DE3409450C2

DE3409450C2 -

Info

Publication number: DE3409450C2
Application number: DE19843409450
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr. 5653 Leichlingen De Ellegast
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1984-03-15
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1991-03-21
Also published as: DE3409450A1

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Her stellung schmelzgesponnener Monofile aus thermopla stischen Kunststoffen, die nach Austritt aus der Düse ein Kühlbad durchlaufen, wobei sie zunächst nach unten in eine Wanne fallen, im Kühlbad an einer gekrümmten Fläche einer Umlenkvorrichtung umgelenkt werden und schräg nach oben aus dem Wasserbad abgezogen werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens.

Monofile aus thermoplastischen Kunststoffen werden in ein Kühlbad gesponnen, um sie darin erstarren zu lassen. Der Abkühlprozeß ist dabei von dem Temperaturgefälle, der Verweildauer und den Abmessungen des abzukühlenden Thermoplasten abhängig. Dem Spinnprozeß sind weitere Verarbeitungsprozesse wie Strecken, Fixieren und andere nachgeschaltet. Für die Abkühlphase steht nur ein be grenzter Raum zur Verfügung. Das Kühlbad ist meist als flache Wanne ausgebildet, die das extrudierte Monofil nach kurzer vertikaler Abkühlphase durchläuft, nach dem es umgelenkt und schräg nach oben abgezogen wird.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist eine Deformation des Monofils beim Umlenken, die sich insbesondere bei Fäden ab 1 mm Durchmesser bleibend störend bemerkbar macht. Durch den Druck bei der Umlenkung tritt eine Abplattung auf; der Drahtquerschnitt wird oval. Die Umlenkung der Fa denlaufrichtung erfolgt an einem bzw. mehreren Stäben. Es zeigt die Erfahrung, daß mehrere Einzelstäbe kleineren Durchmessers z.B. mit einem Krümmungsradius unter 2 mm, weniger stören als ein Element mit einem relativ großen Krümmungsradius und damit einer entsprechend langen Fläche, mit der das umgelenkte Monofil in Kontakt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die durch die Umlenkung verursachte unerwünschte Querschnittsveränderung des Monofils zu vermeiden.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß aus der die Umlenkung des Monofils bewirkenden Fläche des Umlenkorgans eine Flüssigkeit austritt, deren Strömung so stark ist, daß ständig Flüssigkeit zwischen dem laufenden Monofil und der die Umlenkung bewirkenden Fläche vorhanden ist. Die Umlenkfläche, die eine ge krümmte Fläche enthält, über die das Monofil gezogen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungs radius der gekrümmten Fläche größer als 5 mm, vorzugs weise in der Größenordnung 200 mm, ist, diese Fläche von einem Düsenblech oder Filtergewebe gebildet wird mit Durchtrittsöffnungen im Bereich 0,01 bis 1,5 mm und Mittel vorhanden sind, um einen Flüssigkeitsstrom durch das Dü senblech zu erzeugen. Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der durch die Erfindung bewirkte Effekt könnte auch als Flüssigkeitsschmierung des Monofils beschrieben werden. Durch die Herabsetzung der Reibung an der umlenkenden Fläche wird das laufende Monofil mechanisch weniger be lastet. Während des Umlenkens wird das Monofil von einer vorzugsweise gekühlten Flüssigkeit umströmt; die auf das Monofil einwirkenden Kräfte sind auf etwa die halbe Drahtoberfläche verteilt. Durch eine besondere Ausbildung der Düsen in dem Düsenblech kann eine steuerbare Zug kraft auf den Draht in Fadenlaufrichtung ausgeübt wer den. Es läßt sich so zusätzlich eine Förder- oder Bremswirkung erzielen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Vorrichtung ist es möglich, den Kühlprozeß zu intensivieren. Beson ders bei Systemen mit Umlaufkühlung ist es vorteilhaft, den Kühlmittelstrom direkt in die Fadenumlenkung zu leiten.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielshaft darge stellt und im folgenden weiter beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 das Kühlsystem für einen schmelzgesponnenen Draht in einer Flachwanne;

Fig. 2 Schnitt durch ein Umlenkorgan;

Fig. 3 zeitlicher Verlauf des minimalen und maximalen Drahtdurchmessers bei konventionell und erfin dungsgemäß abgekühlten Drähten.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 zeigt nur einen kleinen Aus schnitt aus dem Herstellungsprozeß für schmelzgesponnene Monofile. Das vom Spinnkopf 1 austretende schmelzflüssi ge Extrudat 2 fällt senkrecht in das Kühlbad 3 und wird durch die erfindungsgemäße Umlenkvorrichtung 4 in Form eines halbrunden Blechkastens so in der Bewegungsrich tung verändert, daß es am Ende der flachen Wanne 5 über einen Steg 6 als Draht 7 abgezogen werden kann. Der Flüssigkeitsstrom, der für die Schmierung des Drahtes um das Umlenkorgan 4 sorgt, wird von einer Umwälzpumpe 8 erzeugt, über das Ventil 9 gesteuert und mit einem Durchflußmesser 10 kontrolliert. Die Zufuhr des Kühl mittelstroms erfolgt durch einen flexiblen Schlauch 11. Der Kreislauf wird hergestellt durch den Wannenüber lauf 12. In dem Durchflußkühler 13 läßt sich die ge wünschte Temperatur einstellen.

In Fig. 2 ist beispielhaft der Querschnitt eines Um lenkorgans dargestellt. Die Wasserzufuhr erfolgt hier durch ein gebogenes zur Außenseite offenes Rohr 20. In einer Nut 21 wird das Düsenblech 22 gehalten. Es kann zwecks Reinigung oder Austausch leicht entfernt werden.

Der Draht 23 wird in einer keilförmigen Rinne 24 geführt und durch aus dem Düsenblech 22 ausströmende Wasser auf Abstand gehalten, "geschmiert". Als Düsenblech kann ein normales Lochblech eingesetzt werden, beispielsweise ein 1 mm starkes Aluminiumblech mit 25 Bohrungen a 1 mm pro cm². Auch ein Siebgewebe aus Metall- oder Kunststoff draht mit einer Maschenzahl von 400 bis 9000/cm² eignet sich zur Erzeugung eines gleichmäßigen Flüssigkeits stromes. Bevorzugt sind aber solche Bleche, die die Flüssigkeit in einem Winkel austreten lassen, der von der Normalen abweicht. Damit kann auf den Draht eine Förder- oder Bremswirkung ausgeübt werden. Solche Bleche sind beispielsweise unter der Bezeichnung "Conidur"-Bleche im Handel und werden bevorzugt in Trockenöfen oder Wirbelbettapparaturen zur Erzeugung eines gerichteten Luftstromes eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Kühlen und Um lenken aller thermoplastischen Produkte wie Polyamid, Polyester, Polycarbonat, Polyethylen, Polypropylen und andere geeignet. Als Kühlmittel wird vorzugsweise Wasser eingesetzt.

In Fig. 3 ist die vorteilhafte Umlenkung an verschieden dicken Drähten dargestellt. In dem Diagramm entspricht jeder Meßpunkt dem Mittelwert aus 10 Tagesproben einer Produktion. Mit einer Mikrometerschraube wird die Exzentrizität, d.h. der minimale und der maximale Fadendurchmesser ermittelt. Meßwerte an konventio nell hergestellten Fäden sind mit + (Kreuzchen) dar gestellt. Wird der gleiche Faden am gleichen Spinn schacht im Kühlbad mit der erfindungsgemäßen Vorrich tung umgelenkt, so ergibt sich an der gleichen Meß stelle ein wesentlich runderer Faden, d.h. minimaler und maximaler Fadendurchmesser liegen viel dichter zu sammen; gekennzeichnet durch ┤ (Kreise).

Beispiel 1

In einer Extrusionsanlage für Thermoplaste wird Polyamid 6 mit einer Viskosität η_rel.=3,1 aufgeschmolzen und mit Hilfe einer Zahnraddosierpumpe durch einen vertikal angeordneten Spinnkopf in ein Wasserbad extrudiert. Der Durchmesser der Runddüse beträgt 4,1 mm, die extrudierte Schmelzmenge 214 g/Min. und die Abzugsgeschwindigkeit 15,5 m/Min. Der Rohdraht wird im Kühlbad über die erfindungsgemäße Umlenkvorrichtung umgelenkt, die mit einer Wassermenge von 700 l/h (Düsenblechfläche 60 cm², 10% offene Fläche, Lochgröße ca. 0,3 mm Durchmesser, durch die Ausbildung der Düsenöffnung ist eine Geschwin digkeitskomponente in Fadenlaufrichtung vorhanden, Aus trittswinkel ca. 50°) beschickt wird.

Nach Passieren der Abkühlstrecke wird der Draht im Ver hältnis 1 : 4,1 verstreckt, um die optimalen physikali schen Eigenschaften zu erhalten. Eine Untersuchung des Drahtdurchmessers mit einer Mikrometerschraube liefert einen Durchmesserbereich von 1,99 bis 2,02 mm. Ein Draht, der unter gleichen Spinnbedingungen über vier zylindrische Umlenkstäbe (Durchmesser ca. 15 mm) ge leitet wird, ergibt bei gleicher Behandlung und Prüfung einen Durchmesserbereich von 1,95 bis 2,05 mm.

Beispiel 2

Auf der gleichen Anlage wie im Beispiel 1 beschrieben wird Polyamid 6 mit einer Viskosität η_rel.=3,0 und einer Leistung von 186 g/Min. durch eine Düse mit 3,0 mm Durchmesser extrudiert. Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt 27 m/Min. Nach der Abkühlphase in Wasser von 20°C, bei der über die erfindungsgemäße Vorrichtung mit 600 l/h Wasser beschickt umgelenkt wurde, fand eine Ver streckung im Verhältnis 1 : 4,1 statt. Am verstreckten Draht beträgt der ermittelte Durchmesserbereich 1,41 bis 1,42 mm. Bei einem konventionell umgelenkten Draht ergibt sich ein Durchmesserbereich von 1,40 bis 1,45 mm.

Beispiel 3

Ein Mischpolyamid aus 80 Teilen Caprolactam und 20 Teilen Aminoundekansäure mit der Viskosität von η_rel.=2,9 wird bei 250°C in ein Waserkühlbad von 40°C extrudiert. Die Schmelzmenge beträgt 182 g/Min., der Düsendurchmesser 5 mm und die Abziehgeschwindigkeit 10 m/Min. Die Umlenk vorrichtung war wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt aufgebaut. Das Düsenblech (gemäß Beispiel 1) war so eingelegt, daß der Flüssigkeitsstrom entgegen der Faden laufrichtung gelenkt war. Die Wassermenge betrug 200 l/h.

Nach der Verfestigung wird der Rohdraht im Verhältnis 1:5 verstreckt. Der Drahtdurchmesserbereich lag von 1,95 bis 2,02 mm. Ein über vier Umlenkstäbe abgezogener Draht hatte dagegen unter sonst gleichen Bedingungen Durchmesserschwankungen, die von 1,89 bis 2,06 mm reichen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung schmelzgesponnener Mono file aus thermoplastischen Kunststoffen, die nach Austritt aus der Düse ein Kühlbad durchlaufen, wobei sie zunächst senkrecht nach unten in eine Wanne fallen, im Kühlbad an einer gekrümmten Fläche einer Umlenkvorrichtung umgelenkt und schräg nach oben aus dem Wasserbad abgezogen werden, dadurch kenn zeichnet, daß aus der die Umlenkung des Monofils bewirkenden Fläche des Umlenkorgans eine Flüssigkeit austritt, deren Strömung so stark ist, daß ständig Flüssigkeit zwischen dem laufenden Monofil und der die Umlenkung bewirkenden Fläche vorhanden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die austretende Flüssigkeit gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß die austretende Flüssigkeit dem Kühlbad entnommen wird.

4. Umlenkvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3, enthaltend eine gekrümmte Fläche, über die das Monofil gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der ge krümmten Fläche größer als 5 mm, vorzugsweise in der Größenordnung 200 mm ist, diese Fläche von einem Düsenblech (22) oder Filtergewebe gebildet wird mit Durchtrittsöffnungen im Bereich 0,01 bis 1,5 mm und Mittel (8, 9, 10) vorhanden sind, um einen Flüs sigkeitsstrom durch das Düsenblech (22) zu erzeugen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Führungselemente (24) an der Seite neben dem Düsenblech (22) vorhanden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Düsen in dem Düsenblech (22) so ausgebildet sind, daß die durchdringende Flüssig keit überwiegend senkrecht auf das Monofil trifft.

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Düsen in dem Düsenblech (22) so ausgebildet sind, daß eine Geschwindigkeitskom ponente der durchtretenden Flüssigkeit in Richtung des Monofils vorhanden ist.