DE3838053C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spinnrohr-Naßspinnverfahren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, vgl. z. B. JP-OS 59-26 509.

Das Naßspinnverfahren ist ein geeignetes Verfahren zum Spinnen eines Polymers, das keinen oder lediglich einen relativ hohen in der Nähe eines Zersetzungspunkts liegenden Schmelzpunkt aufweist. Allerdings hat das Verfahren den Nachteil, daß das zum Lösen des Polymers verwendete Lösungsmittel teuer ist, daß die Spinngeschwindigkeit beim Naßspinnverfahren niedrig ist im Vergleich zum Schmelzspinnverfahren, und daß die Produktivität im Hinblick auf Arbeits- und Anlagenauf­ wand gering ist.

Die obigen Nachteile lassen sich durch die Entwicklung eines Hochgeschwindigkeits-Spinnverfahrens beseitigen. Als ein Verfahren zum Realisieren eines solchen Hochgeschwin­ digkeitsspinnens im Rahmen des Naßspinnverfahrens wurden verschiedene Trockenstrahl-Naßspinnverfahren oder Luft­ spalt-Spinnverfahren (im folgenden soll der Ausdruck Luft­ spalt-Spinnverfahren für die beiden oben erwähnten Spinn­ verfahren verwendet werden) entwickelt, bei denen eine Spinnmasse oder Spinnlösung (im folgenden grundsätzlich als Spinnflüssigkeit bezeichnet) in ein inertes Fluid mit nicht-verfestigenden Eigenschaften extrudiert und dann in einem Fällbad zum Erstarren gebracht wird. Beispiele für solche Verfahren sind in den US-Patent­ schriften 30 80 210 (Luftspalt-Spinnverfahren für ein Poly­ acrylnitril) und 37 67 756 (Luftspalt-Spinnverfahren für ein Aramid) beschrieben. Ferner beschreibt die JP-AS 36-12 711 das Luftspalt-Spinnverfahren für andere Polymere. Es wurde vorgeschlagen, die Luftspalt-Spinnmethode anzuwenden auf das Spinnen einer flüssigen kristallinen Spinnmasse, d. h. auf das Spinnen einer optisch anisotropen Spinnflüssigkeit. Ein Beispiel für diese Verfahren in Verbindung mit einem Amid findet sich in der US-PS 37 67 756. Ein Beispiel für das Verfahren in Anwendung auf ein Zellulosederivat findet sich in der GB-PS 13 93 011.

Es gibt auch Vorschläge (US-Patente 40 70 431; 40 78 034; 42 98 565; 47 28 473; JP-OS 57-1 21 612; JP-OS 61-1 02 413) für ein Verfahren zum Spinnen bei hoher Geschwindigkeit im Zu­ stand verringerten Fluidwiderstands eines Fällbades ohne Faserbeschädigung, wozu das Luftspalt-Spinnverfahren kombi­ niert wird mit dem Spinnrohr-Naßspinnverfahren. Insbeson­ dere ist in der JP-OS 57-1 21 612 beschrieben, daß der auf ein Garn einwirkende Fluidwiderstand eines Fällbades redu­ ziert wird durch Verwendung einer Fällbad-Flüssigkeit mit extrem geringer Dicke, wobei eine Garn-Abzugsgeschwindig­ keit von maximal 1829 m/min realisiert wird.

In der JP-OS 59-26 509 ist ein Vorschlag für eine Verbesse­ rung eines Spinnrohr-Naßspinnverfahrens beschrieben, gemäß der eine Spinnflüssigkeit direkt in das Fällbad hinein ex­ trudiert wird (im folgenden als Direkt-Naßspinnen bezeich­ net). Es gibt weitere Veröffentlichungen, die sich auf die­ ses Verfahren beziehen, beispielsweise die JP-OS 59-47 416; 60-2 59 612; 61-19 805.

Das oben erwähnte Luftspalt-Spinnverfahren hat den Vorteil einer hohen Spinngeschwindigkeit und läßt sich realisieren, da die Spinnflüssigkeit genügend weit in ein nicht-verfe­ stigendes Fluid gezogen und erst dann verfestigt wird. Da jedoch eine Wellenbildung auf der Oberfläche des Fällbades eine Änderung der Spinnbedingungen darstellt, ist es unmög­ lich, das Garn stabil abzuziehen, da die Spinnflüssigkeit an der Spinndüse haftet. Dies deshalb, weil die Spinnflüs­ sigkeit in das nicht-verfestigende Fluid extrudiert wird. Deshalb ist das Luftspalt-Spinnverfahren im industriellen Maßstab nicht praktikabel.

Bei dem Direkt-Naßspinnverfahren gibt es die oben erwähnten Probleme des Luftspalt-Spinnens nicht, allerdings ergibt sich beim Direkt-Naßspinnverfahren das Problem, daß die Spinngeschwindigkeit praktisch nicht erhöht werden kann, weil, wie der Fachmann weiß, mit einer Erhöhung der Extru­ diergeschwindigkeit der Spinnflüssigkeit aus der Spinndüse beim Direkt-Naßspinnen keine dazu proportionale Erhöhung der Maximal-Geschwindigkeit des aus dem Fällbad abgezogenen Garns (im folgenden Abzugsgeschwindigkeit genannt) einher­ geht. Damit nimmt aber der maximale Wert des Streck- bzw. Verzugverhältnisses ab, d.h. des Verhältnisses von Abzugs­ geschwindigkeit zu Extrudiergeschwindigkeit. Eine Zunahme der Spinngeschwindigkeit, d.h. eine Zunahme der Abzugs­ geschwindigkeit unter der Bedingung, daß der Titer des erhaltenen Garns auf einem konstanten Wert bleibt, ist also begrenzt. Weiterhin ist es unmöglich, das Hochgeschwindig­ keitsspinnen anzuwenden beim Direkt-Naßspinnverfahren, da das Verhältnis des tatsächlichen Streckverhältnisses zum Maximal-Streckverhältnis zu groß wird. Als Folge davon verschlechtern sich die Eigenschaften des erzeugten Fadens. Durch Brechen einzelner Elementarfäden kommt es zu einer Flusenbildung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Spinnrohr-Naß­ spinnverfahrens eingangs genannter Art, das sich eignet zum Spinnen einer Spinn­ lösung in stabilem Zustand bei hoher Arbeitsgeschwindig­ keit, ohne daß die Fasereigenschaften nachteilig beeinflußt werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Er­ findung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Bewegen eines Spinnextrudats entlang einer geraden Linie mit anschließendem Ablenken aus dieser Richtung ist für sich schon bekannt, s. DE 28 40 988 C2, allerdings dort nur in Verbindung mit dem Schmelzspinnen.

Die Erfindung schafft ein Spinnrohr-Naßspinnverfahren, bei dem eine Spinnmasse (Spinnlösung) direkt von Spinndüsen­ öffnungen einer Spinndüse in ein Fällbad extrudiert wird, ein verfestigtes (koaguliertes) Garn in ein Spinnrohr ein­ geführt und das verfestigte Garn mit der Flüssigkeit des Fällbades aus dem Spinnrohr abgezogen wird. Charakteristi­ sches Merkmal der Erfindung ist es, daß die Spinnmasse aus den Spinndüsenöffnungen mit einer Geschwindigkeit extru­ diert wird, die der kritischen Extrudiergeschwindigkeit entspricht oder gar noch höher liegt, wobei ein Strom der extrudierten Spinnmasse entlang einer Achse der Spinndüse bewegt und dann in Richtung auf das Spinnrohr abgelenkt wird, damit er in das Spinnrohr eintritt. Das verfestigte Garn wird dann aus dem Spinnrohr abgezogen.

Das verfestigte Garn umfaßt im vorliegenden Zusammenhang sämtliche Garne bzw. Garnzustände zwischen dem Beginn einer Garnverfestigung bzw. -koagulation in dem Fällbad und dem Abschluß der Garnverfestigung.

Die Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß die Ex­ trudiergeschwindigkeit der aus der Spinndüse austretenden Spinnmasse einen sehr hohen Wert hat, der bislang bei herkömmlichen Naßspinnverfahren, einschließlich dem her­ kömmlichen Luftspalt-Spinnverfahren, als unerreichbar galt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Extrudierge­ schwindigkeit in einem Bereich der kritischen Extrudierge­ schwindigkeit oder darüber, jedenfalls bei einem Wert, der bislang von der Fachwelt als nicht realisierbar angenommen wurde.

Im folgenden werden Beispiele und Ausführungsformen der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Apparatur zur Reali­ sierung des erfindungsgemäßen Spinnrohr-Naß­ spinnverfahrens;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Apparatur zur Ausfüh­ rung eines herkömmlichen Naßspinnverfahrens, und

Fig. 3 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen Extrudiergeschwindigkeit und dem maximalen Streckverhältnis darstellt, und damit zum Veranschaulichen der Funktionsweise des er­ findungsgemäßen Verfahrens dient.

Im folgenden soll die "kritische Extrudiergeschwindigkeit" näher erläutert werden, da es sich dabei um ein charakteri­ stisches Merkmal der vorliegenden Erfindung handelt.

Fig. 2 zeigt eine zur Durchführung eines herkömmlichen Naß­ spinnverfahrens verwendete Apparatur. Von einem Einlaßrohr 1 wird eine Spinnflüssigkeit in einen Spinnkopf 2 eingelei­ tet und von Spinndüsenöffnungen 4 einer Spinndüse 3 extru­ diert. Die extrudierte Spinnmasse wird in einer Koagulier- oder Fällflüssigkeit zum Erstarren gebracht, die sich in einer von einem Speiserohr 7 gespeisten Spinnwanne 6 befin­ det. Von einem am Boden der Spinnwanne 6 befindlichen Spinnrohr 5 wird mit der Fällflüssigkeit ein Garn 11 abge­ zogen. Bei diesem herkömmlichen Naßspinnverfahren läuft der Spinnflüssigkeitsstrom entlang einer gestreckten Linie, die die jeweilige Spinndüsenöffnung 4 mit dem Einlaß des Spinnrohrs 5 verbindet.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefun­ den, daß, wenn ein Extrudieren der Spinnflüssigkeit bei einer Geschwindigkeit erfolgt, die größer ist als beim her­ kömmlichen Naßspinnverfahren, d.h. bei einer der kritischen Extrudiergeschwindigkeit entsprechenden oder noch darüber liegenden Geschwindigkeit, ein von den Spinndüsenöffnungen 4 extrudierter Spinnflüssigkeitsstrom 8 gemäß Fig. 1 sich entlang der Achse der Spinndüse 3 bewegt, bedingt durch die der Spinnflüssigkeit bei extrem hoher Extrusionsgeschwin­ digkeit eigenen Massenträgheit. Wenn der Spinnflüssigkeitsstrom 8 einen Punkt 9 erreicht, wird er in Richtung auf den Einlaß des Spinnrohrs 5 abgelenkt, so daß der Spinnflüssigkeits­ strom 8 sich in einem Zustand bewegt, in welchem der Strom 8 nach und nach durch die Koagulierflüssigkeit unter Bil­ dung eines Garns erstarrt, und das Garn mit der Koagulier­ flüssigkeit durch das Spinnrohr 5 abgezogen wird. Der Punkt 9, bei dem der Spinnflüssigkeitsstrom beim erfindungsge­ mäßen Naßspinnverfahren abgelenkt wird, entspricht im we­ sentlichen dem Austritt aus der Spinndüsenöffnung beim her­ kömmlichen Naßspinnen. Deshalb handelt es sich bei dem er­ findungsgemäßen Naßspinnverfahren um ein bislang nicht bekanntes technisches Konzept.

Das Spinnverhalten der Spinnmasse, die der kritischen Ex­ trudiergeschwindigkeit oder einer noch höheren Geschwindig­ keit beim Naßspinnverfahren erfindungsgemäß ausgesetzt wird, unterscheidet sich völlig vom Verhalten der Spinn­ flüssigkeit, wenn diese bei einer unterhalb der kritischen Extrudiergeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit extru­ diert wird, wie es beim herkömmlichen Naßspinnverfahren der Fall ist. Beim herkömmlichen Direkt-Naßspinnverfahren, bei dem die Spinnflüssigkeit direkt in das Fällbad extrudiert wird, wird, wie der Fachmann weiß, bei Erhöhen der Extru­ diergeschwindigkeit zum Steigern der Spinngeschwindigkeit das maximale Streckverhältnis gesenkt, und man kann nicht die gewünschte hohe Abzugsgeschwindigkeit erreichen. Dies steht einer Hochgeschwindigkeitsproduktion beim Naßspinn­ verfahren entgegen. Wie Fig. 3 zeigt, nimmt das maximale Streckverhältnis in einer Zone unterhalb der kritischen Extrudiergeschwindigkeit nach und nach ab, wie es dem Fach­ mann bekannt ist. Die Erfinder hingegen haben her­ ausgefunden, daß das maximale Streckverhältnis an einem Punkt in der Nähe der kritischen Extrudiergeschwindigkeit spürbar ansteigt und dann wieder in einer oberhalb der kri­ tischen Extrudiergeschwindigkeit liegenden Zone nach und nach abnimmt. Daher zeichnet sich die charakteristische Zone gemäß der Erfindung, d.h. die Zone oberhalb der kriti­ schen Extrudiergeschwindigkeit, durch eine hohe Extrudier­ geschwindigkeit und durch ein hohes maximales Streckver­ hältnis aus, und bedingt dadurch wird die Abzugsgeschwin­ digkeit des Garns, die das Produkt aus der Extrudiergeschwindigkeit und dem maximalen Streckverhältnis ist, extrem hoch. Die Erfindung schafft also im Ergebnis ein Hochgeschwindigkeits-Naßspinnverfahren.

In der obigen Beschreibung wird der spezielle Spinnmechanismus gemäß der Erfindung nicht explicit erläu­ tert, es versteht sich jedoch, daß, nachdem sich die extru­ dierte Spinnflüssigkeit entlang der Achse der Spinndüsen­ öffnung bewegt hat, die Spinnflüssigkeit an einem von der Unterseite der Düse fernen Ablenkpunkt abgelenkt wird, um sich dann in eine Richtung weiterzubewegen, in welcher die Spinnmasse abgezogen wird, so daß eine auf das Garn aufge­ brachte Abzugskraft erst dann auf den Spinnflüssigkeits­ strom einwirkt, wenn dieser den Ablenkpunkt passiert hat. Zuerst erreicht der Strom der Spinnflüssigkeit nämlich einen Anfangs-Erstarrungszustand, in welchem er von der auf das Garn ausgeübten Abzugskraft mitgenommen werden kann, wenn der Spinnflüssigkeitsstrom an dem Ablenkpunkt ankommt. Es wird berücksichtigt, daß bei der kritischen Extrudierge­ schwindigkeit jegliche Änderung der strukturellen Faktoren, z.B. die Molekülorientierung und dergleichen, in dem extru­ dierten Spinnflüssigkeitsstrom aufgrund einer Zunahme der Scherverformung der Spinnmasse in der Spinndüsenöffnung in kritischem Ausmaß erzeugt wird.

Beim herkömmlichen Naßspinnverfahren wird die Abzugskraft auf das Garn ausgeübt, und zwischen dem Spinnflüssigkeits­ strom und der Oberfläche der Spinndüse existiert eine Grenzflächenspannung. Deshalb wird eine Kraft zum Ablösen des anfänglichen Erstarrungsfilms der Spinnflüssigkeit von der Oberfläche der Spinndüse bereits im Bereich der Düsen­ oberfläche auf die Spinnflüssigkeit ausgeübt, mit der Folge, daß die Struktur des anfänglichen Erstarrungsfilms zerstört werden kann. Bei der Erfindung hingegen wird die Spinnflüssigkeit extrudiert, während die anfängliche Massenträg­ heit der extrudierten Spinnflüssigkeit von der Düse fort aufrechterhalten bleibt, und die Spinnflüssigkeit bewegt sich in dem Fällbad, ohne daß sie durch eine starke Rückhalte­ kraft beeinflußt wird, wenn man von der Reibungskraft zwi­ schen der Spinnflüssigkeit und der Flüssigkeit des Fällba­ des und von dem Auftrieb der Spinnflüssigkeit absieht. Erst dann wird die Abzugskraft auf den Spinnflüssigkeitsstrom aufgebracht, wenn dieser den Ablenkpunkt passiert hat. Dann ist es unwahrscheinlich, daß eine unerwünschte Abzugskraft auf die sich verfestigende Spinnmasse einwirkt und die Filmstruktur zerstört. Demzufolge ist es auch unwahrschein­ lich, daß ein Bruch des Spinnflüssigkeitsstroms und/oder der erstarrten Spinnmasse, d.h. des Garns, erfolgt. Dies ist der Grund dafür, daß das maximale Streckverhältnis deutlich erhöht werden kann und die Eigenschaften der erhalte­ nen Faser spürbar verbessert werden können.

Weiterhin ist die anfängliche Erstarrung der Spinnmasse bei dem Spinnrohr-Naßspinnverfahren nach der Erfindung gleich­ förmiger als bei dem herkömmlichen Naßspinnverfahren, und zwar über den gesamten Umfangsbereich der Spinnmasse, da die Spinnmasse erst an einer Stelle nach dem Umlenkpunkt in Richtung auf das Spinnrohr abgezogen wird.

Die kritische Extrudiergeschwindigkeit hängt ab von der Geschwindigkeit, mit der die Spinnmasse anfäng­ lich erstarrt, und von der Laufgeschwindigkeit der Spinnmasse in dem Fällbad. Deshalb handelt es sich bei dieser Ge­ schwindigkeit um einen kritischen Wert, der von verschie­ denen Bedingungen abhängt, so z.B. der Zusammensetzung der Spinnmasse, Zusammensetzung und Temperatur des Fällbades, der Grenzflächenspannung zwischen Spinnflüssigkeitsstrom und Oberfläche der Spinndüse, der Dicke des Spinnflüssig­ keitsstroms usw.

Die anfängliche Erstarrungsgeschwindigkeit hängt ab von der Zusammensetzung des verwendeten Polymers, dem zum Lösen des Polymers verwendeten Lösungsmittel, der Konzentration des Polymers in dem Lösungsmittel und der Zusammensetzung sowie der Temperatur der Flüssigkeit des Fällbades. Die durch die Trägheitskraft bedingte Spinnflüssigkeitsge­ schwindigkeit des extrudierten Spinnflüssigkeitsstroms hängt ab von der Viskosität und der Dichte der Spinnflüs­ sigkeit, der Grenzflächenspannung zwischen dem Spinnflüs­ sigkeitsstrom und der Oberfläche der Spinndüse, der Visko­ sität der Flüssigkeit des Fällbades und weiteren Einfluß­ größen. Der Vorschub des Spinnflüssigkeitsstroms entlang der Spinndüsenachse und die Stelle, an der der Ablenkpunkt durch Auftreten der Abzugskraft zu liegen kommt, hängen ab von der Dicke des Spinnflüssigkeitsstroms unter den Bedin­ gungen, die die oben erwähnten Faktoren beinhalten. Wenn die Lage des Ablenkpunkts durch Ändern der Extrudierge­ schwindigkeit geändert wird und der Ablenkpunkt gerade an der Oberfläche der Düse zu liegen kommt, soll die Extrudierge­ schwindigkeit der kritischen Extrudiergeschwindigkeit ent­ sprechen.

Wenn die Zusammensetzung der Spinnmasse und die Erstar­ rungsbedingung so ausgewählt sind, daß eine Verfestigung eintritt, wird die kritische Extrudiergeschwindigkeit hoch. Wird hingegen die Zusammensetzung der Spinnmasse und die Verfestigungsbedingung so ausgewählt, daß eine langsame Ver­ festigung eintritt, so liegt die kritische Extrudierge­ schwindigkeit niedrig. Wenn die Grenzflächenspannung zwi­ schen dem Spinnflüssigkeitsstrom und der Oberfläche der Düse und die Viskosität der Flüssigkeit des Fällbades hoch sind, wird die kritische Extrudiergeschwindigkeit hoch, da der Lauf des Spinnflüssigkeitsstroms gehemmt wird. Die durch die letztgenannten Faktoren verursachten Effekte sind relativ gering im Vergleich zu denen, die mit der Verfesti­ gungsgeschwindigkeit zusammenhängen. Wenn ein dickerer Spinnflüssigkeitsstrom gewählt wird, fällt die kritische Extrudiergeschwindigkeit ab, allerdings ist der durch Än­ dern der Dicke des Spinnflüssigkeitsstroms erreichte Effekt noch geringer als der durch die oben erwähnten Faktoren er­ zielte Effekt.

Der Zustand, in welchem sich der Ablenkpunkt einstellt, d.h. die Extrudiergeschwindigkeit höher ist als die kriti­ sche Extrudiergeschwindigkeit, läßt sich meist dann erreichen, wenn die Extrudiergeschwindigkeit 350 m/min oder mehr beträgt. Manchmal erscheint der Ablenkpunkt erst in einer Zone oberhalb der Extrudiergeschwindig­ keit von 450 m/min oder mehr, abhängig von einer speziellen Kombination von Parametern, beispielsweise von der Auswahl des Polymers, des Lösungsmittels, des Erstarrungszustands oder dergleichen. Es ist also notwendig, die kritische Ex­ trudiergeschwindigkeit für jede Kombination der oben er­ wähnten Einflußfaktoren zu messen, bevor das erfindungsge­ mäße Spinnrohr-Naßspinnverfahren ausgeführt wird.

Die kritische Extrudiergeschwindigkeit läßt sich in einfa­ cher Weise dadurch ermitteln, daß man die Konfiguration des Spinnflüssigkeitsstroms in dem Fällbad beobachtet, während die Extrudiergeschwindigkeit allmählich gesteigert wird. Die kritische Extrudiergeschwindigkeit der Spinnmasse ist nämlich diejenige Extrudiergeschwindigkeit, die dann vor­ liegt, wenn das Phänomen zu beobachten ist, daß der Spinn­ flüssigkeitsstrom sich entlang der Spinndüsenöffnung bewegt und dann am Ablenkpunkt zu dem Spinnrohr geleitet wird. Die Beobachtung des Inneren eines Fällbades läßt sich durchfüh­ ren mit Hilfe eines Schaulochs in dem Fällbadbehälter oder mit Hilfe eines aus durchsichtigem Kunstharz bestehenden Fällbadbehälters. Das Vorhandensein des Ablenkpunkts läßt sich mit bloßem Auge oder mit Hilfe eines projizierten Bil­ des beobachten. Das Beobachten kann auch dadurch erfolgen, daß man eine Stelle in der Nähe der Unterseite der Spinn­ düse durch ein Mikroskop vergrößert. Da die Abzugsgeschwin­ digkeit keinen starken Einfluß auf die kritische Extrudier­ geschwindigkeit hat, kann man die Abzugsgeschwindigkeit wahlweise nach Messung der kritischen Extru­ diergeschwindigkeit auswählen. In den meisten Fällen kann man den Ablenkpunkt als deutliche Kante oder deutlichen Knick der koagulierenden Spinnflüssigkeit erkennen, in einigen Fällen jedoch kann es sein, daß die koagulierende Spinnflüssigkeit eine glatte Kurve bildet, die zwei gerade Linien in dem Ablenkpunkt miteinander verbindet. Selbst wenn der Ablenkpunkt in der letztgenannten Weise ausgebil­ det ist, läßt sich der durch die Erfindung erreichte Effekt an der erhaltenen Faser beobachten.

Vorzugsweise wird mit einer Extrudiergeschwindigkeit gear­ beitet, die größer ist als die kritische Extrudiergeschwin­ digkeit, so daß der Abstand zwischen der Oberfläche der Düse und dem Ablenkpunkt mindestens 1 mm beträgt und Klar­ heit darüber herrscht, daß der Betrieb im Zustand der kri­ tischen Extrudiergeschwindigkeit oder einer darüber lie­ genden Geschwindigkeit abläuft. Beim erfindungsgemäßen Ver­ fahren sollte der Abstand mehr als 1 mm betragen. Um jedoch unerwünschte Erscheinungen zu vermeiden, z.B. ein unge­ eignetes Schwingen des Spinnflüssigkeitsstroms und/oder des erstarrten Garns von seiten des Fällbades, beträgt der Ab­ stand zwischen der Unterseite der Spinndüse und dem Ablenk­ punkt 20 mm oder weniger, vorzugsweise 10 mm oder weniger.

Bei dem erfindungsgemäßen Spinnrohr-Naßspinnverfahren kann die Spinnmasse aus der Spinndüse mit einer so hohen Extru­ diergeschwindigkeit wie 350 m/min oder mehr, in speziellen Fällen 450 m/min oder mehr, extrudiert werden. Dies ist bei dem herkömmlichen Luftspalt-Naßspinnverfahren nicht mög­ lich.

Es gibt kein bekanntes Beispiel für die Verwendung einer derart hohen Extrudiergeschwindigkeit, während den Erfin­ dern lediglich ein einziges Beispiel beim Luftspalt-Naß­ spinnverfahren einer optisch anisotropen Spinnflüssigkeit aus PPTA bekannt ist (JP-OS 57-1 21 612), bei welchem der ma­ ximale Wert der Extrudiergeschwindigkeit 318 m/min beträgt, wobei dieser Wert aus einem in der genannten Druckschrift angegebenen Beispiel errechenbar ist.

Die Obergrenze der Extrudiergeschwindigkeit ist bei dem er­ findungsgemäßen Naßspinnverfahren nicht speziell definiert. Abhängig vom Typ der Spinnmasse läßt sich eine über die ge­ nannten Werte noch hinausgehende Extrudiergeschwindigkeit wählen, solange die Spinnmasse stabil entlang einer geraden Linie aus der Spinndüse extrudiert werden kann.

Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung steht der Ab­ stand zwischen der Oberfläche der Spinndüse und dem Einlaß des Spinnrohrs in keiner wesentlichen Beziehung zu der kri­ tischen Extrudiergeschwindigkeit und der Ausbildung des Ab­ lenkpunkts. Es gibt aber zum Beispiel das Problem, daß die Reibungskraft zwischen einem durch das Fällbad laufenden erstarrten Faden und der Flüssigkeit des Fällbades mit zu­ nehmender Garngeschwindigkeit zunimmt, so daß die in dem erstarrten Garn entstandene Anfangsstruktur zerstört wird und damit die Eigenschaften der Faser verschlechtert wer­ den. Dadurch verringert sich das maximale Streckverhältnis, und es kann zu Brüchen des erstarrten Fadens kommen. Dann ist es für das Hochgeschwindigkeitsspinnen vorzuziehen, einen Abstand von 60 mm oder weniger, vorzugsweise von 40 mm oder weniger, zwischen Spinndüse und Spinnrohr zu wäh­ len. Wenn dieser Abstand zu klein ist, wird möglicherweise eine wirksame Erstarrung verhindert, so daß man vor­ zugsweise einen Mindestabstand von 4 mm wählt. Der Abstand sollte so festgelegt werden, daß er größer ist als der Ab­ stand längs einer geraden Linie zwischen der Oberfläche der Düse und dem Ablenkpunkt des Spinnflüssigkeitsstroms.

Die erfindungsgemäß verwendete Spinndüse muß stark genug sein, um einen durch den eine hohe Extrudiergeschwindigkeit aufweisenden Spinnflüssigkeitsstrom erzeugten Gegendruck aufnehmen zu können. Im Grunde genommen gibt es aber kei­ nerlei Beschränkung hinsichtlich der Wahl der Spinndüse, z.B. hinsichtlich des Materials, der Form oder dergleichen. Die Form der Spinndüsenöffnung unterliegt ebenfalls keinen besonderen Beschränkungen. Wenn Garn mit einem un­ regelmäßigen Querschnitt gesponnen wird, kann die Spinn­ düsenöffnung einen von der Kreisform abweichenden Quer­ schnitt aufweisen.

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Spinnrohr-Naß­ spinnverfahrens ist die Zusammensetzung der Spinnmasse nicht speziell beschränkt. Geeignete Zusammensetzungen, die die obengenannten Bedingungen im industriellen Maßstab er­ füllen, lassen sich einsetzen. Nichtsdestoweniger wird vor­ zugsweise eine optisch anisotrope Spinnmasse oder eine flüssigkristalline Spinnmasse mit einer strukturellen Vis­ kosität, deren Widerstand bei hoher Scherbeanspruchung stark abnimmt, oder eine Spinnmasse aus einem Polymer, z.B. einem starren Linearkettenpolymer oder schraubenlinienarti­ gen Polymer, welches fließfähig und orientierbar ist, ver­ wendet, da der Gegendruck der Spinndüse extrem groß ist aufgrund der hohen Extrudiergeschwindigkeit, welche nach Maßstäben der herkömmlichen Naßspinnverfahren als abnorm hoch anzusehen ist.

Weiterhin ist es wünschenswert, daß die bei einer Scherbe­ anspruchung in der Spinndüsenöffnung in Erscheinung tre­ tende Viskosität aus dem obengenannten Grund geringer ist. Die in Erscheinung tretende Viskosität beträgt vorzugsweise 200 Poise oder weniger, aber selbst dann, wenn die in Er­ scheinung tretende Viskosität einer verwendeten Spinnmasse oberhalb von 200 Poise liegt, läßt sich die Erfindung mit einer eine solch hohe Viskosität aufweisenden Spinnmasse durchführen, indem man eine Spinnapparatur benutzt, die entsprechend hohe mechanische Festigkeit aufweist.

Als bevorzugte Spinnmasse wird für die Erfindung eine op­ tisch anisotrope Spinnmasse verwendet, die man dadurch her­ stellt, daß man Polyparaphenylen-Terephthalamid (im folgen­ den als PPTA abgekürzt) in konzentrierter Schwefelsäure löst (vgl. JP-PS 50-8 474 und 59-14 568). Man kann auch eine optisch anisotrope Spinnmasse aus einem Zellulosederivat verwenden (JP-OS 52-96 230). Ferner ist als Spinnmasse ge­ eignet eine Masse, die hergestellt wird durch Lösen von Zellulose in einer Lösung aus einer Kupferammoniumkomplex­ verbindung, eine Spinnmasse, die hergestellt wird durch Lö­ sen der Zellulose in einem Gemisch aus einem N-Methyl­ morpholinoxid (im folgenden als NMMO bezeichnet) und Was­ ser, und eine Alkalilösung eines Zellulosexanthat, wobei es sich bei den genannten Spinnmassen um nicht optisch aniso­ trope Spinnmassen handelt.

Das Spinnrohr wird vorzugsweise derart angeordnet, daß der Einlaß des Spinnrohrs exakt der Oberfläche der Spinndüse gegenüberliegt, während die Achse des Spinnrohrs auf einer Linie liegt, die sich senkrecht zur Oberfläche der Spinn­ düse von der Mitte mehrerer Spinndüsenöffnungen aus er­ streckt. Ein gewisses Spiel bei der Positionierung des Spinnrohrs bezüglich der Spinndüse ist akzeptabel.

Bei dem im Rahmen der Erfindung eingesetzten Spinnrohr han­ delt es sich um ein dünnes Röhrchen, welches es ermöglicht, das in dem Fällbad erstarrte Garn mit der Flüssigkeit des Fällbades abzuziehen. Bezüglich des Innendurchmessers be­ stehen keine bestimmten Beschränkungen, ebenso nicht bezüg­ lich der Länge, Querschnittsform und dergleichen. Man kann also entsprechend dem Typ des verwendeten Polymers, den Be­ sonderheiten der Spinnflüssigkeit, dem Erstarrungsmechanis­ mus und weiterer Einflußgrößen ein optimales Spinnrohr wäh­ len. Man kann als Spinnrohr auch eine in die Unterseite des Behälters für das Fällbad eingeschnittene oder eingestanzte Öffnung verwenden. Weiterhin kann ein spezielles Spinnrohr eingesetzt werden, wie es in der JP-OS 61-47 814 beschrieben ist. Danach wird ein Spinnrohr gebildet durch Anordnen eines Schlitzes mit rechteckförmiger Oberseite sowie mehre­ ren Spinndüsenöffnungen an dem Fällbad.

Bezüglich der Laufrichtung des Garns und der in dem Spinn­ rohr transportierten Koagulierflüssigkeit bestehen keine Beschränkungen. Das Spinnrohr kann praktisch in jede belie­ bige Richtung orientiert sein, es kann vertikal oder hori­ zontal angeordnet sein, und das Garn sowie die Koagulier­ flüssigkeit aus dem Fällbad können entweder nach oben oder nach unten in das Spinnrohr einlaufen.

Menge und Geschwindigkeit der Koagulierflüssigkeit, die das Garn in dem Spinnrohr begleitet, sind ebenfalls nicht be­ schränkt. Diese Werte bestimmen sich automatisch aus der Abzugsgeschwindigkeit des Garns und dem Druck der Koagu­ lierflüssigkeit in dem Fällbad. Um jedoch eine unnötige Spannung an dem Garn zu vermeiden und eine hohe Abzugsge­ schwindigkeit zu erzielen, wird der Reibungswiderstand zwi­ schen Garn und Koagulierflüssigkeit in dem Spinnrohr mög­ lichst weit herabgesetzt. Aus diesem Grund wird vorzugs­ weise die Differenz zwischen der Garngeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Koagulierflüssigkeit im Spinnrohr auf 100 m/min oder weniger festgelegt.

Die Abzugsgeschwindigkeit hat keinen starken Einfluß auf die Ausbildung des Ablenkpunkts, und man kann sie im Hin­ blick auf die Feinheit der Elementarfäden eines herzustel­ lenden Garns, der auf ein erstarrtes Garn einwirkenden Spannung und der maximalen Spinngeschwindigkeit, bei der das Garn bricht, da es der Spannung nicht widerstehen kann, festlegen. Um eine Besonderheit der Erfindung zu nutzen, wird vorzugsweise beim Hochgeschwindigkeitsspinnen das Garn von dem Spinnrohr mit einer Geschwindigkeit von mindestens 300 m/min abgezogen, jedoch ist dies keine absolute Grenze für den oberen Wert der Abzugsgeschwindigkeit. Wird als Polymer beispielsweise ein Aramid mit hoher maximaler Spinngeschwindigkeit verwendet, so kann man die Abzugsge­ schwindigkeit auf 1000 m/min oder einen noch höheren Wert festlegen.

Ein durch das erfindungsgemäße Spinnrohr-Naßspinnverfahren erhaltenes Garn kann je nach Typ des Polymers, Eigenschaf­ ten des Garns und Abzugsgeschwindigkeit gezogen oder ge­ streckt und dann einem geeigneten Appreturprozeß unterzo­ gen werden, um das fertige Garn zu erhalten.

Da beispielsweise ein erstarrtes Garn, hergestellt aus einer optisch anisotropen Spinnflüssigkeit, beispielsweise PPTA oder dergleichen, direkt nach dem Spinnvorgang bereits eine fertige Faserstruktur besitzt, kann man das fertige Garn mit einer geeigneten Garnappretur versehen, beispiels­ weise kann man mit Wasser waschen, ölen und trocknen, und zwar dann, wenn das Garn gesammelt auf einer Transportein­ richtung liegt, wie es z.B. in der JP-PS 55-9 088 beschrie­ ben ist. Weiterhin kann man Gebrauch machen von einem Ver­ fahren, welches eine erste Appreturbehandlung direkt im An­ schluß an das Spinnrohr und ein Waschen und Trocknen mit Walzen beinhaltet, wie es in der US-PS 40 48 279 beschrie­ ben ist. Mit solchen Behandlungen läßt sich beim Hochge­ schwindigkeitsspinnen eine geeignete Garnappretur errei­ chen.

Wie oben im einzelnen beschrieben wurde, besitzt bei dem erfindungsgemäßen Spinnrohr-Naßspinnverfahren der aus der Düse extrudierte Spinnmassenstrom eine Anfangsgeschwindig­ keit, die bestimmt wird durch eine extrem hohe Extrudier­ geschwindigkeit, d.h. eine Geschwindigkeit, die oberhalb der kritischen Extrudiergeschwindigkeit liegt. Der die Oberfläche der Spinndüse unter der eigenen Massenträgheit verlas­ sende extrudierte Spinnflüssigkeitsstrom bewegt sich in einer geraden Linie entlang der Achse der Düse innerhalb der Flüssigkeit des Fällbades, um dann über den Umlenkpunkt zum Einlaß des Spinnrohrs zu gelangen, wobei der Umlenkpunkt dadurch erzeugt wird, daß das erstarrte Garn einer Abzugs­ kraft unterworfen wird. Schließlich wird das erhaltene Garn durch das Spinnrohr abgezogen, so daß eine Kraft zum Ablö­ sen und Abziehen der Spinnmasse von der Oberfläche der Spinndüse erfindungsgemäß nicht notwendig ist, im Gegensatz zu dem herkömmlichen Naßspinnverfahren, bei dem hinsicht­ lich der Oberfläche der Düse eine Abzugskraft ausgeübt wer­ den muß und die extrudierte Spinnmasse direkt von der Ober­ fläche der Düse in Richtung auf das Spinnrohr abgezogen wird. Die auf das Garn ausgeübte Spannung reduziert sich um einen Betrag, welcher der Spinnmassen-Ablöskraft ent­ spricht, und eine durch die genannte Spannung hervorge­ rufene Beschädigung des erstarrten Garns wird reduziert, wenn das Garn mit hoher Geschwindigkeit abgezogen wird. Dies bedeutet: Es läßt sich ein hohes Streckverhältnis bei hoher Spinngeschwindigkeit realisieren. Da weiterhin nur wenig partielle Zerstörungen, z.B. Risse, in der Feinstruk­ tur der erhaltenen Faser vorhanden sind, läßt sich eine durch das Hochgeschwindigkeitsspinnen verursachte Ver­ schlechterung der Fasereigenschaften vermeiden. Erfindungs­ gemäß wird der Ablenkpunkt an einer Stelle fern von der Düse gebildet. Die Abzugskraft wird erst an dem Ablenkpunkt auf den extrudierten Spinnflüssigkeitsstrom ausgeübt. Dies bedeutet, daß, wenn der Spinnflüssigkeitsstrom am Ab­ lenkpunkt ankommt, die Spinnflüssigkeit zu einem Anfangs- Erstarrungszustand koaguliert ist, in welchem das Material die Abzugskraft auf das koagulierte Garn übertragen kann. Deshalb kommt es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zu einer Beschädigung der Faseroberfläche aufgrund eines unregelmäßigen Abschälens oder Ablösens einer Faser wegen teilweisen Erstarrens der Spinnflüssigkeitsoberfläche an der Oberfläche der Düse, wie es beim herkömmlichen Naß­ spinnverfahren der Fall ist. Die letztgenannte Besonderheit der Erfindung trägt besonders zu günstigen Eigenschaften der Faser bei, beispielsweise zu hoher Zugfestigkeit.

Mit dem erfindungsgemäßen Spinnrohr-Naßspinnverfahren läßt sich ein stabiles Naßspinnen bei einer Spinngeschwindigkeit von 300 m/min oder mehr erreichen. Die besonderen Eigen­ schaften der durch dieses Verfahren erhaltenen Faser sind besser als die Eigenschaften von Fasern, die mit dem her­ kömmlichen Naßspinnverfahren hergestellt werden. Man er­ reicht durch das erfindungsgemäße Verfahren eine effiziente Ausnutzung der Anlage und eine hohe Produktivität. Dies bietet Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Hochgeschwin­ digkeitsspinnen, z.B. dem Schmelzspinnen oder dergleichen.

Beispiele:

Im folgenden werden bevorzugte Beispiele der Erfindung er­ läutert. Sämtliche Prozentangaben bedeuten, wenn nichts anderes gesagt ist, Gewichtsprozente.

Beispiel 1

Bei diesem Beispiel wird ein PPTA-(Polyparaphenylen­ terephthalamid)-Polymer als Polymer verwendet, das folgen­ dermaßen mit Hilfe des Niedrigtemperatur-Lösungspolymerisa­ tionsverfahrens hergestellt wurde:

In 1000 Teilen N-Methyl-Pyrrolidon werden 70 Teile Kalzium­ chloridanhydrid in einer Polymerisationsapparatur (wie sie in der JP-PS 53-43 986 beschrieben ist) gelöst. Die Appara­ tur besitzt Rührflügel, deren wirksamer Radius durch Falten der Flügel geändert werden kann. 48,6 Teile Paraphenylen­ diamin werden in der Lösung gelöst. Die sich ergebende Lö­ sung wird auf 8° Celsius abgekühlt, und es werden in die abgekühlte Lösung 91,4 Teile Terephthalsäure-Dichlorid in Pulverform gegeben, und nach einigen Minuten erhält man eine polymerisierte Substanz, die zu einer käseähnlichen Masse koaguliert ist. Die so erhaltene polymerisierte Sub­ stanz wird aus der Polymerisationsapparatur entnommen, in­ dem die koagulierte polymerisierte Substanz in Pulverform gebracht wird. Dies geschieht mit Hilfe eines Verfahrens, das in der JP-PS 53-21 917 beschrieben ist. In der Polymeri­ sationsapparatur werden die faltbaren Rührflügel zunächst gedreht, während die Rührflügel nach unten gefaltet sind. Dann werden die gefalteten Rührflügel nach und nach geöff­ net, um ihren wirksamen Radius zu vergrößern. Schließlich wird durch vollständiges Öffnen der Rührflügel die koagu­ lierte polymerisierte Substanz in Pulverform gebracht. Die aus der Apparatur entnommene Substanz wird sofort in einen geschlossenen Kneter eingebracht und zu Feinpulver verar­ beitet. Das Feinpulver wird in einen Henschelmixer gebracht und weiter pulverisiert, während Wasser in der gleichen Ge­ wichtsmenge wie das Pulver beigemischt wird. Das Pulver wird dann nacheinander gefiltert, mehrmals in heißem Wasser gewaschen und in warmer Luft bei einer Temperatur von 110°C getrocknet. Dann erhält man 95 Teile PPTA mit einer blaß­ gelben Farbe und einer dynamischen Viskosität h _inh von 6,2, gemessen durch Eintauchen von 0,2 g des Polymers bei einer Temperatur von 30°C in 100 ml einer 98,5%igen Schwefel­ säure.

Das PPTA-Polymer wird bei 70°C zwei Stunden lang in der 99,4%igen Schwefelsäure gelöst, so daß der Anteil des Poly­ mers in der Lösung 17% wird. Das Lösen wird unter Vakuum durchgeführt, und die Lösung wird stehengelassen, um zu entlüften. Auf diese Weise wird eine optisch anisotrope Spinnmasse erhalten. Die optische Anisotropie läßt sich da­ durch bestätigen, daß sich ein dunkles Gesichtsfeld unter einem Kreuznicol eines Polarisationsmikroskops durch Ent­ stehung der optischen Anisotropie in ein helles Gesichts­ feld ändert.

Die Spinnmasse wird durch ein Filter mit Hilfe einer Zahn­ radpumpe in eine Spinndüse eingeleitet, um ein Garn zu spinnen. Das Filter ist ein Sinterfilter aus rostfreiem Stahl SUS 316 und vermag Pulver mit einem Durchmesser bis zu 5 µm zu filtern. Die verwendete Spinndüse besteht aus Tantal und besitzt 50 Spinnöffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,045 mm, wobei die Düsenöffnungen in doppelter Kreisform an der Düse angeordnet sind.

Fig. 1 zeigt die beim Beispiel 1 eingesetzte Spinnappara­ tur.

Ein mit einer Extrudiergeschwindigkeit von 400 m/min aus der Spinndüsenöffnung 4 extrudierter Spinnflüssigkeitsstrom 8 bewegt sich etwa 4 mm entlang einer Achse der Spinndüsen­ öffnung 4, und wird, nachdem er an einem Umlenkpunkt 9 an­ gelangt ist, in Richtung auf den Einlaß des Spinnrohrs 5 abgezogen. Der Abstand zwischen der Oberfläche der Spinn­ düse 3 und dem Einlaß der Spinndüse 5 beträgt 15 mm. Das Spinnrohr wird hergestellt, indem ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 2 mm und einer Länge von 100 mm ge­ schnitten wird. Die Koagulierflüssigkeit ist 30%ige Schwe­ felsäure bei einer Temperatur von 30°C, die mit 75,4 l/h dem Fällbad zugeführt wird. Dieses Volumen entspricht einer Geschwindigkeit von 400 m/min in dem Spinnrohr 5.

Das Garn 11 wird mit einer Geschwindigkeit von 600 m/min aus dem Spinnrohr 5 abgezogen (der genannte Wert entspricht einem Streckverhältnis (Verzug) von 1,5). Das laufende Garn wird dann mit einer 30%igen Schwefelsäure bei einer Tempe­ ratur von -5°C und einem Durchsatz von 50 l/h weitertrans­ portiert, um weiter zu erstarren und abzukühlen (dies ist in der Zeichnung nicht dargestellt). Das erhaltene Garn wird über eine Stange 12 auf eine Transporteinrichtung (nicht dargestellt), z.B. einen Endlosriemen aus einem rostfreien Stahldrahtgewebe transportiert, wie es in der US-PS 40 16 236 (= JP-PS 55-9 088) beschrieben ist. Die Garne sammeln sich in vielen kleinen Häufchen auf der Transporteinrichtung und werden mit einer 1%igen Lösung aus Ätznatron neutralisiert, dann gewaschen, mit Öl gerieben und getrocknet. Das getrocknete Garn wird dann von der Transporteinrichtung abgenommen und auf eine Spule ge­ wickelt.

Das erhaltene Garn besaß eine Feinheit von 155 dtex, eine Zugfestigkeit von 18 g/dtex, eine Deh­ nung von 5,4% und einen Anfangs-Elastizitätsmodul von 275 g/dtex. Diese Eigenschaften sind nicht schlechter als jene einer PPTA-Faser, die man durch herkömmliches Luftspalt- Spinnen erhält.

Vergleichsbeispiel 1

Wenn ein Garn unter der gleichen Bedingung wie im Beispiel 1 gesponnen wird, mit der Ausnahme, daß die Extrudierge­ schwindigkeit auf 200 m/min gesenkt wird, so bricht das Garn in dem Fällbad, und es ist nicht möglich, den Spinn­ prozeß fortzusetzen. Als nächstes wird die Abzugsgeschwin­ digkeit derart gesenkt, daß das Streckverhältnis den glei­ chen Wert erhält wie im Beispiel 1, d.h. den Wert 1,5 an­ nimmt. Jetzt beträgt die Abzugsgeschwindigkeit 300 m/min, jedoch erfolgt wiederum ein Garnbruch in dem Fällbad. Wird die Abzugsgeschwindigkeit weiter auf 100 m/min gesenkt, dieser Wert entspricht einem Streckverhältnis von 0,5), so ist der Abzug des Garns möglich. Bei Beobachtung des Inne­ ren des Fällbades jedoch zeigte sich, daß sich die von den Spinndüsenöffnungen extrudierte Spinnflüssigkeit direkt und ohne Umlenkpunkt in Richtung auf den Einlaß des Spinnrohrs bewegte. Deshalb weist ein solches Spinnen nicht die beson­ deren Merkmale des erfindungsgemäßen Spinnrohr-Naßspinnver­ fahrens auf.

Die erhaltene PPTA-Faser hatte einen geringeren Glanz, be­ saß eine Zugfestigkeit von 7,4g/dtex, eine Dehnung von 5,8% und einen Anfangs-Elastizitätsmodul von 225 g/dtex. Die Zug­ festigkeit des Garns des Vergleichsbeispiels 1 ist im Ver­ gleich zum Garn nach Beispiel 1 extrem niedrig.

Vergleicht man das Beispiel 1 mit dem Vergleichsbeispiel 1, so zeigt sich, daß, obschon im Beispiel 1 eine höhere Ex­ trudiergeschwindigkeit gewählt wurde als im Vergleichsbei­ spiel 1, das Streckverhältnis beim Beispiel 1 dreimal größer gemacht werden kann als beim Vergleichsbeispiel 1. Dies ist eine völlig überraschende und vom Fachmann nicht zu erwarten gewesene Tatsache. Außerdem ist die Zugfestig­ keit des Garns beim Beispiel auf mehr als das Zweifache der Zugfe­ stigkeit beim Vergleichsbeispiel verbessert.

Beispiel 2

Eine lösbare Koniferenpulpe wird hydrolysiert, indem die Pulpe in eine verdünnte Schwefelsäure getaucht wird, um Zellulose zu erhalten, deren mittlerer Polymerisationsgrad 330 beträgt, errechnet aus η _inh , erhalten unter Verwendung einer Kupferammoniumlösung.

Die erhaltene Zellulose wird zum Reagieren gebracht mit Acrylnitril unter Verwendung eines Ätznatron-Katalysators, und es wird Cyanäthylzellulose, d.h. CyEC mit einem Substi­ tutionsverhältnis-Grad von 2,62 induziert.

Das CyEC wird bei 0°C in einer 75%igen Salpetersäure ge­ löst, aus der Stickstoffsubstanzen zuvor mit Hilfe von Harnstoff derart entfernt worden waren, daß der Anteil der Lösung 30% betrug, wodurch eine optisch anisotrope Spinn­ flüssigkeit gebildet wurde.

Die Spinnflüssigkeit wurde unter den gleichen Bedingungen gesponnen wie im Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß die Spinndüse aus rostfreiem Stahl SUS 316 bestand und 20 Spinndüsenöffnungen mit einem Durchmesser von 0,055 mm be­ saß, während der Abstand zwischen der Oberfläche der Spinn­ düse und dem Einlaß des Spinnrohres durch das Fällbad in Fig. 1 auf 20 mm geändert wurde.

Die Spinnflüssigkeit wird bei einer Extrudiergeschwindig­ keit von 380 m/min in eine Koagulierflüssigkeit extrudiert. Bei der Koagulierflüssigkeit handelt es sich um Wasser mit einer Temperatur von 5°C und einem Durchsatz von 50,3 l/h; dies entspricht einer Wassergeschwindigkeit von 300 m/min in dem Spinnrohr. Das Garn wird mit einer Geschwindigkeit von 400 m/min durch das Spinnrohr abgezogen. Das Streckver­ hältnis beträgt 1,05.

Das Garn wird mit einem Ziehverhältnis von 1,2 gestreckt und einem Nelson-Rollenwascher zugeleitet und dort mit Was­ ser gewaschen, dann auf einem Warmroller getrocknet und schließlich mit 480 m/min durch einen Wickler aufgewickelt.

Beim Beobachten des Fällbades zeigt sich, daß die Spinn­ flüssigkeit sich etwa 3 mm von der Oberfläche der Spinndüse entlang der Achse der Spinndüsenöffnung bewegt und dann am Umlenkpunkt ankommt.

Die erhaltene CyEC-Faser besitzt eine Zugfestigkeit von 5,5 g/dtex, eine Dehnung von 5% und einen Anfangs-Elastizi­ tätsmodul von 240 g/dtex.

Vergleichsbeispiel 2

Bei diesem Vergleichsbeispiel 2 wird vom Luftspalt-Naß­ spinnverfahren Gebrauch gemacht. Dabei befindet sich eine Luftschicht in dem oberen Raum des Fällbades. Eine aus der Düse extrudierte Spinnflüssigkeit gelangt durch die obere Luftschicht, die eine Dicke von 5 mm besitzt, und tritt dann in das Fällbad ein. Das verfestigte Garn wird durch das Spinnrohr abgezogen. Der Abstand zwischen der Oberflä­ che der Düse und dem Einlaß des Spinnrohrs beträgt jetzt 25 mm. Die anderen Bedingungen sind die gleichen wie im Bei­ spiel 2.

Beim Vergleichsbeispiel schwimmt die extrudierte Spinnmasse auf der Oberfläche der Flüssigkeit des Fällbades und ge­ langt nicht ohne weiteres in das Fällbad hinein, so daß der Spinnprozeß wegen dieser Probleme mehrmals gestartet wer­ den muß. Nachdem die Spinnmasse in das Fällbad eingetaucht ist und das verfestigte Garn durch das Spinnrohr abgezogen wird, bewegt sich die aus der Spinndüse extrudierte Spinn­ masse direkt in Richtung auf das Spinnrohr und wird abgezo­ gen, ohne daß sich ein Ablenkpunkt ausbildet.

Die erhaltene CyEC-Faser besitzt eine Zugfestigkeit von 4,9 g/dtex, eine Dehnung von 4,7% und einen Anfangs-Elasti­ zitätsmodul von 205 g/dtex. Diese Werte sind schlechter als die Werte beim Beispiel 2.

Um die Ursache für die genannten Unterschiede zu bestimmen, werden mehrere Fasern gemäß Beispiel 2 und gemäß Ver­ gleichsbeispiel 2 jeweils gebündelt und geschnitten, um den Querschnitt jedes Bündels zu betrachten. Die Schwankung der Querschnittsfläche der Faser in dem Bündel beträgt ledig­ lich 5% bei den Fasern gemäß Beispiel 2, jedoch über 100% bei den Fasern gemäß Vergleichsbeispiel 2. Damit zeigt sich, daß ein Bruch der Faser im Vergleichsbeispiel 2 be­ reits in einem sehr frühen Stadium erfolgt, verursacht durch Spannungskonzentration in einem dünnen Abschnitt der Faser. Das Naßspinnverfahren gemäß der Erfindung erweist sich also dem Luftspalt-Spinnverfahren überlegen, wenn man die Fasereigenschaften unter Berücksichtigung einer hohen Herstellungsgeschwindigkeit betrachtet.

Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3

Es wird eine Spinnflüssigkeit hergestellt, die 6% Ätz­ natron, 8,5% Zellulose mit einem Γ -Wert von 40% und einer Viskosität von 50 sec aufweist. Die Spinnflüssigkeit wird hergestellt, indem ein von einer Pulpe abgeleitetes Zellu­ losexanthat mit einem mittleren Polymerisationsgrad von 330 in einer Lösung aus Ätznatron gelöst wird. Die Spinnmasse wird in eine Koagulierflüssigkeit hineingesponnen, die 120 g/l Schwefelsäure und 260 g/l Natriumsulfat sowie 15 g/l Zinksulfat enthält.

Es wird die in Fig. 1 gezeigte Spinnapparatur verwendet. Die Spinndüse besteht aus einer Gold-Platin-Legierung und besitzt 33 Spinndüsenöffnungen mit einem Durchmesser von 0,05 mm. Das aus Glas bestehende Spinnrohr hat einen Innen­ durchmesser von 2,5 mm und eine Länge von 50 mm. Das Spinn­ rohr ist so angeordnet, daß der Abstand zwischen der Ober­ fläche der Spinndüse und dem Einlaß des Spinnrohrs 7 mm be­ trägt.

Zunächst wird die Koagulierflüssigkeit mit einem Durchsatz von 73,6 l/h zugeleitet, was einer Geschwindigkeit von 250 m/min in dem Spinnrohr entspricht. Durch Ändern der Extru­ diergeschwindigkeit der Spinnflüssigkeit wird eine Zone der Extrudiergeschwindigkeit gemessen, in welcher der für die Erfindung charakteristische Umlenkpunkt erzeugt wird. Der Umlenkpunkt erscheint nicht in einem Bereich unterhalb von 550 m/min, er erscheint jedoch deutlich in einem Bereich oberhalb von 600 m/min. In diesem Fall wird das abgezogene Garn nicht aufgewickelt, sondern fließt mit der aus dem Spinnrohr tropfenden Koagulierflüssigkeit.

Wenn die Spinnflüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 450 m/min extrudiert wird, also einer Geschwindigkeit, die nicht in den Bereich gemäß der Erfindung fällt, d.h. mit einer Geschwindigkeit extrudiert wird, bei der sich der Ab­ lenkpunkt nicht einstellt, erhält man eine maximale Abzugsgeschwindigkeit von etwa 230 m/min und ein maximales Streckverhältnis von etwa 0,51.

Als nächstes wird die Extrudiergeschwindigkeit der Spinn­ flüssigkeit auf 750 m/min geändert, also auf einen Wert, der im erfindungsgemäßen Extrudiergeschwindigkeitsbereich liegt. Die maximale Abzugsgeschwindigkeit beträgt nun 550 m/min bei einem maximalen Streckverhältnis von ungefähr 0,73. Es zeigt sich, daß trotz jetzt erhöhter Extrudierge­ schwindigkeit, also einer Extrudiergeschwindigkeit, die deutlich größer ist als eine in dem nicht zur Erfindung ge­ hörigen Bereich liegende, das maximale Streckverhältnis er­ höht wird.

Wenn weiterhin der Durchsatz der Koagulierflüssigkeit auf 147 l/h angehoben wird, was einer Geschwindigkeit der Flüs­ sigkeit von 500 m/min entspricht, so daß die Koagulierflüs­ sigkeit in dem Spinnrohr sich der Abzugsgeschwindigkeit des Garns in dem Rohr annähert, so steigt die maximale Abzugs­ geschwindigkeit auf etwa 600 m/min und das maximale Streck­ verhältnis auf 0,8 an.

Wenn Extrudiergeschwindigkeiten von 450 m/min und 750 m/min verwendet werden, so wird jedes Garn mit einer Ge­ schwindigkeit von 80% der jeweils maximalen Abzugsge­ schwindigkeit abgezogen, d.h. mit 185 m/min und 480 m/min, und jedes erhaltene Garn wird mit einem Ziehverhältnis von 1,2 gestreckt, einem Regenerationsprozeß unterzogen, gewa­ schen, gespült und getrocknet und schließlich aufgewickelt.

Die im Beispiel 3 erhaltene Faser, also die bei einer Ex­ trudiergeschwindigkeit von 750 m/min erhaltene Faser, be­ sitzt eine Feinheit von 83 dtex, eine Zugfestigkeit von 1,55 g/dtex, eine Dehnung von 22%, und ein Produkt aus Zugfestigkeit und Dehnung von 34,1. Bei der im Ver­ gleichsbeispiel 3, also bei einer Extrudiergeschwindigkeit von 450 m/min erhaltenen Faser beträgt die Feinheit 135 dtex, die Zugfestigkeit 1,26 g/dtex, die Dehnung 19,2% und das Pro­ dukt aus Zugfestigkeit und Dehnung 24,2. Das Naßspinnen bei der Extrudiergeschwindigkeit von 750 m/min, die zu dem er­ findungsgemäßen Extrudiergeschwindigkeits-Bereich gehört, erweist sich also dem Spinnverfahren mit einer Extrudierge­ schwindigkeit von 450 m/min, die nicht zu dem erfindungsge­ mäß beanspruchten Bereich gehört, überlegen.

Claims (4)

1. Spinnrohr-Naßspinnverfahren, bei dem eine Spinn­ flüssigkeit aus Öffnungen einer Spinndüse direkt in ein Fällbad hinein extrudiert, das erstarrte Garn in ein Spinnrohr geleitet und mit der Flüssigkeit des Fällbades abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnflüssigkeit mit einer Geschwindigkeit extrudiert wird, die gleich oder größer ist als die kritische Extrudiergeschwindigkeit, daß die extrudierte Spinnflüssigkeit, nachdem sie sich in Form einer geraden Linie entlang einer Achse der Spinndüse be­ wegt hat, in Richtung auf den Einlaß des Spinnrohrs abge­ lenkt wird, und daß das erstarrte Garn durch das Spinnrohr ab­ gezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnflüssigkeit eine optisch anisotrope Spinnflüs­ sigkeit aus einem Polyparaphenylen-Terephthal-Amid ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnflüssigkeit eine optische anisotrope Spinn­ flüssigkeit aus einem Zellulosederivat ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnflüssigkeit eine Flüssigkeit aus einer Alkali­ lösung eines Zellulosexanthats, eine Flüssigkeit eines Kupferammoniumkomplexes einer Zellulose oder eine Flüssig­ keit ist, die gemischt ist mit einem N-Methylmorpholin-Oxid einer Zellulose und Wasser.