DE4036070A1 - Erhitzungsvorrichtung und verfahren zur herstellung schnellgesponnener filamente - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ausgewählte Erhitzungsvorrichtung sowie ein ausgewähltes Verfahren zur Herstellung von Spinnfilamenten, insbesondere von sogenannten hoch- oder vollständig orientierten Spinnfilamenten, bei dem besagte Erhitzungsvorrichtung eingesetzt werden kann.

Spinnfilamente werden in verschiedenen Stufen ihrer Herstellung gebündelt und thermisch behandelt. Insbesondere im Spinnschacht fällt das Spinnfilamentbündel zunächst mit einer Querschnittsfläche aus, die der Lochverteilung auf der Spinndüse entspricht und wird dann, meist mittels Präparationsauftragsvorrichtungen oder Verwirbelungsdüsen zu einem garnartigen Spinnfilamentbündel mit geringerer Querschnittsfläche zusammengefaßt.

Es sind bereits Spinnverfahren bekannt, bei denen die Spinnfilamente nach dem Verlassen der Spinndüse zunächst eine Abkühlungszone durchlaufen in der sie erstarren, und anschließend noch im Spinnschacht eine Konditionierungszone durchlaufen, bei der sie auf Temperaturen oberhalb der Erstarrungstemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur erhitzt werden. Aufgrund der Reibung der Spinnfilamente mit der sie umgebenden Atmosphäre baut sich im Filament eine Spannung auf und es erfolgt noch im Spinnschacht eine teilweise Verstreckung und Orientierung der Spinnfilamente. Solche Verfahren sind beispielsweise aus der DE-A-21 17 659, der US-A-44 15 521 und der DE-A-24 45 477 bekannt.

Diese Verfahren zeichnen sich im allgemeinen durch hohe Abzugsgeschwindigkeiten der ersponnenen Filamente aus, beispielsweise durch Abzugsgeschwindigkeiten von mehr als 2000 m/min. Die erhaltenen Filamente sind teilweise orientiert und sind - je nach Spinnbedingungen - als teilweise-, hoch- oder vollständig-orientierte Filamente (POY, HOY bzw. FOY; vergl. Chemiefasern/Textilindustrie 6/1985, S. 411-2) bekannt.

Aus dem Stand der Technik sind berührungslose und röhrenförmige Erhitzungsvorrichtungen bekannt, bei denen aus rein geometrischen Gründen der Abstand der Spinnfilamente von den beheizten Wänden der Erhitzungsvorrichtung in Fadenlaufrichtung ständig zunimmt.

Es hat sich nun gezeigt, daß insbesondere bei der Herstellung hoch- oder vollständig-orientierter Spinnfilamente, die Gleichmäßigkeit der Fäden von der Ausgestaltung der Erhitzungsvorrichtung abhängt. So hat sich insbesondere herausgestellt, daß die färberische Gleichmäßigkeit der Spinnfilamente vom Abschluß der Erhitzungsvorrichtung beeinflußt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, die Qualität von teilweise-, hoch- oder vollständig­ orientierten Spinnfilamenten zu verbessern und gleichzeitig das Verfahren zur Herstellung solcher Spinnfilamente zu vereinfachen.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Gleichmäßigkeit solcher Spinnfilamente verbessert wird, wenn man in der Konditionierzone eine Erhitzungsvorrichtung verwendet, die zumindest in ihrem unteren Teil einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist.

Ferner wurde festgestellt, daß bei der Verwendung einer solchen Erhitzungsvorrichtung der Anspinnvorgang wesentlich leichter und einfacher verläuft als bei den bislang verwendeten röhrenförmigen Erhitzungsvorrichtungen, und daß damit die Bedienbarkeit für das Produktionspersonal wesentlich erleichtert wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen Beheizen von Spinnfilamenten, wie in Anspruch 1 definiert.

Bei einer verfahrenstechnisch bevorzugten Ausführungsform nimmt der Innendurchmesser der Erhitzungsvorrichtung über deren gesamte Länge kontinuierlich ab, d. h. die Erhitzungsvorrichtung ist konisch gestaltet. Diese konische Erhitzungsvorrichtung ist allerdings in der Herstellung aufwendig, führt aber zu Spinnfilamenten mit ausgezeichneter Qualität und arbeitet sehr störungsfrei. Die Fläche des Eintrittsquerschnitts dieser bevorzugten Ausführungsform übersteigt dabei die Fläche des Querschnitts des Spinnfilamentbündels an dieser Stelle im allgemeinen um weniger als 50%, bevorzugt sogar nur um 20%. In vielen Fällen reicht ein Übermaß von 10% aus, da das Spinnfilamentbündel in dieser bevorzugten Ausführungsform extrem ruhig im Raum verläuft. Die Innenwände der Erhitzungsvorrichtung sind vorzugsweise so ausgestaltet, daß diese weitgehend parallel zur Außenfläche des Spinnfilamentbündels verlaufen.

Eine technisch besonders einfache Ausführungsform der Erhitzungsvorrichtung besteht in Laufrichtung der Spinnfilamente aus einem Zylinder, dessen Innendurchmesser am Fadeneintrittsort den Maximaldurchmesser des Bündels nur geringfügig überschreitet, und zum Fadenaustrittsende hin aus einem konischen Teil, der sich auf einen Innendurchmesser verjüngt, der den kleinsten Durchmesser des Filamentbündels an der Austrittsstelle nur geringfügig überschreitet.

Der konische Teil dieser Ausführungsform der Erhitzungsvorrichtung beträgt 5 bis 50% der Länge der Erhitzungsvorrichtung, die absolute Länge dieser Vorrichtung liegt meist zwischen 20 und 200 mm, bevorzugt zwischen 40 und 100 mm.

Überraschenderweise führt auch diese nur zum Teil konische Erhitzungsvorrichtung zu Fäden der erwünschten Qualität. In einer ganz besonders gestalteten Ausführungsform dieser Erhitzungsvorrichtung ist der untere konische Teil auswechselbar gestaltet, so daß die Erhitzungsvorrichtung für Reinigungs- und Wartungsarbeiten einfacher zugänglich wird.

Die erfindungsgemäße Erhitzungsvorrichtung kann aus jedem dafür geeigneten Material bestehen; in der Regel wird es sich dabei um Metalle handeln, beispielsweise um Stahl, Aluminium, Messing oder andere hierfür geeignete Materialien.

Das Erhitzen der Spinnfilamente in der Erhitzungsvorrichtung kann auf jede dafür übliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Wärmeübertragung infolge von Konvektion des sich in der Vorrichtung befindlichen Gases und/oder durch Strahlung von den heißen Innenwänden der Vorrichtung. Die Erhitzungsvorrichtung kann z. B. auch durch Durchleiten eines Heizfluids oder durch Widerstandsheizung oder durch Induktionsheizung beheizt werden.

Durch das konisch gestaltete Ende der Erhitzungsvorrichtung können die Spinnfilamente beim Anfahren der Anlage leichter eingelegt werden, d. h. in einer bevorzugten Fahrweise werden die Fäden aus der Spinndüse zuerst ohne Abzugsvorrichtungen in die röhrenförmige Erhitzungsvorrichtung ersponnen und dann mittels einer Saugpistole vom unteren Ende dieser Vorrichtung abgezogen und auf die folgenden Fadentransportvorrichtungen aufgelegt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Spinnfilamenten, wie in den Ansprüchen 9 und 10 definiert.

Zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich alle synthetischen, linearen Polymeren, die sich aus der Schmelze zu Filamenten verspinnen lassen. Beispiele für solche Polymeren sind Polyamide, Polyolefine oder vorzugsweise Polyester.

Von den Polyestern eignen sich insbesondere Polyethylenterephthalat oder Copolyester enthaltend wiederkehrende Struktureinheiten des Ethylenterephthalats.

Die Abzugsgeschwindigkeit beim erfindungsgemäßen Verfahren beträgt mindestens 2000 m/min. Für die einzelnen Polymerklassen sind jeweils unterschiedliche bevorzugte Abzugsgeschwindigkeiten zu wählen. Dies ist dem Fachmann auf dem Gebiet des Schnellspinnens bekannt. Für Polyethylenterephthalat oder dessen Copolyester beträgt der bevorzugte Bereich etwa 3000 bis 5000 m/min.

Die im Einzelfall zu wählende Temperatur in der Erhitzungsvorrichtung hängt unter anderem von dem zu verspinnenden Polymertyp ab und kann vom Fachmann anhand von Routineversuchen ermittelt werden. Für Polyethylenterephthalat oder dessen Copolyester wählt man - je nach Abzugsgeschwindigkeiten - Wandtemperaturen der Erhitzungsvorrichtung von 150 bis 250°C, vorzugsweise 180 bis 210°C.

Die Erfindung wird durch Fig. 1 und Fig. 2 beispielhaft beschrieben.

Dort werden zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Erhitzungsvorrichtung im Längsschnitt dargestellt.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 3 dar. Die Erhitzungsvorrichtung (1) wird vom Spinnfilamentbündel (4) in der Bewegungsrichtung (F) durchlaufen. Das Spinnfilamentbündel (4) tritt auf der Eintrittsöffnung (3) in die Erhitzungsvorrichtung (1) ein und verläßt diese durch die Austrittsöffnung (7), die vorzugsweise eine Ausweitung (10) aufweist. Die kreisförmige Querschnittsfläche nimmt über die gesamte Länge (L) der Vorrichtung hin von der Eintrittsöffnung (3) bis zur Austrittsöffnung (7) kontinuierlich ab und bildet somit einen konischen Innenraum (6). Dabei ist (D₁) der Durchmesser der Eintrittsöffnung (3) und (D₂) ist der Durchmesser der Austrittsöffnung (7).

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform stellt die mit einem konisch zulaufenden unteren Ende versehene Erhitzungsvorrichtung (1) dar. Der obere Teil (2) ist röhrenförmig ausgestaltet und weist an seinem oberen Ende die Eintrittsöffnung (3) für das Spinnfilamentbündel (4) auf. Das untere konische Abschlußteil (5) weist einen Innenraum (6) mit sich in Filamentlaufrichtung (F) verjüngendem Querschnitt auf. An der unteren Seite des Abschlußteils (5) befindet sich die Austrittsöffnung (7) für das Spinnfilamentbündel (4).

Der Abschlußteil (5) kann drehbar gelagert sein und/oder kann vom oberen röhrenförmigen Teil (2) abgenommen werden. Der Abschlußteil (5) ist vorzugsweise abnehmbar. Zu diesem Zweck weist der Abschlußteil (5) Bohrungen (8) auf. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Innendurchmesser (D₁) der Erhitzungsvorrichtung auf der Eintrittsöffnung (3) etwa 6 cm, die Länge (L) des abgebildeten unteren konisch zulaufenden Teils in Filamentlaufrichtung etwa 4 bis 5 cm und der Innendurchmesser (D₂) der Austrittsöffnung (7) etwa 1 cm. Die Austrittsöffnung (7) kann zur Verbesserung der Abdichtung des im Inneren der Erhitzungsvorrichtung befindlichen Gases von dem daran sich anschließenden Gasraum in Filamentlaufrichtung etwas ausgeweitet (Ausweitung (10)) werden (wie in Fig. 2 dargestellt).

Claims (10)

1. Vorrichtung zum berührungslosen Beheizen eines Bündels aus Spinnfilamenten, das durch den Innenraum (6) besagter Vorrichtung geführt wird und dessen Querschnittsfläche in Laufrichtung der Spinnfilamente kontinuierlich abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (6) der Vorrichtung eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweist, die zumindest im unteren leil der Vorrichtung in Richtung zur Austrittsseite (7) des Spinnfilamentbündels hin kontinuierlich abnimmt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Innenraums (6) an der Austrittsseite (7) des Spinnfilamentbündels die Querschnittsfläche dieses Bündels an dieser Stelle nur geringfügig überschreitet.

3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Querschnittsfläche des Innenraums (6) über die gesamte Länge der Vorrichtung hin von der Eintrittsseite (3) bis zur Austrittsseite (7) des Spinnfilamentbündels kontinuierlich abnimmt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Innenraums (6) an der Eintrittsseite (3) des Spinnfilamentbündels die Querschnittsfläche dieses Bündels an dieser Stelle um höchstens 50%, insbesondere um höchstens bis zu 20%, übertrifft.

5. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Innenraums (6) weitgehend parallel zur Außenfläche des Spinnfilamentbündels verlaufen.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (6) im oberen Teil der Vorrichtung eine konstante kreisförmige Querschnittsfläche aufweist und zur Austrittsseite (7) des Spinnfilamentbündels hin eine kontinuierlich abnehmende Querschnittsfläche aufweist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Innenraums (6) mit konstanter Querschnittsfläche 50 bis 95% der Länge, bezogen auf die Gesamtlänge, der Vorrichtung ausmacht und daß die Länge des unteren sich verjüngenden Teil der Vorrichtung 20 bis 200 mm, vorzugsweise 40 bis 100 mm, beträgt.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere konische Teil auswechselbar gestaltet ist.

9. Verfahren zur Herstellung von Fäden und Fasern durch Schmelzspinnen von synthetischen fadenbildenden Polymeren umfassend

• a) das Auspressen des geschmolzenen zu verspinnenden Materials durch eine geformte Düsenaustrittsöffnung unter Bildung von geschmolzenen Spinnfilamenten,
• b) das Führen der geschmolzenen Spinnfilamente in Richtung ihrer Längsachse durch eine Erstarrungszone, in der die geschmolzenen Spinnfilamente in feste Spinnfilamente umgewandet werden,
• c) das Führen der festen Spinnfilamente in Richtung ihrer Längsachse durch eine Erhitzungszone unter einer solchen Geschwindigkeit und bei einer solchen Temperatur, so daß die Temperatur der Spinnfilamente in der Erhitzungszone so eingestellt wird, daß diese zumindest zeitweise zwischen der Erstarrungstemperatur und der Schmelztemperatur der Spinnfilamente liegt, und
• d) das Abziehen der erhaltenen Spinnfilamente aus der Erhitzungszone mit einer dafür geeigneten Vorrichtung und mit einer Abzugsgeschwindigkeit von mindestens 2000 m/min wobei die Geometrie der Spinnfilamente zwischen Spinndüse und Abzugsvorrichtung so gewählt wird, daß der Querschnitt des Spinnfilamentbündels von der Spinndüse zur Abzugsvorrichtung hin kontinuierlich abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnfilamente in der Erhitzungszone durch den Innenraum einer Erhitzungsvorrichtung geführt werden, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei dieser Querschnitt zumindest im unteren Teil in Richtung zur Austrittsseite des Spinnfilamentbündels hin kontinuierlich abnimmt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem synthetischen fadenbildenden Polymeren um Polyethylenterephthalat oder um Co-polyethylenterephthalat handelt und daß die Abzugsgeschwindigkeit etwa 3000 bis 5000 m/min beträgt.