DE3346677C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines multifilen Fadens durch Spinnen eines schmelzflüssigen Polymers und Verstrecken sowie Ablegen, vorzugsweise Aufwickeln.

Verfahren dieser Art sind in großer Fülle bekannt. Es werden heute industriell große Mengen von insbesondere Polyester- und Polyamidfäden, insbesondere Fäden aus Poly­ äthylenterephthalat in guter Qualität hergestellt. Wesent­ liche Qualitätskriterien sind insbesondere die thermische Stabilität sowie die gute Anfärbbarkeit. Durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelingt es, insbeson­ dere diese Parameter, die für den Einsatz derartiger Fäden von besonderer Bedeutung sind, wesentlich zu verbessern.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der in einem üblichen Spinnverfahren erzeugte Faden in der Streckzone im Anschluß an die Beheizung, die effektive Filamenttemperaturen von mehr als 130°C und weniger als 180°C erfordert, einer schlagartigen Abkühlung (Abschreck­ behandlung) bei einer effektiven Abschrecktemperatur von weniger als 120°C unterworfen wird. Im Anschluß daran erfolgt eine nochmalige Erwärmung auf mehr als 120°C, was beim Ausgang aus der Streckzone oder in einer weiteren Erwärmungszone erfolgen kann.

Derartige Garne lassen sich insbesondere in einem textilen Titerbereich von 60 bis 165 dtex herstellen. Das Verfahren ist jedoch auch im Bereich technischer Titer vorteilhaft, da sich insbesondere auch hier die verbesserten thermischen Eigenschaften des Garnes auswirken.

Die Filamentzahlen sind - dem jeweiligen Anwendungsgebiet entsprechend - üblich.

Das Verfahren wird vorzugsweise auf schnellgesponnene Fäden angewandt, die mit einer Geschwindigkeit von mehr als 2700 m/min aus der Spinnzone abgezogen worden sind. Es hat sich bekanntlich herausgestellt, daß die Fäden dadurch eine höhere Vororientierung erhalten, was sich auf die Verstreckbarkeit und die späteren Eigenschaften durchaus positiv auswirkt, insbesondere aber eine entsprechende, der Vororientierung angepaßte Erniedrigung des Verstreckver­ hältnisses in der Streckzone erfordert. Ein kontinuier­ liches Spinn-Streckverfahren dieser Art ist in der DE-OS 22 04 535 offenbart.

Im Gegensatz zu dem dort gezeigten Verfahren wird jedoch im erfindungsgemäßen Verfahren die Eingangsgalette der Streck­ zone vorzugsweise kalt gehalten. Stattdessen erfolgt eine Beheizung in der Streckzone. Diese Beheizung kann durch Kontaktkörper, Luftstrecken oder Dampfstrecken o. ä. erfol­ gen. Von wesentlicher Bedeutung ist, daß bei dieser Heizung die Fäden eine Temperatur von mehr als 130°C effektiv erhalten, so daß im Anschluß daran eine deutliche Abschrec­ kung unter wesentlicher Erniedrigung der Temperatur bei großer Abschreckgeschwindigkeit erfolgen kann. Die Abschreckgeschwindigkeit liegt vorzugsweise bei mehr als 5°C/Millisekunden (ms). Die Abschreckgeschwindigkeit sollte vorzugsweise mehr als 10°C/ms betragen. Dabei werden besonders gute Eigenschaften erzielt, wenn die durch das Abschrecken bewirkte Temperaturdifferenz mehr als 20° beträgt, wobei die Endtemperatur der Abschreckbehandlung über 100°C liegen mag.

Die Abschreckbehandlung kann z. B. dadurch erfolgen, daß der Faden unmittelbar nach der Wärmebehandlung einen Wasser­ auftrag erhält. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Faden hierzu in ein Wasserbad mit definierter Lauflänge geleitet, so daß zum einen eine sehr große Wärme­ menge durch Verdunstung des Wassers abgeführt und zum ande­ ren durch Einstellung der Lauflänge eine bestimmte, opti­ male Abschrecktemperatur eingestellt werden kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Faden zunächst einer Dampfatmosphäre unterworfen, wobei in Abän­ derung des Verfahrens nach der DE-OS 22 04 535 ein Satt­ dampf mit einem Druck von mehr als 3 bar und einer Druck­ abbauzone von endlicher Länge verwandt wird. Die Druckab­ bauzone dient dem Abbau des Drucks von 3 bar auf Atmos­ phärendruck. Ihre Länge ist so bemessen, daß sie vom Faden bei den vorgegebenen Fadengeschwindigkeiten in einer Zeit von weniger als 3 ms durchlaufen wird. Auch in der Druckab­ bauzone kann ein zusätzlicher Wasserauftrag erfolgen, um eine bestimmte Abschrecktemperatur zu erreichen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dies im allgemeinen nicht erforderlich zu sein scheint. Die Behandlung mit einem unter Druck stehenden Sattdampf und der definierten Druckabbauzone bietet den Vorteil, daß zum einen die erfindungsgemäß vorgegebene Filamenttemperatur von 130 bis 180°C schnell und auf einer kurzen Lauflänge sicher erreicht wird, und daß zum anderen durch Steuerung des Druckabbaus über eine vorgegebene Lauflänge auch die Abkühlung auf ca. 100°C schnell und sicher zu erreichen ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Faden vorzugs­ weise im Anschluß an das Strecken der weiteren Wärmebehan­ dlung unterworfen. Es hat sich herausgestellt, daß dabei Heizertemperaturen von mehr als 120°C und weniger als 200°C anzuwenden sind, wobei ein Vorzugsbereich zwischen 130 und 180°C liegt. In den Versuchen hat sich die Ver­ wendung einer mit diesen Temperaturen beheizten Galette als vorteilhaft erwiesen. Andere Heizer erscheinen jedoch mög­ lich. Für die Stabilität des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn die Aufwickelgeschwindigkeit 1 bis 2% geringer als die Streckgeschwindigkeit, d. h. die Ober­ flächengeschwindigkeit der Streckgalette, ist. Ferner soll vor der Streckung eine Präparationsflüssigkeit aufgetragen werden. Es hat sich ferner herausgestellt, daß der Faden­ lauf wesentlich beruhigt und höhere Abzugsgeschwindigkeiten aus der Spinnzone und Streckgeschwindigkeiten bei ruhigem und sicherem Fadenlauf erreicht werden können, wenn der Faden vor dem Einlauf in die Streckzone und vorzugsweise nach der Auftragung der Präparationsflüssigkeit durch eine Luftbehandlung verflochten wird. Ein derartiges Verfahren ist im allgemeinen als "Tanglen" bezeichnet. Es erfolgt hierbei Beaufschlagung des Multifilamentfadens mit einem seitlich auftreffenden Luftstrahl, durch den eine Platzver­ lagerung der Filamente stattfindet. Es ist weiterhin vor­ teilhaft, wenn nach der Tanglebehandlung und vor dem Auf­ wickeln noch einmal eine Präparationsflüssigkeit aufgetra­ gen wird, um guten Spulenaufbau und gute Ablaufeigen­ schaften der Aufwickelspule zu erreichen.

Die hervorragenden Eigenschaften des erfindungsgemäß herge­ stellten Garns ergeben sich durch Vergleichsversuche, die im folgenden dargestellt sind.

Ein konventionelles Garn (Polyäthylenterephthalat) wurde mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 3200 m/min aus der Spinnzone abgezogen und kontinuierlich verstreckt und auf­ gewickelt. Die Eingangsgalette zur Streckzone war beheizt und auf eine Temperatur von 80°C ausgeregelt. Die Aus­ gangsgalette aus die Streckzone, die sog. Streckgalette, war ebenfalls beheizt und auf eine Temperatur von 165°C ausgeregelt. Durch Veränderung der Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Galette zwischen 4960 m/min und 5600 m/min wurden Streckverhältnisse zwischen 1 : 1,55 und 1 : 1,75 eingestellt. Anschließend wurde der Faden mit einer geringfügig geringeren Geschwin­ digkeit aufgewickelt.

Das erfindungsgemäß durchgeführte Verfahren ergibt sich aus der beigefügten Skizze. Mittels der Spinneinrichtung 1 wer­ den aus einer Polyäthylenterephthalatschmelze durch die Spinndüsenplatte 2 mehrere Filamente 3 ausgepreßt, im Kühlschacht 4 abgekühlt und zu einem Faden zusammengefaßt, sodann durch Präparationseinrichtung 5 mit einer Flüssigkeit versehen und anschließend durch eine sog. Tangledüse 6 geleitet. Das Eingangslieferwerk 7 der Streck­ zone hatte dabei eine Umfangsgeschwindigkeit von 3200 m/min. In der Streckzone befindet sich eine Heizkammer 8, in der der Faden in einer Zone 9 von 25 mm Länge mit einem Sattdampf unter einem Druck von 3 bis 10 bar beaufschlagt wird. Dieser Druck wurde in einer anschließenden Druckent­ spannungszone 10 von 100 mm Länge auf Atmosphärendruck ent­ spannt. Während dieser Behandlung wurde die Streckgalette 11 mit einer Umfangsgeschwindigkeit zwischen 5350 und 5400 m/min angetrieben, so daß sich wiederum die o. a. Ver­ streckverhältnisse ergaben. Dabei war die Galette 11 auf eine Temperatur von 120 bis 200°C beheizt und ausgere­ gelt. Die Aufwickelgeschwindigkeit betrug 2% weniger als die Umfangsgeschwindigkeit der Streckgalette 11. Mit 12 ist die Changiereinrichtung, mit 13 die Spulspindel mit der darauf befindlichen Spule 14 bezeichnet. Vor dem Kopffaden­ führer des Changierbereiches war eine Präparationsdüse 17 angeordnet, durch die eine Präparationsflüssigkeit auf den Faden aufgetragen wurde.

Wider Erwarten zeigte sich zunächst, daß auch dieser Prozeß mit großer Laufruhe und Sicherheit durchgeführt werden konnte, wobei sich ausgezeichnete Fadengleichmäßigkeiten (Usterwerte) ergaben. Insbesondere zeigte sich aber, daß die kristalline Dichte des erfindungsgemäß ersponnenen Gar­ nes mit 1480 kg/m³ wesentlich größer als die des konven­ tionell hergestellten Garnes mit 1450 kg/m³ war. Es wurde im Röntgendiagramm festgestellt, daß das erfindungsgemäß hergestellte Garn eine wesentlich größere Kristallstruktur - ca. 20% - als die konventionell ersponnenen Garne hatte. Der Schrumpf (Heißluftschrumpf bei heißer Luft mit 190°C) betrug bei dem erfindungsgemäß gesponnenen Garn lediglich 8% gegenüber 15% des konventionell ersponnenen Garnes. Als bedeutsam stellte sich ferner heraus, daß die maximale Schrumpfkraft eines fest eingespannten Garnstückes bei dem konventionellen Garn bei ca. 150°C liegt, während dieser Wert für ein erfindungsgemäß ersponnenes Garn bei 210°C lag. Diese Auswertungen zeigen für das erfindungsgemäß ersponnene Garn eine wesentlich erhöhte thermische Stabili­ tät, d. h. eine Erhöhung des Schmelzpunktes und eine Erhö­ hung der maximalen Schrumpfkraft. Die vergrößerte Kristall­ struktur bewirkte ferner eine wesentlich verbesserte Anfärbbarkeit mit größerer Anfärbtiefe. Die Bedeutung dieser Verbesserung liegt in einer Verbreiterung des Anwen­ dungsgebietes derartiger Fasern, in einer Verbesserung der Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften sowie - gegenüber dem konventionellen Garn gleich bleibende Eigenschaften vorausgesetzt - einer Verbilligung durch Einsatz geringer­ wertiger Rohmaterialien.

Es konnte festgestellt werden, daß die verbesserte Kristal­ linität und Kristallstruktur auch durch eine andere Art der Beheizung und anschließende Abschreckbehandlung möglich war. Dabei ergaben sich jedoch wesentlich größere Heiz­ längen und außerdem war es problematisch, sämtliche Fila­ mente des Fadens auf die geforderte effektive Temperatur zu erhitzen. Es ergaben sich dabei wesentliche Beeinträchti­ gungen der Gleichmäßigkeit über die Fadenlänge und über den Fadenquerschnitt.

Claims (21)

1. Verfahren zur Herstellung eines multifilen Chemie­ fadens durch Spinnen, Verstrecken und Ablegen, insbesondere auf Winden, dadurch gekennzeichnet, daß
der Faden hinter der Eingangsgalette der Streckzone einer Wärmebehandlung unter Erreichen einer effektiven Filamenttemperatur von mehr als 130°C und weniger als 180°C und sodann einer schlagartigen Abkühlung auf eine effektive Filamenttemperatur von weniger als 120°C unterworfen wird,
und daß der Faden sodann nach dem Strecken bei einer Heizungstemperatur von mehr als 120°C nochmals vor dem Ablegen bzw. Aufwickeln erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellten Polyesterfäden einen Titer von 60 bis 165 dtex haben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer ein Polyester, vorzugsweise ein Polyäthylenterephthalat verwandt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Filamentzahl höher als 18.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsgeschwindigkeit aus der Spinnzone mehr als 2700 m/min, vorzugsweise mehr als 3000 m/min beträgt, und daß die Verstreckung mit einem Verstreckverhältnis erfolgt, das der Vororientierung beim Spinnen angepaßt ist.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Spinnen, einstufiges Strecken sowie Aufwickeln in einem kontinuierlichen Arbeitsgang erfolgen.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsgalette der Streckzone unbeheizt ist.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Filamenttemperatur 140 bis 170°C beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Abschrecken erzielte Temperaturdifferenz mehr als 20°C beträgt.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrecktemperatur ca. 100°C beträgt.

11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckgeschwindigkeit größer als 5°/ms, vorzugsweise größer als 10°/ms ist.

12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckung durch Wasserauftrag, vorzugsweise durch Einlaufen des Fadens in ein Wasserbad, vorzugsweise Wasserbad definierter Länge erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden nach der Eingangsgalette durch eine Satt­ dampfatmosphäre mit einem Druck von mehr als 3 bar aufgeheizt wird und anschließend eine Druckabbauzone in einer Zeit von weniger als 3 ms durchläuft, in der der Sattdampfdruck auf Atmosphärendruck abgebaut wird.

14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung nach dem Strecken durch die den Ausgang der Streckzone bildende Streckgalette erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Galettentemperatur kleiner als 200°C ist.

16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizungstemperatur nach dem Strecken zwischen 130 und 180°C liegt.

17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwickelgeschwindigkeit 1 bis 2% geringer als die Streckgeschwindigkeit (Oberflächengeschwindigkeit der Streckgalette) ist.

18. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Präparationsauftrag vor der Eingangsgalette der Streckzone.

19. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden vor dem Einlauf in die Streckzone durch einen Luftstrahl verflochten wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden zwischen dem Auftrag der Präparationsflüs­ sigkeit und dem Einlauf in die Streckzone mittels eines Luftstrahls verflochten wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden nach dem Auslauf aus der Streckzone und vor dem Aufwickeln einen Flüssigkeitsauftrag erhält.