheinen ist vollkommen anders als dasjenige der
bereits beschriebenen, mit einem Rotorsystem offenendgesponnenen oder bündelgesponnenen
Fäden. Die aus dem Faden 23 herausragenden Faserenden 36 sind sehr kurz und von
geringerer Anzahl alsbei einem ringgesponnenen Faden mit Einfachstruktur, bei dem
die durch die Zentrifugalwirkung entstehende Faserenden- oder Flaumbildung üblicherweise
auffallend ist. Der Faden 23 ist in seiner ganzen Struktur einschließlich seinem
Inneren oder Kern mit einer in einer Drehungsrichtung verlaufenden echten Drehung
versehen, ohne daß zwischen dem Kern und den äußeren Fasern ein Unterschied in der
Größe des Drehungswinkels bzw. Steigungswinkels besteht, wie dies ansonsten bei
mit einem Rotorsystem offenendgesponnenen Fäden der Fall ist. In der in der Figur
6 gezeigten Offenendzone an der Stelle C sind die Faserenden C1 an der Vorderwalzenseite
geöffnet und liegen frei, wobei in nur relativ geringer Anzahl Fasern davon abgehalten
werden im dralldüsenseitigen Faserende C2 eingedreht zu werden und stattdessen herausragende
Faserenden 36 zu bilden. Die aus dem Faden 23 herausragenden Faserenden 36, die
einen kurzen Faserflaum bilden können, ragen aus dem Faden 23 in einer Richtung,
nämlich der Laufrichtung 37 des Fadens 28, hervor.
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Sie weisen somit imne-r in Richtung eines der Enden des Fadens. Wird
der Faden demgemäß in einer bestimmten Richtung verlaufend in einen Webstuhl oder
eine Strickmaschine eingeführt, dann entsteht ein nur geringer Reibungswiderstand
an den Fadenführern, so daß das Auftreten von Fadenbrüchen verringert ist.
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In der Tabelle 1 sind'die Eigenschaften eines erfindungsgemäß gesponnenen
Fadens aus 65 % Polyester/35 % Baumwolle der Numerierung Ne 45 (eine-viel verwendete
übliche Mischung) zum Vergleich mit den Eigenschaften anderer Fäden aus einer ähnlichen
Mischung und mit ähnlicher Numerierung aufgeführt. (Die mit einer Mischung aus 50
% Polyester/ 50 % Baumwolle erhaltenen Ergebnisse würden den in der Tabelle 1 aufgeführten
Ergebnissen ähnlich sein.)
Tabelle 1 Erfindungsge- Offenend- R-inggemäßer
Faden gesponnener sponnener Faden Faden Zugfestigkeit 216 g 188 g 226 g Dehnung
10.0 % 9.7, 9Q 8.6 % Fadenenden (Flaum) 16.7/10 m 18.7/10 m 123/10 m U % 12.0 %
15.1 % 13.9 % Reibungskoeffizient 0.92 0.7
| in Lauf- 5-12x 6-12x |
| Quetsch- ¢ richtung |
| festigkeit in entgegen- 50-80x 6-12x |
| besetzter |
| Richtung |
Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, ist die Zugfestigkeit des erfindungsgemäßen gesponnenen
Fadens ungefähr gleich der jenigen des ringgesponnenen Fadens. Die Anzahl der herausragenden
Fadenenden einer Länge von 3 mm oder mehr pro 10 m Fadenlänge ist beim erfindungsgemäßen
Faden in vorteilhafter Weise viel geringer als beim ringgesponnenen Faden, nämlich
16,7 gegenüber 123. Bezüglich der Quetschfetigkeit zeichnet
sich
der erfindung-sgemäße Faden gegenüber dem ringgesponnenen Faden-aus. Im letzteren
Fall bricht der Faden nach sechsbis zwölfmaligem Quetschen una-bhängig von der Laufrichtung,
während im ersteren Fall der Faden beim Laufen in der Richtung 38, die der Laufrichtung
37 beim Spinnen entgegengesetzt ist (siehe Figuren 6 und 7) eine sehr hohe Festigkeit
aufweist. Es besteht kein Unterschied zwis-chen den beiden Fäden bezüglich der Quetschfestigkeit-
in der Richtung, die der Laufrichtung beim Spinnen entspricht. Dies ist auf den
Umstand zurückzuführen, daß, wie bereits e-rwähnt, die Faserenden oder der Flaum
des erfindungsgemäßen Fadens in einer Richtung verläuft.
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Wie bereits. erwähnt, weist der erfindungsgemäße gesponnene Faden
eine echte Drehung, die derjenigen eines Zweifachfadens ähnlich- ist, in seiner
Gesamtstruktur und in den seinen Kern und sein Äußeres bilden-den Fase-rn auf. Somit
weist der Faden das Aussehen eines Zweifachfadens auf., obwohl er die Struktur eines
Einfachfadens besitzt. In zusätzlicher Weise sind die aus der Fadenoberfläche herausragenden
Fadenenden gleichmäßig entlang einer Fadenrichtung ausgerichtet. Somit ist der Reibungswiderstand
an der Oberfläche des Fadens größer als bei einem.üblichen ringg.esponnenen Faden,
was zu.
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einer besseren Griffigkeit und, bei bestimmter Verarbeitungsweise
des Fadens zu Vorteilen aufgrund eines verringerten
Schlupfes zwischen
benachbarten Fäden führt.
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Bei ringgesponnenen Fäden ist oftmals zu beobachten, daß ein dickerer
Fadenteil eine geringe Drehung und ein dünnerer Fadenteil eine stärkere Drehung
aufweist, so daß an diesen Stellen die Fadendicke oder Fadenfeinheit größer erscheint.
Dagegen ist der erfindungsgemäße Faden von geringer Ungleichmäßigkeit und gleichförmigem
Aussehen, wobei Unregelmäßigkeiten, falls vorhanden, ausgeglichen sind.
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Die Fig. 8 zeigt eine Darstellung der Beziehung zwischen Parametern,
die ein Vorliegen des erfindungsgemäßen Fadens bezeichnen, und dem Verhältnis der
Luftdrücke der beiden Dralldüsen in der Fig 4. Als erwähnter Parameter kann z.B.
die scheinbare Fachdrehungszahl des Fadens dienen. Im allgemeinen stellt somit E
die Herstellbarkeit des erfiffdungsgemäßen Fadens dar. N ist der Luftdruck der ersten
Fluidstrahldralldüse 21 und N ist der Luftdruck der in gleicher Weise aus-2 gebildeten
Fluidstrahldralldüse 22. Vas zu wählende Verhältnis N /N hängt von den Arbeitsbedingu-ngen
ab und kann 12 z.B. im Bereich 0,3 - 6 liegen. In der Fig. 8 bezeichnen die neben
den einzelnen Kurven eingetragenen Ziffern 0,95 - 1,0 das Verhältnis der Geschwindigkeiten
mit denen der Faden 23 von der Aufwickelspule 25 aufgenommen wird und der Geschwindigkeit,
mit der der Faserstrang 11 von den Vorderwalzen 20
zugeführt wird.
Anders ausgedrückt, bezeichnen diese Ziffern ein Förderverhältnis, welches dadurch
erhalten wird, daß die Unfangsgeschwindigkeit der Aufwickelspule 25 durch die Umfangsgeschwindigkeit
der Vorderwalzen 20 dividiert wird. Der erfindungsgemäße Faden, der das Erscheinen
eines Zweifachfadens aufweist, entsteht nur dann, wenn das vorstehend erwähnte Förderverhältnis
weniger als 0,98 beträgt, wie es durch die Kurve (a) in der Fig. 8 dargestellt ist.