DE3822571A1 - Spinnverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung desselben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Synthesefasern von besonders hoher Gleichmäßigkeit und hoher dynamischer Tüchtigkeit, bei dem die frisch ersponnenen Filamente durch eine Zentralanblasung abgekühlt werden.

Aus der DE-C 12 78 684 und der US-A 32 59 681 sind bereits Schmelzspinnverfahren bekannt, bei denen die Filamente unmittelbar nach dem Austritt aus der Düsenplatte durch eine Zentralanblasung abgekühlt werden. Bei diesen bekannten Verfahren werden die Filamente aus einer Spinndüse ersponnen, deren Düsenlöcher auf einem oder mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet sind, wobei der Durchmesser des kleinsten Düsenlochkreises ausreichend groß ist, um unterhalb des Mittelpunktes der Spinndüse eine Anblaskerze zu installieren. Diese Anblaskerze besteht aus einem rohrförmigen Hohlkörper, aus einem porösen gasdurchlässigen Material, der einseitig verschlossen ist und dem von der anderen Seite die Kühlluft zugeführt wird. Im Betrieb entsteht hierbei ein radial nach außen gerichteter Kühlluftstrom, der den nur wenige "Schichten" (entsprechend der Anzahl der konzentrischen Düsenlochkreise) starken, die Blaskerze umhüllenden, abwärts bewegten Filamentvorhang durchdringt. Durch diese Anordnung soll der Kühleffekt erheblich gesteigert werden, und es wurde auch erwartet, daß dadurch die Kühlung der einzelnen Filamentschichten vergleichmäßigt wird. In der Praxis zeigt es sich jedoch, daß die Zentralanblasung keine ausreichend gleichmäßigen Filamente liefert und es oft zu Betriebsstörungen durch Filamentbruch kommt.

Aus der US-A 44 14 169 ist ein Verfahren bekannt zur Herstellung von hochbelastbaren Polyester-Multifilamentgarnen. Bei diesem Verfahren werden die Filamente unmittelbar unter der Spinndüse durch Anblasen abgekühlt und unter relativ hoher Spannung abgezogen. Anschließend werden die Filamente zweistufig verstreckt. Bei diesem Verfahren kann die unmittelbar unter der Spinndüse einsetzende Anblasung der Filamente auch durch einen, dem Filamentbündel zentral zugeführten, auswärts gerichteten Gasstrom erfolgen. Auch bei diesem Verfahren läßt die Gleichmäßigkeit der durch Zentralanblasung abgekühlten Filamente jedoch erheblich zu wünschen übrig und bei der Produktion ergeben sich zu häufig Filamentbrüche.

Aus der DE-A 36 29 731, der EP-A 40 482 und der EP-A 50 483 sind Schmelzspinnverfahren bekannt, bei denen die Filamente ebenfalls unmittelbar nach dem Austritt aus der Düsenplatte durch eine Zentralanblasung abgekühlt werden und bei denen unmittelbar nach der Anblasung eine ebenfalls zentrale Beaufschlagung der Filamente mit einer Präparation erfolgt. Die Präparation wird dabei durch einen zentralen, mit der Präparation benetzten, Gleitkörper über den die kreisförmige Filamentschar gleitet, oder durch eine zentral gelegene, radialsprühende Sprühdüse aufgebracht.

Diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen haben ebenfalls den Nachteil, daß die erhaltenen Filamente für viele Anwendungen nicht gleichmäßig genug sind und zu häufig Betriebsstörungen durch Filamentbruch auftreten.

Ein Vorschlag, die Gleichmäßigkeit von Polyesterfilamenten zu verbessern, ist aus der US-A 38 58 386 bekannt. Dort werden Polyesterfilamente schmelzgesponnen, dann durch eine Heizzone unterhalb der Düsenoberfläche geführt und anschließend durch eine Zentralanblasung abgekühlt.

Ziel dieses Verfahrens ist ein Polyestergarn mit einer verbesserten Gleichmäßigkeit seiner physikalischen Eigenschaften, insbesondere der Uster-Werte und der Festigkeit gemessen über den Querschnitt eines Filamentstrangs. Die Heizzone, die die Filamente unmittelbar nach dem Austritt aus der Spinnplatte durchlaufen, ist 15 bis 60 cm lang und hat eine Temperatur von 260 bis 460°C.

Die so erhaltenen Polyestergarne weisen jedoch hohe Werte des Thermoschrumpfs auf, was für manche Einsatzgebiete wie z. B. für die Herstellung von Reifencorden, Schwierigkeiten bereitet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine Spinnvorrichtung, mit der ein stabiles und gut reproduzierbares Verfahren zur Herstellung sehr gleichmäßiger, hochfester Synthesefasern, die einen geringen Schrumpf und eine geringe Dehnung und damit eine hohe dynamische Tüchtigkeit haben, ausgeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Spinnvorrichtung besteht aus einer Ringspinndüse, einer im Abstand unterhalb der Spinnplatte zentral angeordneten Anblaskerze und einer zwischen Spinnplatte und Oberkante der Anblaskerze angeordneten Ringschlitzblende.

Im folgenden wird auf die Fig. 1 bis 5 Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Aufsicht auf die Spinnplatte 1 einer Ringspinndüse mit einer etwa quadratischen, die Spinnbohrungen 3 aufweisenden Ringfläche 2.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Aufsicht auf die Spinnplatte 1 einer bevorzugten Ringspinndüse mit auf 3 konzentrischen Kreisen 2 a angeordneten Spinnbohrungen 3.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Aufsicht auf eine Ringschlitzblende 4 mit dem von dem Innenteil 5 und dem Außenteil 6 gebildeten kreisförmigen Schlitz 7.

Fig. 4 zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Spinnnvorrichtung mit der Spinndüse 8, den Spinnbohrungen 3, den daraus extrudierten Filamenten 9, der Ringschlitzblende 4, deren Innenteil 5 mittels eines Distanzstückes 10 an der Anblaskerze 11 befestigt ist. Der Mantel 12 der Anblaskerze besteht aus einem porösen, gasdurchlässigen Material; die Kühlluftzufuhr erfolgt durch das Flachrohr 13.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch das Flachrohr 13.

Eine Ringspinndüse im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Spinndüse, deren Spinnplatte im Zentrum eine Zone aufweist, die frei ist von Bohrungen. Die Zone, in der Bohrungen vorhanden sind, hat damit die Form eines die bohrungsfreie Zone umgebenden Rahmens, d. h. einer in sich geschlossenen, nicht notwendigerweise kreisförmigen, Ringfläche.

Die Fig. 1 zeigt schematisch die Spinnplatte einer Ringspinndüse mit einer etwa quadratischen, die Bohrungen 3 aufweisenden Ringfläche 2.

Die Bohrungen enthaltende Fläche kann z. B. quadratisch, rechteckig, polygonal oder oval sein und in ihrem Zentrum eine entsprechend kleinere bohrungsfreie Zone quadratischer, rechteckiger, polygonaler bzw. ovaler Form aufweisen.

Zweckmäßigerweise ist die Breite der die Bohrungen enthaltenden Ringfläche, vom Zentrum aus in radialer Richtung gemessen, in allen Richtungen etwa gleich. Durch eine solche Bemessung wird eine besonders gleichmäßige Abkühlung aller ersponnenen Filamente gewährleistet. Die gleichmäßige Abkühlung aller Filamente wird auch begünstigt, wenn die Ringfläche eine möglichst hohe Zentralsymmetrie aufweist. Besonders bevorzugt ist daher eine kreisförmige Ringfläche.

Innerhalb der Ringfläche können die Spinnbohrungen in an sich bekannter Weise gleichmäßig verteilt sein. Besonders zweckmäßig ist eine Anordnung der Spinnbohrungen auf in sich geschlossenen Linien, bei kreisförmiger Ringfläche dementsprechend auf Kreislinien.

Eine bevorzugte Ringspinndüse ist daher eine solche, die 1 bis 10, vorzugsweise 1-4, Düsenlochkreise aufweist. Besonders bevorzugt ist eine Spinndüse mit 2 oder 3 Lochkreisen, bei der die Düsenlöcher der einzelnen Lochkreise "auf Lücke" angeordnet sind.

Die Fig. 2 zeigt schematisch die Ansicht einer solchen für den Aufbau der erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung bevorzugten Ringspinndüse von unten. Die Düsenlöcher 3 sind auf konzentrischen Kreisen 2 a angeordnet, deren kleinster den Durchmesser d _i, deren größter den Durchmesser d _a hat.

Die folgenden Ausführungen werden der Einfachheit halber auf den Einsatz einer solchen Ringspinndüse mit einer kreisförmigen, die Bohrungen aufweisenden Ringfläche abgestellt. Der Fachmann kann alle Angaben leicht auf nicht kreisförmige Ringspinndüsen übertragen.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Anblaskerze hat einen an sich bekannten Aufbau. Sie besteht aus einem rohrförmigen Hohlkörper aus gasdurchlässigem Material z. B. Sintermetall, der einseitig verschlossen ist und dem von der anderen Seite der Kühlluftstrom zugeführt wird. Der Durchmesser der Anblaskerze hängt naturgemäß mit dem Durchmesser d _i des kleinsten Düsenlochkreises zusammen. In der Regel beträgt der Durchmesser D der Anblaskerze

D = (0,5-1,0) · d _i vorzugsweise (0,7-0,8) · d _i

und hat einen Betrag von 45 bis 180 mm. Die Länge der Anblaskerze beträgt in der Regel 500 bis 1500, vorzugsweise 800 bis 1300 mm.

Der Abstand zwischen der Spinnplatte und der Oberkante der Anblaskerze beträgt zweckmäßigerweise zwischen 50 und 500 mm, vorzugsweise 100 bis 200 mm.

Die zwischen Spinnplatte und Oberkante der Anblaskerze angeordnete Ringschlitzblende ist eine Platte, die einen in sich geschlossenen Schlitz aufweist. Auch der Schlitz der Ringschlitzblende muß nicht notwendigerweise kreisförmig sein. Seine Form ist vielmehr der Form der mit Spinnbohrungen versehenen Ringfläche der Ringspinndüse ähnlich.

In Verbindung mit einer bevorzugten Ringspinndüse mit einer Anordnung der Spinnbohrungen innerhalb einer kreisförmigen Ringfläche (entsprechend Fig. 2) wird natürlich auch eine Ringschlitzblende mit kreisförmigem Ringschlitz eingesetzt. Auch die folgenden, auf eine solche bevorzugte Ringschlitzblende bezogenen Angaben sind leicht auf andere Ausführungsformen mit nicht kreisförmigen Ringschlitzen zu übertragen.

Die Fig. 3 zeigt schematisch eine Aufsicht auf eine solche bevorzugte Ringschlitzblende mit kreisförmigem Schlitz. Der innere Rand des Ringschlitzes 7 wird gebildet durch den Innenteil 5 der Ringschlitzblende, welcher aus einer kreisförmigen Platte mit dem Durchmesser d _p besteht. Der Außenteil 6 der Ringschlitzblende, welcher den äußeren Rand des Ringschlitzes bildet, besteht aus einer Platte mit einem kreisförmigen Ausschnitt, mit dem Durchmesser d _r, wobei d _r größer ist als d _p und die Schlitzbreite f dementsprechend (d _r-d _p )/2 ist. Die Dimensionen der Ringschlitzblende hängen naturgemäß auch von der Anordnung der Spinndüsenlöcher, d. h. von den Durchmessern d _i und d _a des kleinsten und des größten Lochkreises in der Spinnplatte ab. Zweckmäßigerweise beträgt d _p = (0,5 bis 1,0) · d _i, vorzugsweise (0,7 bis 0,8) · d _i.

Für die Schlitzbreite s gilt zweckmäßigerweise folgender Zusammenhang:

s = (1,0 bis 4,5) · (d _a-d _i),
vorzugsweise (3,0 bis 4,0) · (d _a-d _i).

In der Regel werden in der Praxis für d _i und d _a die folgenden Dimensionen gewählt:

d _i = 50 bis 200 mm,
vorzugsweise 50-180;

d _a = 55 bis 205 mm.

Der Abstand A _b der Ringschlitzblende von der Spinnplatte hängt mit dem Abstand A _k der Spinnplatte von der Oberkante der Anblaskerze zusammen. Zweckmäßigerweise wird die Ringschlitzblende in einem Abstand

A _b = (0,3 bis 0,8) · A _k,
vorzugsweise (0,4 bis 0,7) · A _k

unterhalb der Spinnplatte angeordnet.

Generell soll die Ringschlitzblende so dimensioniert werden, daß ein möglichst schmaler Ringschlitz (d. h. mit möglichst kleinem s) vorgesehen wird, der gerade breit genug ist, um alle ersponnenen Filamente störungsfrei passieren zu lassen.

Der Innenteil der Ringschlitzblende ist vom Außenteil durch den Schlitz getrennt. Im Prinzip ist es möglich, Innenteil und Außenteil durch sehr schmale Stege so miteinander zu verbinden, daß der Innenteil in der Ebene des Außenteiles liegt. Bevorzugt ist es jedoch, Innenteil und Außenteil getrennt in der Spinnvorrichtung zu installieren. Der Außenteil der Ringschlitzblende kann beispielsweise in üblicher Weise durch einen Flansch im gewünschten Abstand unterhalb der Spinndüse angebracht werden, während der Innenteil mittels eines Abstandhalters entweder im Zentrum der Spinndüse oder aber an der Anblaskerze so befestigt wird, daß er in der Ebene des Außenteils der Ringspinndüse liegt. Als Material für die Ringschlitzblende kommt jeder ausreichend temperaturbeständige Werkstoff wie z. B. Metall, Keramik oder auch hochtemperaturfester Kunststoff in Betracht. Bevorzugt wird eine Ringschlitzblende, die aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt ist, oder die mit einem solchen beschichtet ist. Beispielsweise kann eine Ringschlitzblende aus Metall hergestellt, und mit einer Auflage aus einem gebundenen Mineralfaservlies zur Wärmeisolierung belegt werden.

In einer konstruktiv besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung erfolgt die Zufuhr der Kühlluft in an sich bekannter Weise am unteren Ende der Blaskerze von der Seite her. Die Luftzuführungskanäle haben dabei zweckmäßigerweise die Form eines Flachrohres, d. h. sie haben keinen runden, sondern einen extrem elliptischen oder rechteckigen Querschnitt mit einer langen Achse, die das 5- bis 10fache der kurzen Achse beträgt. Diese Luftzuführungskanäle werden mit der langen Querschnittsachse in Richtung der Fadenlaufrichtung montiert. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, daß trotz der seitlichen Luftzuführung keine Aufspaltung des Filamentbündels notwendig ist, wie sie in der US-A 38 58 386 beschrieben wird. Die starke Abkühlung der Filamente im Bereich der Anblaskerze führt zu einem störungsfreien Lauf der Filamente.

Vorzugsweise werden die Luftzuführkanäle mit einer Oberfläche geringer Reibung versehen, wie z. B. mit einer Mattverchromung oder einer Beschichtung mit Fluorpolymeren.

Besonders bevorzugt sind solche erfindungsgemäßen Spinnvorrichtungen, die eine Kombination mehrerer bevorzugter Merkamle aufweisen.

Die erfindungsgemäße Spinnvorrichtung zeigt ihre besonderen Vorteile dann, wenn mit Spinnabzugsgeschwindigkeiten von über 2000 m/min gearbeitet wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Spinnverfahren zur Herstellung sehr gleichmäßiger hochfester Garne mit geringem Schrumpf und geringer Dehnung, bei dem die oben beschriebene Spinnvorrichtung eingesetzt und bei Spinnabzugsgeschwindigkeiten von mehr als 2000 m/min, vorzugsweise bei 2500 bis 4000 m/min gearbeitet wird.

Die erfindungsgemäß ersponnenen Filamente können direkt anschließend oder in einem separaten Verfahrensschritt in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet, insbesondere in üblicher Weise, ggf. bei erhöhter Temperatur ein- oder mehrstufig verstreckt werden.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden erhalten, wenn Polyester eingesetzt werden deren i. V., gemessen in o-Chlorphenol/Phenol (50/50) bei 25°C, über 0,7 dl/g, insbesondere über 0,8 dl/g liegt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Spinnfäden erhalten, deren Filamente innerhalb des Fadenbündels gleichmäßiger sind als bisher. Die Wärme wird gleichmäßig und schnell abgeführt und so werden darüber hinaus auch kurze Baulängen des Spinnschachtes möglich. Eine zusätzliche Heizvorrichtung zur Verzögerung der Abkühlung der ersponnenen Filamente ist beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich und auch nicht erwünscht. Eine solche Vorrichtung würde die hier gewünschte hohe Vororientierung der Filamente zunichte machen.

Ein weiterer überraschender Vorteil ist, daß mit einer zylindersymmetrischen Anblasung von innen nach außen in Verbindung mit der Ringschlitzblende bereits bei 2600 m/min Spinnabzugsgeschwindigkeit die gleiche Vororientierung der Filamente erreicht wird, die bei einer Queranblasung erst bei einer Spinnabzugsgeschwindigkeit von 3000 m/min erreicht werden kann.

Bei der anschließenden Verstreckung der erfindungsgemäß ersponnenen Filamente erhält man Filamentgarne oder Fasern mit guter Festigkeit, mit einer niedrigen Summe von Bezugsdehnung und Schrumpf und mit einer hohen dynamischen Tüchtigkeit.

Ausführungsbeispiel

Für das folgende Ausführungsbeispiel wird eine erfindungsgemäße Spinnvorrichtung (Fig. 4) eingesetzt. Diese weist als erfindungswesentliche Merkmale eine Ringspinndüse 8 auf, die zwei konzentrische Kreise mit insgesamt 200 auf Lücke liegenden Spinnbohrungen 3 aufweist. Der kleinere Bohrungskreis hat einen Durchmesser d _i von 166 mm, der größere von 177 mm.

Im Zentrum unterhalb der Düse befindet sich eine 800 mm lange Anblaskerze 11 mit einem Durchmesser von 120 mm und einem Mantel 12 aus Sintermetall, deren Oberkante einen Abstand von 100 mm von der Düsenplatte hat.

Im Abstand von 70 mm unterhalb der Düsenplatte ist eine Ringschlitzblende 4 aus 2 mm starkem VA-Blech mit einer Auflage aus einem 5 mm starken, gebundenen Steinwollvlies angebracht. Der Innenrand des Kreisschlitzes hat einen Durchmesser von 120 mm, die Schlitzbreite beträgt 40 mm. Der Innenteil 5 der Blende ist dabei mit einem Abstandshalter 10 von 30 mm Länge auf der Blasdüse angebracht.

Die Kühlluftzufuhr erfolgt von der Seite her durch ein hochkant stehendes, am oberen Rand zugespitztes, Flachrohr 13, dessen Querschnitt in Fig. 5 veranschaulicht ist, mit einer Höhe von 600 mm und einer größten Breite von 60 mm.

Mit dieser Spinnvorrichtung wird ein Polyethylenterephthalat der I.V. von 0,90 dl/g, gemessen in o-Chlorphenol/Phenol (50/50) bei 25°C, mit einer Düsentemperatur von 315°C und bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 2600 m/min ausgesponnen. Die ersponnenen Filamente werden zusammengefaßt, mit einem geringen Schutzdrall versehen und aufgespult.

Anschließend wird das erhaltene Garn bei einer Verstrecktemperatur von 265°C im Verhältnis 1 : 2,11 verstreckt. Das so erhaltene Filamentgarn kann in üblicher Weise weiterverarbeitet, z. B. gezwirnt, texturiert oder, zu Kabeln zusammengefaßt, zu Stapelfasern geschnitten werden. Die Daten der erhaltenen Filamente sind:

Titer:
1440 dtex = 200
Reißdehnung:	72 cN/tex
Reißdehnung:	8,7%
Dehnung bei einer Belastung von 54 cN/tex:	6,2%
Heißluftschrumpf bei 200°C:	6,4%

Die Filamente zeigen über den Garnquerschnitt eine ausgezeichnete im Vergleich zu herkömmlich hergestellten Garnen erheblich verbesserte Gleichmäßigkeit der textilen Daten.

Claims (12)

1. Spinnvorrichtung mit einer Ringspinndüse und einer im Abstand unterhalb der Spinnplatte zentral angeordneten Anblaskerze, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Spinnplatte und Oberkante der Anblaskerze eine Ringschlitzblende angeordnet ist.

2. Spinnvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringschlitz der Ringschlitzblende der mit Bohrungen versehenen Ringfläche der Ringspinndüse ähnlich ist.

3. Spinnvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Bohrungen versehene Ringfläche der Ringspinndüse und der Ringschlitz der Ringschlitzblende kreisförmig sind.

4. Spinnvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspinndüse 1 bis 10 konzentrische Düsenlochkreise (2 a) aufweist.

5. Spinnvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser d _p des Ringschlitzes d _p = (0,5 bis 1,0) · d _i ist,wobei d _i der Durchmesser des inneren Düsenlochkreises bedeutet.

6. Spinnvorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzbreite s des Ringschlitzes s = (1,0 bis 4,5) · (d _a-d _i) ist,wobei d _i der Durchmesser des inneren, d _a der Durchmesser des äußeren Düsenlochkreises ist.

7. Spinnvorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschlitzblende in einem Abstand A _b = (0,3 bis 0,8) · A _kunterhalb der Spinnplatte angeordnet ist, wobei A _k der Abstand zwischen Spinnplatte und Oberkante der Anblaskerze ist.

8. Spinnvorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß darin Innen- und Außenteil der Ringschlitzblende in einer Ebene liegend getrennt montiert sind.

9. Spinnvorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschlitzblende aus einem wärmeisolierenden Material oder Verbundmaterial besteht oder damit abgedeckt ist.

10. Verfahren zur Herstellung sehr gleichmäßiger hochfester Polyestergarne mit geringem Schrumpf und geringer Dehnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein fadenbildender Polyester mittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bei einer Spinnabzugsgeschwindigkeit von mehr als 2000 m/min versponnen und die erhaltenen Filamente direkt anschließend oder in einem separaten Schritt in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet werden.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polyester mit einer I.V. von <0,7 dl/g versponnen wird.

12. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersponnenen Filamente direkt anschließend oder in einem separaten Schritt in an sich bekannter Weise verstreckt werden.