DE3781313T3

DE3781313T3 - Verfahren und Vorrichtung.

Info

Publication number: DE3781313T3
Application number: DE3781313T
Authority: DE
Inventors: Benjamin Chiatse Sze; George Vassilatos
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1986-04-30
Filing date: 1987-04-29
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2007-04-30
Also published as: IN168002B; CA1285725C; JPS62263309A; US5034182A; EP0244217A2; EP0244217B2; ES2035049T5; AU7213187A; ES2035049T3; TR23294A; EP0244217B1; AU584795B2; DE3781313D1; CN1013967B; CN87103155A; BR8701950A; DE3781313T2; KR870010227A; EP0244217A3; RU2052548C1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Schmelzspinnen gleichmäßiger Polymerfilamente, insbesondere in Form von Filamentgarnen durch Spinnen mit gesteuerten Abzugsgeschwindigkeiten.
Es ist seit langem bekannt, daß polymere Filamente, insbesondere feinere Textilfilamente, etwa Polyester und Polyamide, direkt hergestellt werden können, d.h. im Spinnzustand, ohne daß ein Verstrecken erforderlich ist, indem mit hohen Geschwindigkeiten von größenordnungsmäßig 5 km/min oder mehr gesponnen wird. Das wurde erstmalig in US-A-2 604 667 (Hebeler) für Polyester und in US-A-2 957 747 (Bowling) für Polyamide beschrieben. Um wirtschaftlicher produzieren zu können, interessierte man sich in den letzten zehn Jahren immer mehr für das Schmelzspinnen von gleichmäßigen Polymerfilamenten, ohne Einbuße an guten Eigenschaften, bei den höchstmöglichen Spinngeschwindigkeiten.
In US-A-4 134 882 und US-A-4 195 051 (Frankfort et al) sind neue gleichmäßige Polyesterfilamente und Filamentgarne von besserer Färbbarkeit, niedriger Abkochschrumpfung und guter Wärmefestigkeit, hergestellt durch Spinnen und unmittelbares Aufwickeln bei Abzugsgeschwindigkeiten von 5 km/min oder mehr beschrieben. Die höchste angegebene Abzugsgeschwindigkeit (Spinngeschwindigkeit) beträgt 7,2 km/min (8000 ypm). Die Abzugsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit der ersten, von den Filamenten (mindestens teilweise) umschlungenen angetrie benen Laufwalze, d.h. der Speisewalze. Wenn gleichmäßige Polymerfäden verlangt werden, wie sie z.B. für Filamentgarne geeignet sind, ist es wichtig, eine Walze oder eine vergleichbare zwangsweise arbeitende Einrichtung zu verwenden, die mit gleichbleibender gesteuerter Geschwindigkeit zum Abziehen der Filamente angetrieben wird, im Gegensatz zu einem Luftdüsen- Ejector. Der letztere ist für bestimmte Anwendungen brauchbar, z.B. für Vlieserzeugnisse, mit ihm lassen sich aber keine Filamente herstellen, die für die Verwendung als Filamentgarne für die meisten Zwecke ausreichend gleichmäßig sind.
In US-A-4 415 726 (Tanji et al) sind einige frühere Druckschriften behandelt und werden Polyesterfilamente und Garne beschrieben, die unter Normaldruck gefärbt werden können, sowie ein Verfahren zum Herstellen derartiger Polyestergarne mit verbesserter Spinnstabilität bei gesteuerten hohen Spinngeschwindigkeiten (d.h. Abzugsgeschwindigkeiten) von mehr als 5 km/min. Ein wichtiges Merkmal ist die Einwirkung eines Vakuums oder einer Saugkraft durch ein Sauggebläse auf die Fäden.
In US-A-4 425 293 (Vassilatos) beschreibt ein orientiertes nichtkristallines Polyethylenterephthalat-Textiltexturiergarn für Falschdrahttexturierung, hergestellt durch Spinnen von Polyethylenterephthalat mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5000 m/min und Abschrecken in einem Flüssigkeitsbad, um Filamente zu erhalten, die eine Abkochschrumpfung (BOS) von mindestens 45 % aufweisen und keine durch übliche Röntgenstrahldiffraktionsverfahren nachweisbare Kristallinität Das erzeugte Garn hat eine verhältnismäßig niedrige Reißdehnung ((30 %).
Erhöhtes Interesse besteht auch für die Verbesserung der Produktivität von kräftigeren Garnen, z.B. Industriegarnen, über höhere Spinngeschwindigkeiten ohne Einbuße an guten Garneigenschaften. In US-A-3 091 015 (Zimmerman) ist ein Verfahren zum Spinnen von kräftigeren (z.B. 6,6 bis 13,3 dtex je Filament (6 bis 12 denier je Filament)) Industriegarnen mit Geschwindigkeiten von 402 m/min (440 ypm) an der ersten Speisewalze, um die erwünschten gering doppelbrechenden Garne zu erzeugen, die für den Erhalt von guten mechanischen Garneigenschaften nach den Reckvorgängen erforderlich sind. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus wäre es sehr erwünscht, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, die ohne Einbuße an guten Filamenteigenschaften die Beschränkung der Spinngeschwindigkeit aufhebt oder die Grenzen erhöht, die derzeit bei den feinen Textilgarnen ebenso wie bei den kräftigeren Industriegarnen bestehen. Ein Aufsatz von Professor A. Ziabicki in Fiber World, September 1984, Seiten 8 bis 12, mit dem Titel "Physikalische Grenzen der Spinngeschwindigkeit" (Physical Limits of Spinning Speed) hält es jedoch für zweifelhaft, ob höhere Geschwindigkeiten Fasern mit besseren mechanischen Eigenschaften liefern können, und ob es natürliche Grenzen für die Spinngeschwindigkeit gibt, die nicht überschritten werden können (wobei er sich auf physikalische und Materialfaktoren konzentriert und wirtschaftliche und technischen Gesichtspunkte des Problems nicht berücksichtigt).
Professor Ziabicki kommt zu dem Schluß, daß es eine derartige Grenze gibt, jenseits welcher keine weitere Verbesserung von Struktur und Fasereigenschaften erwartet werden kann. Im Falle von textilen Polyesterfilamenten scheint nach Professor Ziabicki das Maximum bei etwa 5 bis 7 km/min zu liegen. Das stimmt überein mit den von Tanji für Geschwindigkeiten bis zu 9 km/min vorgelegten Ergebnissen. Für die kräftigeren Industriegarne wurde keine derartige Behauptung aufgestellt, und es wurde im veröffentlichten Schrifttum auch keine Darstellung gefunden, die eine Anweisung dafür gab, wie die Grenze der Spinngeschwindigkeit für diese Garne anzuheben wäre.
Außerdem wurde festgestellt, daß in den oben angegebenen Druckschriften beschriebene Verfahren das Spinnen bei erheblich über den üblichen Geschwindigkeiten liegenden Geschwindigkeiten nicht erlaubten, entweder wegen aus Verfahrensunstetigkeiten herrührenden Problemen oder wegen mit der Zunahme der Spinngeschwindigkeiten stark sich verschlechternden Filamenteigenschaften.
Gegenüber der Beschreibung bei Tanji über das Herstellen von Polymerfilamenten durch Aufwickeln bei hohen Abzugsgeschwindigkeiten mit einem Sauggebläse zur Unterstützung des Abzugs der Filamente von der Spinndüse, liegen auch einige Beschreibungen vor für die Herstellung von Polymerfilamenten durch Extrudieren in eine Überdruckkammer und Anwendung von Druckluft, z.B. einer Luftdüse oder eines Sauggebläses, zum Abziehen der Filamente von der Druckkammer ohne Anwendung irgendeiner Aufwickelwalze oder anderweitig formschlüssig angetriebenen Walze für das Bewegen der Filamente mit gesteuerter Geschwindigkeit. Die entstehenden Filamente finden zahlreiche Anwendungen, insbesondere für Non-Woven-Gewebe, haben aber nicht die für die meisten Verwendungszwecke als Filamentgarne erforderliche Gleichmäßigkeit wegen der unvermeidlichen Veränderlichkeit (längs ein und desselben Filaments und von verschiedenen Filamenten untereinander), die von der Anwendung allein eines Luftstrahls zur Förderung des Garns herührt, d.h. ohne eine Aufwickeleinrichtung oder einen anderen gesteuerten Zwangsantrieb. Die entstehenden Filamente sind vielmehr häufig so ungleichmäßig, daß sie sich spontan kräuseln, was, z.B. für Vliesstoffe, vorteilhaft sein kann, für andere Verwendungszwecke aber unerwünscht ist.
In US-A-3 707 593 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Herstellung von endlosen synthetischen Polymerfäden beschrieben, die besonders geeignet sind für die Herstellung von Non-Woven-Erzeugnissen. Die Vorrichtung besteht aus einem länglichen geschlossenen Zylinder mit einer Spinndüsenanordnung an seinem oberen Ende, einer Austrittsdüse an seinem unteren Ende und einer Einrichtung zum Einführen eines Druckfluids in das Zylinderinnere, so daß innerhalb des Zylinders eine Überdruckkammer entsteht. Nach dem Verfahren wird das Polymer von der Spinndüsenanordnung zu Filamenten versponnen. Die gesponnenen Filamente werden dann durch das Druckfluid in der Kammer abgekühlt und verfestigt. Beispiel 1 sieht einen Mindestdruck von 50,7 kPa (0,5 at) Überdruck vor. Die verfestigten Filamente treten dann durch die Austrittsdüse zusammen mit einem Teil des Druckfluids aus, wodurch die Filamente gestreckt werden und dadurch bessere physikalischen Eigenschaften erhalten.
Somit war es sehr überraschend, gemäß der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von Polymerfäden und Garnen durch Spinnen mit deutlich höheren Spinngeschwindigkeiten als den üblichen angeben zu können, wobei die mechanischen Eigenschaften sowohl für feine als auch für kräftige Garne gleich oder besser waren, als im Stande der Technik gezeigt oder dort vorausgesagt waren.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der Erfindung ist ein Schmelzspinnverfahren vorgesehen zum Spinnen von Endlosfäden aus Polymeren in einer von einem Spinnpack ausgehenden Bahn mit einer Spinngeschwindigkeit, die von einer mechanischen Zwangsabzugseinrichtung gesteuert wird, was das Einleiten eines Gases in eine die Bahn umschließende Zone, die sich von dem Spinnpack bis an einen Ort zwischen dem Spinnpack und der mechanischen Zwangsabzugseinrichtung erstreckt, das Aufrechterhalten eines Überdrucks von nicht mehr als 1,96 kPa (0,02 kg/cm²) in der Zone und das Erhöhen der Gasgeschwindigkeit auf einen die Geschwindigkeit der Fäden übersteigenden Wert beim Austritt des Gases aus der Zone beinhaltet.
Ferner wird eine Vorrichtung zum Spinnen von Endlosfäden aus Polymeren in einer von einem Spinnpadk ausgehenden Bahn zu einer mechanischen Zwangsabzugseinrichtung angegeben; die Verbesserung sieht vor: ein die Bahn umschließendes Gehäuse, dessen eines Ende sich an dem Spinnpack befindet und dessen anderes Ende bis an einen Ort zwischen dem Spinnpack und der mechanischen Zwangsabzugseinrichtung reicht, eine Einrichtung zum Zuführen eines unter Überdruck stehenden Gases zu dem Gehäuse, ein Rohr mit einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung, welche Eintrittsöffnung mit dem anderen Ende des Gehäuses verbunden ist, welches Rohr eine Einschnürung gegenüber dem anderen Ende des Gehäuses darstellt, eine durchgehende Wand, die das Rohr mit Abstand zur Bildung eines das Rohr umgebenden Ringraums umgibt und außerdem an das Gehäuse anschließt, sowie eine Einrichtung zum Einleiten von Druckgas in den Ringraum.
Die Einrichtung zum Erhöhen der Gasgeschwindigkeit beim Austritt des Gases aus der Zone kann ein Venturirohr sein, das einen konvergierenden Einlaß und einen sich konisch erweiternden Auslaß mit einer beide verbindenden Einschnürung aufweist, welcher konvergierende Einlaß mit dem anderen Ende des Gehäuses verbunden ist.
Die Kontinuität des Spinnens kann bei diesen hohen Abzugsgeschwindigkeiten durch diese Mittel verbessert werden, die den in gleicher Richtung laufenden Luftstrom zügig beschleunigen und dadurch die Filamente dicht an der Vorderseite der Spinndüse spannen. Die Geschwindigkeit der Luft oder des sonstigen Gases in dem Venturirohr kann etwa anderthalbmal (1,5mal) bis etwa hundertmal (100mal) so hoch sein wie die Geschwindigkeit der Filamente, so daß die Luft eine Zugwirkung auf die Filamente ausübt. Als Ergebnis der höheren Geschwindigkeit und der hohen Temperatur der aus dem Venturirohr austretenden Filamente ist das Ausmaß der Querschnittsverminderung, die die Filamente bei diesen hohen Geschwindigkeiten sonst normalerweise erfahren, deutlich herabsetzt, so daß die Filamente in höherem Grade und gleichmäßiger orientiert sind (geringerer Unterschied zwischen amorphen und kristallinen Abschnitten). Infolgedessen haben die Fäden höhere Festigkeit, höhere Reißdehnung, und die Kontinuität des Spinnvorgangs wird verbessert, vor allem, wenn die Abzugsgeschwindigkeit über 7 km/min hinaus erhöht wird.
Es ist sehr überraschend, daß es möglich ist, zahlreiche Stränge von heißem, klebrigen Polymer zusammenlaufen zu lassen und mit so hoher Stabilität durch ein Venturirohr mit verhältnismäßig enger Einschnürung oder durch ein enges Rohr zu leiten, daß sie nicht miteinander verkleben oder merklich an den Wänden von Einschnürung oder Rohr anhaften. Eine Ursache für diesen Erfolg kann der äußerst geringe Überdruck in der Zone oberhalb des Venturirohrs oder Rohrs sein. wegen der Beschaffenheit der Stränge unmittelbar unterhalb der Spinndüse ist es nicht zweckmäßig, irgendwelche Haft- oder Klebeprobleme mit Hilfe einer Führung zu korrigieren. Wenn die Filamente einander berühren, ist zu erwärten, daß sie sich verbinden, wie aus dem Stande der Technik bekannt, und sie zu trennen, wäre sehr schwierig. In ähnlicher Weise hinterläßt ein Filament, jedes Mal, wenn es den Trichter berührt, eine Ablagerung von Polymer, wodurch die Neigung zum späteren Festkleben noch erhöht würde. Mit Erfolg wurden bei 310ºC (etwa 40ºC über dem Schmelzpunkt des Polymers) 34 Fäden durch eine Verengung von etwa 1 cm Durchmesser gesponnen.
Eine Ansaugdüse wird vorzugsweise unterhalb des Venturirohrs angesetzt, um das Abkühlen zu beschleunigen und den aerodynamischen Zug weiter zu verringern, damit die Spinnspannung weiter gesenkt und die Stetigkeit des Spinnvorgangs erhöht wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig.1 stellt schematisch, teilweise im Schnitt, eine Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausübung der Erfindung dar.
Fig.2 stellt schematisch, teilweise im Schnitt, eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausübung der Erfindung dar.
Fig.3 stellt schematisch eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausübung der Erfindung dar.
Fig.4 stellt schematisch die Ansicht einer verbesserten Ausführung der Vorrichtung nach Fig.2 dar.

Ausführliche Beschreibung der pezeichneten Ausführung

Die in Fig.1 gezeichnete Ausführung umfaßt ein Gehäuse 10, das eine Kammer 12 bildet, d.h. eine abgeschlossene Zone, in die durch eine Zutrittsleitung 14 in der Seitenwand 11 des Gehäuses Gas zugeführt wird. Ein kreisförmiger Schirm 13 und eine kreisförmige Prallfläche 15 sind in dem Gehäuse 10 konzentrisch angeordnet, um das in die Kammer 12 einströmende Gas gleichmäßig zu verteilen. Ein Spinnpack 16 ist zentrisch zu und unmittelbar über dem Gehäuse angeordnet, welches an die Oberfläche 16a des Spinnpacks anstößt. Eine (nicht gezeichnete) Spinndüse ist an der Unterseite des Spinnpacks angebracht und extrudiert Filamente 20 in eine Bahn von dem Spinnpack zugeführten geschmolzenen Polymer. Ein Venturirohr 22 mit einem konvergierenden Einlaß 24 und einem sich konisch erweiternden Auslaß 26, die durch eine Einschnürung 28 miteinander verbunden sind, ist mit seinem Einlaß an das Gehäuse 10 angeschlossen. Stromab von dem Venturirohr 22 ist eine Ansaugdüse 30 angeordnet, der eine Abzugswalze 34 nachgeschaltet ist.
Beim Betrieb der Vorrichtung wird dem Spinnpack 16 ein geschmolzenes Polymer zugeteilt und in Form von Filamenten 20 extrudiert. Die Filamente werden von der Spinndüse aus in eine Bahn von der Abzugswalze 34 gezogen, die von dem Gasstrom durch das Venturirohr 22 und den Ansaugstrahl 30 unterstützt wird.
Die Ausdrücke 'Abzugsgeschwindigkeit' und 'Spinngeschwindigkeit' und gelegentlich 'Aufwickelgeschwindigkeit' werden bei der Behandlung der Druckschriften Frankfort et al und Tanji verwendet, um die lineare Umfangsgeschwindigkeit der ersten angetriebenen Walze zu bezeichnen, die die Filamente zwangsweise fördert, wenn sie von der Spinndüse abgezogen werden.
Gemäß der Erfindung ist, wenn der Luftstrom durch das Ventunrohr 22 und durch das Sauggebläse 30 es der Abzugswalze 34 auch erheblich erleichtert, die Filamente 20 von der Spinndüse abzuziehen, dieser Luftstrom nicht die einzige für das Abziehen der Filamente maßgebende Kraft. Das ist ein Unterschied gegenüber dem oben erwähnten Stande der Technik, bei dem der Luftstrom das einzige Mittel zum Abziehen und Verstrecken von Filamenten von der Spinndüse darstellt. Die Temperatur des Gases in der abgeschlossenen Zone 12 kann zwischen 5ºC und 250ºC liegen. Der bevorzugte Abstand der Stirnfläche der Spinndüse an der Unterseite des Spinnpacks 16 und dem Halsteil oder der Einschnürung 28 des Venturirohrs 22 beträgt etwa 15,2 bis 154,2 cm (6 bis 60 inch). Der Durchmesser (oder die äquivalente Weite der Querschnittsfläche) des Halsteils oder der Einschnürung 28 sollte vorzugsweise etwa 0,64 bis 2,5 cm (0,25 bis 1 inch) betragen, jedoch hängt das in gewissem Umfang von der Zahl der Filamente in dem Bündel ab. Wird ein Rechteckschlitz verwendet, kann die Weite noch geringer sein, z.B. auch nur 2,5 mm (0,1 inch) betragen. Ist die Weite zu gering, können die Filamente in der Düse einander berühren und verschmelzen. Ist der Durchmesser der Einschnürung 28 zu groß, ist ein entsprechend großer Gasdurchsatz erforderlich, um die gewünschte Geschwindigkeit an dem Halsteil aufrechtzuerhalten, und das kann zu unerwünschter Turbulenz in der Zone führen, wodurch eine Instabilität der Filamente entsteht.
Der Druck in dem Gehäuse 10 muß so hoch sein, daß der gewünschte Durchsatz durch das Venturirohr aufrechterhalten wird. Normalerweise beträgt er, je nach den Abmessungen und den gerade gesponnenen Filamenten, nämlich Feinheit, Viskosität und Geschwindigkeit, zwischen etwa 0,98 und 1,96 kPa (0,01 und 0,02 kg/cm²). Ein niedriger Überdruck ist, wie erwähnt, wichtig.
Der sich konisch erweiternde Auslaß 26 des Venturirohrs sollte, je nach der Spinngeschwindigkeit, vorzugsweise zwischen etwa 2,5 und 76,2 mm (1 und 30 inch) lang sein. Die bevorzugte geometrische Form des sich konisch erweiternden Auslasses 26 zeigt eine geringfügige Divergenz mit einem kleinen Winkel, z.B. 1º bis 2º und höchstens etwa 10º, so daß der konvergierende Einlaß 24, die Einschnürung 28 und der sich konisch erweiternde Auslaß 26 in ihrem Zusammenwirken eine Einrichtung zur Erhöhung der Geschwindigkeit bilden, die das Gas beim Austritt aus der Zone 12 hat. Der sich konisch erweiternde Auslaß 26 führt dazu, daß die mit hoher Geschwindigkeit strömende Luft langsamer fließt und am Ausgang dieses Auslasses ohne heftige Wirbel, d.h. übermäßige Turbulenz, Atmosphärendruck erreicht. Geringere Divergenz, z.B. ein Rohr mit gleichbleibendem Durchmesser, kann bei gewissen Geschwindigkeiten auch funktionieren, würde aber einen höheren Eingangsdruck erfordern, um den gleichen Gasdurchfluß zu erreichen. Höhere Divergenz führt zu übermäßiger Turbulenz und zum Abreißen der Strömung.
Die aus dem Venturirohr austretenden Filamente können in der Umgebungsluft abkühlen, vorzugsweise auf einer kurzen Strecke, bevor sie in eine Ansaugdüse 30 eintreten, die in passender Entfernung stromab von dem Venturirohr 22 angeordnet ist. Normalerweise tritt in dieser Zone zwischen dem Venturirohr und der Ansaugdüse 30 eine Querschnittsverminderung auf. Es ist zweckmäßig, die Ansaugdüse von dem Venturirohr zu trennen, weil die Menge der mit den Filamenten durch die Ansaugdüse angesaugten Luft wesentlich größer sein kann als die Menge der aus dem Venturirohr austretenden Luft, und auf diese Weise ein hohes Mißverhältnis der Strömungsmengen zu vermeiden, das zu Turbulenz und Garninstabilität führen würde. Die Aufgabe der Ansaugdüse ist, eine schnelle Abkühlung der Filamente herbeizuführen, um deren Festigkeit zu erhöhen und die Zunahme der Spinnspannung infolge aerodynamischen Widerstands zu verringern.
Ein Finish (Antistatikum, Gleitmittel) wird den Filamenten mit Hilfe des Finish-Applikators 32 zugeführt. Das sollte stromab von der Saugdüse 30, aber stromauf von der Abzugswalze 34 geschehen. Eine Verflechtungsdüse 33 kann verwendet werden, um die Filamente zusammenzuhalten, wenn die Aufgabe lautet, ein Filamentgarn herzustellen. Diese Düse befindet sich stromab von einem Finish-Applikator.
Bei einer anderen, in Fig.2 dargestellten Ausbildung der Vorrichtung umfaßt die Einrichtung zur Erhöhung der Gasgeschwindigkeit ein Gehäuse 50, das eine Kammer 52 bildet, die durch die in der Seitenwand 51 des Gehäuses angeordnete Zutrittsleitung 54 mit Druckgas Qr versorgt wird. In der Kammer 52 ist ein zylindrischer Schirm 55 angeordnet, um das in die Kammer einströmende Gas gleichmäßig zu verteilen. Ein Spinnpack 16 ist zentrisch zu dem Gehäuse und unmittelbar über diesem angeordnet und ist dichtend an die Oberfläche 16a des Packs angeschlossen. Eine (nicht gezeichnete) Spinndüse ist an der Unterseite des Spinnpacks befestigt und extrudiert in eine Bahn Filamente 20 aus geschmolzenen Polymer, das dem Spinnpack zugeleitet war. Ein Rohr 56 ist mit dem Gehäuse 50 am Auslaßende des Gehäuses flüchtend mit der Bahn der Filamente angebracht. Das obere Ende des Rohrs ist leicht erweitert. Eine zusammenhängende Wand oder ein zweites Rohr 58 umgibt das Rohr 56 mit Abstand von diesem, so daß ein um das Rohr 56 verlaufender Ringraum 60 entsteht. Die Wand ist am Auslaß des Gehäuse 50 mit dem Gehäuse verbunden. Ein durch die Wand 58 hindurchgeführtes Eintrittsrohr 62 bietet die Möglichkeit der Zuführung von Druckgas Qj in den Raum 60. Die Betriebsweise ist vergleichbar mit derjenigen, die für Fig.1 beschrieben wurde, abgesehen davon, daß der Abzug der Filamente durch den durch das geradlinige Rohr 56 fließenden Gasstrom unterstützt wird. Die Durchmesser der Rohre 56, 58 und die Luftdurchflußmengen Qr und Qj werden so festgesetzt, daß in beiden Rohren gleiche mittlere Gasgeschwindigkeit herrscht. Auf diese Weise wird eine Störung der Filamente am Austritt des Rohrs 56 das Rohr 58 so gering wie möglich gehalten. Im übrigen sollte das Rohr 56 gut zentriert und der Strom Qj gleichmäßig verteilt sein, so daß die Gasgeschwindigkeit in dem Ringraum 60 zwischen den beiden Rohren an jeder Umfangsstelle derselbe ist. Ferner sollte die Gasgeschwindigkeit in dem Ringraum etwa zweimal größer sein als die gemeinsame Geschwindigkeit in den beiden Rohren, aber nicht wesentlich mehr als das.
In den Figuren 3 und 4 werden Ausführungsformen dargestellt, die mit der Ausführung nach Fig.2 vergleichbar sind. Nach Fig.3 ist das Rohr 58 weggelassen. Die Arbeitsweise ist in Beispiel III beschrieben. Nach Fig.4 hat die Wand des äußeren Rohrs 58 einen sich erweiternden Auslaß. Dadurch wird die Turbulenz am Abreißpunkt des Gasstroms außerhalb des Rohrs 58 auf einen kleinstmöglichen Wert gebracht.

TESTS

T/E/Mi - Reißfestigkeit und Elastizitätsmodul sind in Gramm je Denier (g/denier) (gpd) angegeben und Dehnung in %, gemessen nach ASTM D2256 an einer Meßlängen-Probe von 25,4 cm (10 inch) bei 65 % relativer Feuchte und 21ºC (70ºF) bei einer Dehnungsgeschwindigkeit von 60 % je Minute. (1 gpd 0,88 dN/tex)
Dichte - bestimmt aus Versuchen mit dem Dichtemeßzylinder nach dem Verfahren in ASTM D15056-68.
Doppelbrechung - gemessen mit einem Polarisationsmikroskop nach dem Sonarmont-Verfahren.
Kochschrumpfung (BOS) - gemessen nach dem in US-A-4 156 071, Spalte 6, Zeile 51, beschriebenen Verfahren.
Endotherm - das Endotherm (Schmelzpunkt) wird bestimmt aus dem Wendepunkt des Diagramms eines Differential-Scanningkalorimeters unter Verwendung eines Differential-Scanningkalorimeters Du Pont 1090 mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 20ºC/min.

BEISPIEL I

Polyethylenterephthalat, das eine in einem Lösungsgemisch mit Volumenverhaltnis 1:2 von Phenol und Tetrachlorethan gemessene Grenzviskosität 0,63 besaß, wurde aus einer Spinndüse extrudiert, die 17 auf der Peripherie eines Kreises von 5 cm Durchmesser gleichabständig angeordnete feine Öffnungen von 0,25 mm Durchmesser aufweist bei einer Spinntemperatur von 310ºC mit der Vorrichtung nach Fig.1. Die extrudierten Filamente wurden durch einen Zylinder mit einem Innendurchmesser von 11,5 cm und einer Länge von 13 cm geleitet, der unmittelbar unter der Spinndüsenfläche vorgesehen war. Der Zylinder wurde auf einer Temperatur von 180ºC gehalten, und Luft von gleicher Temperatur wurde durch die Innenseite des Drahtgitters des Zylinders mit einem Durchsatz von 0,13 Nm³/min (4,5 scfm) geleitet. Der Zylinder war an ein konvergierendes Rohr mit einem Verengungsdurchmesser von 9,5 mm (0,375") am Ende des Rohrs in 30 cm Abstand von der Spinndüse angeschlossen. Über die Verengung hinaus führt ein (ein Venturirohr bildendes) sich erweiterndes Rohr von 17 cm Länge mit einer Divergenzöffnung von 2º. Der erhitzte Zylinder liegt dicht an dem Boden des Spinnblocks, so daß durch den Zylinder zugeführte Luft nur durch die Verengung des konvergierenden Rohrs und das Venturirohr abströmen kann. Ein Überdruck von etwa 0,98 kPa = 0,01 kg/cm² (0,15 Psi) wird in der Kammer unterhalb der Spinndüse aufrechterhalten. Beim Austritt aus dem Venturirohr verlaufen die Filamente etwa 40 bis 70 cm weit in Luft, bevor sie in eine Ansaugdüse gelangen, in der ein Luftdruck von 20,7 kPa Überdruck (3 psig) besteht. Die Filamente haben eine Feinheit von 42,5/17 (2,5 dpf). 1 denier je Filament = 1,1 dtex je Filament. Die Feinheit wurde aufrechterhalten bei Geschwindigkeiten von 7000 bis 12000 m/min, indem die Polymerzufuhr durch die Spinndüsenkapillaren eingestellt wurden. Die Eigenschaften der Fasern sind in Tabelle I dargestellt. TABELLE 1 FESTIGKEIT UND ORIENTIERUNG VON POLYESTER-FASERN

BEISPIEL II

Ein handelsübliches Polypropylen (U.S.Steel, Code CP-320D) wird in einem Doppelschneckenextruder geschmolzen und zu einem 17 Filament-, 35 den. (3,9 tex)-Garn versponnen, wozu die Vorrichtung aus Fig.1 verwendet wurde. Polymer Mw/Mn ist etwa 41 die Schmelzfließgeschwindigkeit ist 31,5 und die Viskosität der Schmelze bei niedriger Scherung ist etwa 100 Pa.s (1000 Poise) bei 260ºC. Die Spinntemperatur (Pack) beträgt etwa 250ºC. Die Kühlluftgeschwindigkeit in dem Venturistrom beträgt 0,20 bis 0,23 Normkubikmeter je Minute (7 bis 8 scfm), und die Lufttemperatur beträgt 23ºC. Nach dem Durchlaufen des Ventunrohrs wird ein Finish aufgebracht, das Garn wird verflochten und dann gesammelt. Die Eigenschaften sind in Tabelle II angegeben. TABELLE II
Zum Vergleich wurden Garne unter vergleichbaren Bedingungen, aber nach Abnahme des Gehäuses 10 und des Venturirohrs 22 gesponnen. Die Eigenschaften sind in Tabelle III zusammengestellt. TABELLE III

BEISPIEL III

Polyethylenterephthalat mit einer Grenzviskosität von 0,63, die in einem Lösungsgemisch mit Volumenverhältnis 1 : 2 von Phenol und Tetrachlorethan gemessen worden ist, wurde aus einer Spinndüse, die 4 feine Öffnungen von 0,25 mm Durchmesser hatte, in gleichen Abständen von 0,25 cm auf einer Geraden angeordnet, bei 290ºC und mit einem Durchsatz von 3,1 g/min je Öffnung versponnen. Die extrudierten Filamente wurden durch eine Luftzuführungskammer mit einem Innendurchmesser von 7,6 cm und einer Länge von 43 cm geleitet, die unmittelbar unter der Fläche der Spinndüse angeordnet 10 war. Etwa 20ºC warme Luft wurde durch den Maschendrahtzylinder in einer Menge von 0,85 Nm³/min (30 scfm) zugeführt. Der Gehäuseboden war von einer Platte mit Mittelöffnung bedeckt, an der ein Rohr mit 1,25 cm Innendurchmesser und 5,0 cm Länge befestigt werden konnte. Das obere Ende des Rohrs war, wie in Fig.3 dargestellt, schwach aufgeweitet.
Die Luftzuführungskammer ist dichtend an den Boden des Spinnblocks gelegt, so daß die durch die Kammer zugeführte Luft nur durch das Rohr am Kammerboden austreten kann. Der Luftdurchsatz wurde gemessen, und der in der Kammer unterhalb der Spinndüse aufrechterhaltene Druck wurde berechnet zu 20 etwa 0,98 kPa (0,01 kg/cm²) über Atmosphärendruck Beim Verlassen des Rohrs laufen die Filamente etwa 280 cm weit durch Luft, bevor sie von rotierenden Walzen aufgenommen werden. Wenn die Aufnahmegeschwindigkeit der Walzen 5,948 m/min betrug, war die Geschwindigkeit der Spinnfilamente am Ausgang des Rohrs 1,280 m/min oder etwa 19 % der Geschwindigkeit der Luft 25 in dem Rohr.
Im übrigen wuchs das Geschwindigkeitsprofil der Spinnfilamente langsam bis auf die endgültige Aufwickelgeschwindigkeit ohne Zeichen jeder plötzlichen Geschwindigkeitsänderung, die als "Schulter"-Bildung bekannt ist. Das ist ein Zeichen dafür, daß längs des Spinnfilaments keine wesentliche Kristallisation stattfand. Das steht im Gegensatz zu dem Geschwindigkeitsprofil der Spinnfilamente ohne Rohr am Boden der Luftzuführungskammer. Im letzteren Fall zeigte das Geschwindigkeitsprofil eine plötzliche und scharfe Zunahme ("Schulter"-Bildung) von etwa 1,647 m/min auf die Endgeschwindigkeit von 5,948 m/min in einem Abstand von etwa 118 cm von dem Spinndüsenausgang. An dem dem Ausgang des Rohrs entsprechenden Ort betrug die Geschwindigkeit des Spinn-Fadenlaufs etwa 229 m/min. Die Aufwickelgeschwindigkeiten der Fasern und ihre Eigenschaften sind in Tabelle IV angegeben. Die Spinnfilamente erhielten Finish und wurden schwach verflochten, bevor sie die Aufwickelwalze erreichten. TABELLE IV

BEISPIEL IV

Polyethylenterephthalat, das, gemessen in einem Lösungsgemisch mit einem Volumenverhältnis 1:2 von Phenol und Tetrachlorethan, eine Grenzviskosität von 0,63 hat, wurde aus einer Spinndüse mit 17 feinen Öffnungen von 0,25 mm Durchmesser, von denen sieben bzw. zehn in gleichem gegenseitigen Abstand auf der Peripherie zweier Kreise von 3,8 cm bzw. 5,4 cm Durchmesser angeordnet waren, bei einer Spinntemperatur von 290ºC und mit einem Durchsatz von 2,5 g/lmin je Öffnung extrudiert.
Die extrudierten Filamente wurden durch eine Luftzuführungskammer geleitet, wie in Beispiel III beschrieben. Das am Boden der Kammer befestigte Rohr hatte einen Innendurchmesser von 1,27 cm und eine Länge von 15,3 cm. Dieses Rohr entließ das Gas in ein zweites Rohr, dessen Innendurchmesser 1,9 cm und dessen Länge 17,8 cm betrug (vgl.Fig.2). Zusätzliches Kühlgas mit einem Durchsatz Qj von 0,70 Nm³/min (25 scfm) wurde in das Rohr dosiert. Der in die Kammer dosierte Strom Qr betrug 0,6 Nm³/min (20 scfm). Beide Gasströme waren etwa 20ºC warm. Die Luftströme wurden gemessen, und der in dem Zylinder unterhalb der Spinndüse aufrechterhaltene Druck wurde errechnet zu etwa 1,96 kPa (0,02 kg/cm²). Die aus dem kleinen Rohr austretenden Filamente waren gerade, gespannt und voneinander getrennt. Sie verblieben in diesem Zustand auch, als sie in dem größeren Außenrohr liefen, wie sich durch die durchsichtigen Kunststoffwände des Rohrs hindurch beobachten ließ. Die durch das Außenrohr herbeigeführte Verbesserung bestand darin, daß die Filamente geradlinig gestreckt und voneinander getrennt blieben, bis eine ausreichende Abkühlungszeit verstrichen war, so daß ein mögliches Aneinanderkleben beim Austritt aus dem weiten Rohr, wo das Abreißen des austretenden Gasstroms Turbulenzen hervorrufen könnte, weitestgehend ausgeschlossen war. Außerdem ermöglicht die Verwendung von zwei gesteuerten Gasströmen Qr und Qj eine bessere Prozeßsteuerung. Es wird eine Steuerung des Geschwindigkeitsprofils des Spinnfilaments und auch seines Temperaturprofils möglich. Zum Beispiel wird durch Zufügen des zweiten Stroms Qj eine größere Wärmesenke zum Abkühlen der Filamente verfügbar, weil die Gasmasse größer ist und ihre Temperatur sich nicht wesentlich erhöht. Die Aufwickelgeschwindigkeiten der Faser und ihre Eigenschaften sind in Tabelle V angegeben. Finish und eine schwache Verflechtung wurden den Spinnfilamenten erteilt, bevor sie die Aufwickelwalze erreichten. TABELLE V

BEISPIEL V

Nylon 66 mit einer relativen Viskosität von 55,3 wurde aus einer Spinndüse, die 5 feine Öffnungen von 0,25 mm Durchmesser besitzt, die in gleichem gegenseitigen Abstand auf der Periphene eines Kreises von 1,9 cm Durchmesser angeordnet sind, bei einer Spinntemperatur von 290ºC und einem Durchsatz von 2,5 gimin je Öffnung extrudiert. Die extrudierten Filamente wurden durch die Luftzuführungskammer geleitet, und die beiden Rohre wurden ebenso wie in Beispiel IV beschrieben angeordnet. Die Luftdurchsätze Qr bzw. Qj betrugen 0,6 bzw. 0,7 Nm³/min (20 bzw. 25 scfm). Die Filamente erhielten Finish und eine schwache Verflechtung. Spinngeschwindigkeiten und Garneigenschaften sind in Tabelle VI zusammengestellt. TABELLE VI

BEISPIEL VI

Polypropylen mit einer Fließfähigkeit der Schmelze von etwa 32 wurde aus einer Spinndüse, die 5 feine Öffnungen von 0,25 mm Durchmesser in gleichem gegenseitigen Abstand auf der Periphene eines Kreises von 1,9 cm Durchmesser aufwies, bei einer Spinntemperatur von 245ºC und mit einem Durchsatz von 1,46 g/min je Öffnung extrudiert. Die extrudierten Filamente 20 wurden durch die in Beispiel IV beschriebene Vorrichtung geleitet. Die Spinngeschwindigkeit und die Luftdurchsätze Qr und Qj sind in Tabelle VII angegeben. Die benutzte Luft hatte eine Temperatur von 20 &sup6;C. TABELLE VII
Die obere Zeile in Tabelle VII stellt den Vergleichswert dar. In diesem Fall wurde nur der Luftzuführungszylinder bei offenem Boden verwendet. Es waren keine Rohr daran befestigt. Tabelle VII zeigt, daß eine Zunahme von Festigkeit und Elasti zitätsmodul zu erzielen ist, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt wird.

BEISPIEL VII

6-6 Nylon mit einer in Ameisensäure gemessenen relativen Viskosität von 60 wurde aus einer Spinndüse mit 10 Öffnungen von 0,25 mm Durchmesser, die auf der Peripherie eines Kreises von 5 cm Durchmesser gleichmäßig verteilt angeordnet sind, bei einer Spinntemperatur von 290ºC mit der in Fig.l gezeichneten Vorrichtung extrudiert. Die extrudierten Filamente wurden durch die auf einer Temperatur von 100ºC gehaltenen Luftzuführungskammer geleitet. Der Luftdurchsatz betrug 6 scfm (1 scfm = 0,028 Nm³/min). In der Kammer wurde ein Überdruck von etwa 0,98 kPa (0,01 kg/cm ) aufrechterhalten. Beim Austritt aus dem Venturirohr laufen die Filamente etwa 70 cm weit durch die Luft, bevor sie in eine Ansaugdüse eintreten, die mit Luft von 20,7 kPa (3 psig) Überdruck gespeist wird. Die Feinheit wurde auf 25 bei Geschwindigkeiten von 6000 bis 12000 m/min gehalten, indem die Polymerzufuhr durch die Spinndüsen kapillaren eingestellt wurde. Die Eigenschaften der Fasern sind in der untenstehenden Tabelle VIII angegeben. TABELLE VIIl
In entsprechender Weise wurde 6-6 Nylon mit einer in Ameisensäure gemessenen relativen Viskosität von 45 aus der gleichen Spinndüse mit einem der Vorrichtung nach Fig.1 vergleichbaren Vorrichtung extrudiert. Die Eigenschaften der Fasern sind in der untenstehenden Tabelle IX angegeben. TABELLE IX

BEISPIEL VIII

(6-6) Nylon mit einer in einer Lösung von Ameisensäure gemessenen relativen Viskosität von 70 wurde aus einer Spinndüse mit 10 feinen Öffnungen von 0,30 mm Durchmesser und 1,3 mm Länge auf der Peripherie eines Kreises von 5 cm Durchmesser bei einer Spinntemperatur von 300ºC extrudiert. Die extrudierten Filamente wurden in der beschriebenen Weise mit einem Luftdurchsatz von 0,17 Nm³/min (6 scfm) bei 23ºC durch einen Zylinder und ein Venturirohr auf die in Fig.1 gezeigten Weise geleitet. Beim Austritt aus dem Venturirohr wurden die Filamente mit 100 m/min durch Aufwickeln auf einen zylindrischen Garnkörper gesammelt. Anschließend wurde die Orientierung der Filamente an Hand der optischen Doppelbrechung bestimmt. Die Gamfeinheit dtex (denier) betrug 333/10 (300/10), die Doppelbrechung 0,012. Zum Vergleich: Filamente, die ohne Anwendung des Zylinders und des Venturirohrs nach Fig.1 gesponnen wurden, hatten eine Doppelbrechung von 0,017. Die höheren Werte der Doppelbrechung Schranken die Reckbarkeit auf einen niedrigeren Betrag des Reckverhältnisses ein, wodurch wiederum ein Garn mit niedrigerem Betrag der Zugeigenschaften entsteht. Ersatzweise muß die Aufwickelgeschwindigkeit, wenn ein Garn mit vergleichbar günstigen Eigenschaften erzeugt werden soll, von 1000 m/min auf etwa 400 m/min vermindert werden, sofern die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht eingesetzt wird.

Claims

1. Schmelzspinnverfahren zum Spinnen von Endlosfäden aus Polymeren in einer von einem Spinnpack ausgehenden Bahn mit einer Spinngeschwindigkeit, die von einer mechanischen Zwangsabzugseinrichtung gesteuert wird, welches Verfahren das Einleiten eines Gases in eine diese Bahn umschliessende Zone umfasst, die sich von dem Spinnpack bis an eine Stelle zwischen dem Spinnpack und der mechanischen Zwangsabzugseinrichtung erstreckt, sowie das Aufrechterhalten eines Oberdrucks von nicht mehr als 1,96 kPa (0,02 kg/cm²) in der Zone und das Erhohen der Gasgeschwindigkeit auf einen die Geschwindiakeit der Fasern Ubersteigenden Wert beim Austritt des Gases aus der Zone.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polymerfäden Polyesterfäden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fäden Nylonfäden sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fäden Polypropylenfäden sind.

5. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 4, wobei das Gas Luft ist und die Temperatur des Gases 5ºC bis 250ºC beträot.

6. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 5, wobei die Zone unter einem Druck von 0,98 bis 1,96 kPa gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 6, wobei die Geschwindigkeit des aus der Zone austretenden Gases auf das 1,5- bis 100-fache der Fadengeschwindigkeit erhöht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Spinngeschwindigkeit mindestens 7000 m/min beträgt und die Fäden eine Feinheit von etwa 2,77 dtex (2,5 den) je Faden haben.

9. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Spinngeschwindigkeit mindestens 400 m/min beträgt und die Fäden eine Feinheit von mindestens 22,2 dtex (20 den) je Faden haben.

10. Vorrichtung zum Spinnen von Endlosfäden aus Polymeren in einer von einem Spinnpack ausgehenden Bahn zu einer mechanischen Zwangsabzugseinrichtung, mit einem die Bahn umschliessenden Gehäuse, das sich von dem Spinnpack an einem Ende bis an eine Stelle zwischen dem Spinnpack und der mechanischen Zwangsabzugseinrichtung am anderen Ende des Gehäuses erstreckt, mit einer Einrichtung zum Zuführen eines unter Oberdruck stehenden Gases zu dem Gehäuse, mit einem Rohr mit einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung, wobei die Eintrittsbffnung mit dem anderen Ende des genannten Gehäuses verbunden ist und das Rohr eine Einschnürung gegenüber dem anderen Ende des Gehäuses darstellt, mit einer zusammenhängenden Wand, die das Rohr mit Abstand zur Bildung eines das Rohr umgebenden Ringraums umgibt und ausserdem an das Gehäuse anschliesst, und mit einer Einrichtung zum Einleiten von Druckgas in den Ringraum.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Einrichtung zum Erhöhen der Gasgeschwindigkeit ein Venturirohr mit konvergierendem Einlass und sich konisch erweiterndem Auslass aufweist, die durch eine Einschnürung verbunden sind, wobei der konvergierende Einlass mit dem anderen Ende des Gehäuses verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, mit einer Ansaugdüse in der Bahn zwischen dem Venturirohr und der Abzugseinrichtung.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, mit einer Ansaugdüse in der Bahn zwischen dem Rohr und der Abzugseinrichtung.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die zusammenhängende Wand sich über das Auslassende des Rohrs hinaus erstreckt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die zusammenhängende Wand eine sich erweiternde Auslassöffnung hat.