DE4220915A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung synthetischer Endlosfilamente - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung synthetischer EndlosfilamenteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spinnen
und Abkühlen von synthetischen, multifilen, spinnorientierten Endlos
filamenten mittels einer Spinneinrichtung mit Düsenplatten enthaltenden
Spinnköpfen und Abkühlschächten mit luftdurchlässiger Wandung, durch
die ausschließlich aufgrund einer Reibungsmitnahme der Luft durch die
Filamente ein Luftstrom in das Innere der Abkühlschächte gesaugt wird.
Multifile Endlosfilamente aus synthetischem Polymer werden aus der
Spinntemperatur aufweisenden Schmelze mittels einer Spinneinrichtung
hergestellt. Die Schmelze wird durch Bohrungen einer Düsenplatte gepreßt,
die ausgepreßten Schmelzeströme anschließend abgekühlt und zu einem
Filamentbündel zusammengefaßt, das mit einer Spinnpräparation versehen
und mit einer Fadenabzugseinrichtung abgezogen und schließlich aufgespult
wird.
Dem Abkühlen kommt eine besondere Bedeutung zu. Die Gleichmäßigkeit des
Abkühlens beeinflußt direkt die physikalischen Kenndaten der Filamente,
wie Gleichmäßigkeit der Filamentstärke (Uster) oder der Anfärbung.
Störungen werden durch nicht laminare oder turbulente Strömung der
Kühlluft verursacht. Bevor die mit hoher Spinntemperatur ausgepreßten
Schmelzeströme nicht unter den Erstarrungspunkt abgekühlt sind, dürfen
sie nicht zusammenstoßen oder mit Fadenführern berührt werden, da sie
sonst verkleben.
Systeme mit Kühlluftaufbereitung in einer Klimaanlage, Zuführung über
Luftkanäle zu Abkühlschächten und Einblasen mittels des von Ventilatoren
erzeugten Vordrucks in den Bereich der Schmelzeströme unterhalb der
Düsenplatten haben sich bewährt. Aufwendige Luftverteilungs-, Regelungs- und
Homogenisierungseinrichtungen müssen jedoch angewendet werden, um die
turbulente Kühlluft gerichtet und laminarisiert zuzuführen.
Ausführungsbeispiele sind solche mit Queranblasung (cross flow), d. h.
im wesentlichen rechtwinklige Durchblasung der Filamente und direkte
Abfuhr der Schmelzwärme leeseitig (US-A 4529368), sowie solche mit
Radialanblasung, d. h. Luftrichtung von außen in das Filamentbündel
gerichtet und Wärmeabfuhr im wesentlichen in Filamentlaufrichtung
(US-A 4712988 und DE-A 34 06 347).
Eine andere Methode der Erzeugung eines Kühlluftstroms besteht darin,
die Filamente durch Unterdrucksysteme zu leiten, in denen aufgrund
des Unterdrucks der Kühlluftstrom erzeugt wird (US-A 4496505 und
WO 90-02222A).
Das Anblasen von Schmelzeströmen entweder durch Überdruck oder Unter
druck ist jedenfalls die heute übliche Technik der notwendigen Kühlung
der Schmelzeströme, um diese anschließend zu einem Filamentbündel
zusammenzufassen und weiterverarbeiten zu können.
Es ist weiterhin aus der DE-A 19 14 556 eine Vorrichtung zum Spinnen und
Abkühlen von synthetischen Endlosfilamenten bekannt geworden, bei der
der erforderliche Kühlluftstrom innerhalb eines mit einer Vielzahl von
Perforationen versehenen Schachtes, durch den ein aus einer Düsenplatte
ausgepreßtes Bündel von Schmelzeströmen geführt wird, erzeugt wird.
Der Schacht besteht dabei ausdrücklich in seinem an den Spinnkopf
anschließenden Bereich über eine Länge von 300 bis 500 mm aus einem
Luftabsperrschacht ohne Perforationen und in dem daran anschließenden
Bereich über die gesamte restliche Länge aus einem strömungsgesteuerten
Schacht mit Ventilationsöffnungen. Die in Fig. 5 gezeigte kurze, nicht
perforierte Zone am unteren Ende des Schachtes wird in der Beschreibung
nirgends erwähnt und dürfte ausschließlich der mechanischen Stabilität
des Kühlschachtes dienen. Durch den an den Spinnkopf anschließenden
Luftabsperrschacht wird ein Zutritt von Außenluft in den dahinterliegen
den Bereich des Schachtes ausdrücklich ausgeschlossen. Die Schmelzeströme
sollen also unmittelbar nach dem Verlassen des Spinnkopfes zunächst
keiner Kühlung unterworfen werden. Die Folge davon ist eine entsprechende
Verlängerung der erforderlichen Kühlstrecke, zum Beispiel auf etwa
2000 mm.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Spinnen und Abkühlen von synthetischen Endlosfilamenten
zu schaffen, das bzw. die mit geringem Energieverbrauch und einem
minimalen apparativen und regelungstechnischen Aufwand auskommt und
insbesondere für hohe Abzugsgeschwindigkeiten geeignet ist. Diese Aufgabe
wird unter Zugrundelegung des eingangs geschilderten Verfahrens dadurch
gelöst, daß der Luftstrom bei Abzugsgeschwindigkeiten der Filamente von
mindestens 2400 m/min unmittelbar an der Unterseite der Spinnköpfe in die
Abkühlschächte eingesaugt wird, deren Wandungen in Längsrichtung in zwei
unterschiedlich ausgeführte Zonen unterteilt sind. Dabei ist die Wandung
der ersten, an den Spinnkopf anschließenden Zone luftdurchlässig und die
der zweiten Zone geschlossen.
In Abkehr von den Lehren der vorstehend zitierten DE-A 19 14 556 wird also
von der Außenluft her den Schmelzeströmen unmittelbar an der Unterseite
der Spinnköpfe Kühlluft zugeführt, und zwar eingesaugt durch die Reibung
zwischen der Luft und den durch den betreffenden Abkühlschacht geführten
Filamenten, was in gewisser Weise mit einer Injektorwirkung zu verglei
chen ist. Dieser Mitnahmeeffekt erstreckt sich auf die gesamte Länge des
Abkühlschachtes, auch auf den Bereich unmittelbar an der Unterseite der
Spinnköpfe, so daß die zu kühlenden Schmelzeströme sofort nach Verlassen
des Spinnkopfes einer Kühlung unterworfen werden. Dabei bewirkt die
Unterteilung des Abkühlschachtes in zwei Zonen eine Kanalisierung der
strömenden Luft längs der Richtung der Filamente derart, daß über die
Länge der ersten Zone Luft durch die Wandung eingesaugt und dem gerich
teten Strom zugeführt wird, während über die Länge der zweiten Zone ein
konvektiver Wärme- und Strömungsaustausch durch die Wandung unterbunden
ist.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß eine durch die vorstehend
beschriebene Injektorwirkung erzeugte Kühlung im Sinne der Erfindung
besonders bei hohen Abzugsgeschwindigkeiten zu Filamenten führt, die
zum einen wegen der hohen Abzugsgeschwindigkeit eine Spinnorientierung
aufweisen, die bei der Anwendung der Vorrichtung gemäß der DE-A 19 14 556
wegen der in dieser Druckschrift bevorzugt angegebenen Abzugsgeschwindig
keit von 1000 m/min nicht entstehen kann, und zum anderen eine
Filamentgleichmäßigkeit besitzen, die bei Anwendung der Vorrichtung
der DE-A 19 14 556 in Verbindung mit Abzugsgeschwindigkeiten von über
2400 m/min nicht erzielbar ist. Die gemäß der Erfindung sich ergebende
gleichmäßige Kühlung vom Bereich unmittelbar unterhalb der Spinnköpfe ab,
führt dazu, daß die so erzeugten Einzelfilamente eine hohe Gleichmäßig
keit über die Länge und von Einzelfilament zu Einzelfilament aufweisen.
Insbesondere bei Anwendung von Abzugsgeschwindigkeiten über 4500 m/min
war der Spinnablauf weniger gestört, d. h. es traten weniger Abrisse von
Einzelfilamenten auf, die durch eine Störung des Verzugs der Filamente
bedingt waren. Der Ausschluß von konvektivem Wärme- und Strömungs
austausch durch die Wandung der zweiten Zone puffert äußere Störungen,
richtet die Strömung in Filamentrichtung aus und verzögert die
abschließende Abkühlung. In diesem Bereich sind die Filamente bereits
hoch verzogen, d. h. haben bereits eine Geschwindigkeit nahe der
Abzugsgeschwindigkeit. Das Zusammenwirken von diesen Bedingungen
ergibt offenbar Verhältnisse, die sonst nur durch aktive Wärmezufuhr
von außen, z. B. mit Hilfe eines beheizten Spinnschachtes, wie er in
der DE-A 21 17 659 beschrieben wurde, erreicht werden.
Darüber hinaus ergibt sich der wesentliche Vorteil für die Praxis, daß
gegenüber den herkömmlichen Kühlsystemen mit Anblasen durch Überdruck
oder Unterdruck, die einen erheblichen technischen Aufwand, insbesondere
Ventilatoren erfordern, dieser Aufwand vollständig vermieden wird, so daß
durch das erfindungsgemäße Verfahren, das in praktikabler und vorteil
hafter Weise die Herstellung von Filamenten gestattet, eine besonders
hohe Wirtschaftlichkeit ermöglicht wird. Separate und energieaufwendige
Klimaanlagen zur Aufbereitung der Kühlluft, Zufuhrkanäle und Homogeni
sierungseinrichtungen zur Laminarisierung der turbulenten Luft sowie
Heizeinrichtungen zur Fadennachbehandlung können entfallen.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann wegen der dabei
entstehenden besonderen Gleichmäßigkeit des Luftstromes sowie der
schnellen Abkühlung der Filamente der mittlere Abstand der Einzel
filamente eines Filamentbündels bei Austritt aus dem Abkühlschacht
unter 6 mm liegen. Vorteilhafterweise kann ein Bündelungsfadenführer
eingesetzt werden, der die Filamente zu einem Faden zusammenfaßt. Der
Bündelungsfadenführer kann unmittelbar am Austritt des Abkühlschachtes
plaziert werden. Dies ermöglicht kurze Spinnlängen, die bei Anwendung
hoher Abzugsgeschwindigkeiten geringe Fadenspannungen und eine vorteil
hafte Gestaltung der Spinnapparatur erlauben.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich bevorzugt zur Herstellung von
Einzelfilamenttitern von 0,3 bis 3,0 dtex bei Abzugsgeschwindigkeiten von
2400 bis 8000 m/min.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist so
gestaltet, daß die Abkühlschächte direkt an der Unterseite der Spinnköpfe
angeschlossen sind, die Wandung der Abkühlschächte über die Länge der
ersten Zone mit Durchbrüchen für den Luftzutritt versehen ist und über
die Länge der zweiten Zone geschlossen ausgeführt ist.
Die luftdurchlässige Wandung kann mit Hilfe eines Siebgewebes oder mit
kleinen Löchern und Schlitzen perforiert ausgeführt sein.
Die Länge des Abkühlschachtes beträgt mindestens 200 mm und normalerweise
maximal 1500 mm. Die zweite Zone ist nicht wesentlich kürzer als die
erste; vorteilhafterweise ist sie gleich oder doppelt so lang wie die
erste Zone. Anders ausgedrückt, die Länge der zweiten Zone beträgt etwa
80 bis 200% der Länge der ersten Zone.
Vorteilhaft wird die Vorrichtung so gestaltet, daß der Abkühlschacht mit
zwei aufeinandersitzenden und zueinander in Längsrichtung verschiebbaren
Wandungen ausgeführt ist, wobei die eine Wandung perforiert ist und die
erste Zone bildet, wogegen die Wandung der zweiten Zone geschlossen ist.
Durch einfaches Ineinanderschieben kann somit das Längenverhältnis der
beiden Zonen und die Gesamtlänge einfach eingestellt werden. Die Form
des Abkühlschachtes orientiert sich zweckmäßigerweise an der Form der
Düsenplatten, die rund, oval oder rechteckig sein können. Entsprechend
weist der Abkühlschacht einen kreisförmigen, ovalen oder rechteckigen
Querschnitt auf, der vorzugsweise um 10 bis 60 mm größer ist als
derjenige des Lochfeldes der Düsenplatte. Bei kreisförmigen Düsenplatten
sind der Abkühlschacht bzw. dessen Wandungen zylindrisch ausgeführt und
umgeben das Filamentbündel konzentrisch.
Fig. 1 zeigt schematisch, als Beispiel, einen direkt an der Spinnkopf-
Unterseite (1) angeordneten Abkühlschacht, der die aus dem Spinnkopf
austretenden Filamente (5) konzentrisch umgibt und im wesentlichen aus
einem Metallzylinder (3) besteht.
Der Metallzylinder (3) weist über die Wandung der ersten Zone (2)
gleichmäßig verteilte Öffnungen auf, wobei die Luftdurchlässigkeit in
weiten Bereichen wählbar ist. Allerdings sollte der Luftwiderstand nicht
zu groß werden, um den Sogeffekt nicht zu beeinträchtigen. Auch zu große
Öffnungen sollten vermieden werden, um Luftbewegungen in der Umgebung zu
puffern. Bewährt hat sich ein Anteil an freien Öffnungen (Löcher) von
maximal 50% der Gesamtfläche.
Da jedes Fadenbündel separat von der Wandung (3) des Abkühlschachtes
umgeben ist, ist die durch die Sogwirkung der Filamente angesaugte
Kühlluft (Pfeile) im wesentlichen radial von außen nach innen gerichtet.
Sie wird der Umgebung entnommen und hat daher eine Temperatur entspre
chend der des Spinnraumes.
Die Wandung der zweiten Zone (4) ist geschlossen, so daß Luft nur von
der Filamenteintritts- zur Austrittsseite die Zone durchströmen kann.
Unterhalb des Abkühlschachtes befindet sich eine hier nicht gezeigte
Fadenölereinrichtung oder ein anderer Fadenführer zum Bündeln der
abgekühlten Filamente zu einem Faden, der danach einer Abzugseinrichtung
zugeführt wird.
Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Abkühlschacht ist ähnlich
aufgebaut wie der der Fig. 1. Ein mit festem Abstand konzentrisch zum
ersten (3) angeordneter zweiter Metallochzylinder (6) im Bereich der
luftdurchlässigen Wandung der ersten Zone ermöglicht es, eventuelle
Luftbewegungen im Spinnraum, z. B. beim Öffnen und Schließen von Türen,
zusätzlich zu puffern. Ein Wandungsabstand der beiden Metallochzylinder
von maximal 20 mm ist zu empfehlen.
PET-Schnitzel einer Viskosität I. V. = 0,63 dl/g wurden aufgeschmolzen
und die Schmelze wurde bei einer Temperatur von 294°C durch die
Bohrungen einer Düsenplatte gepreßt. Die Düsenplatte hatte einen
Durchmesser von 80 mm; der Lochfelddurchmesser betrug 70 mm, der
Bohrungsdurchmesser = 0,25 mm, L = 2 D. Die Anzahl der Bohrungen in
der Düsenplatte betrug 34.
Die Fördermenge betrug 39,5 g/min, so daß ein Nominaltiter von dtex 76f34
entsprechend einem Spinntiter pro Filament von 2,24 dtex resultierte.
An den Spinnkopf direkt anschließend befand sich der Abkühlschacht in
Form eines Metallzylinders von 100 mm Durchmesser. Die Länge der ersten
Zone betrug 500 mm und war perforiert. Der Lochdurchmesser betrug 5 mm.
Die Löcher (2730 Löcher) waren gleichmäßig über die Wandung verteilt.
Deren freie Fläche betrug 34%. Die Länge der zweiten Zone betrug 500 mm
und war mit geschlossener Wandung ausgeführt.
Der Abkühlschacht ist von Raumluft mit einer Temperatur von 29°C
umgeben. Die Filamente werden in einem Fadenöler gebündelt und mit
Präparation versehen, der einen Abstand von 100 mm zum Kühlzylinder
aufwies.
Danach wurde das Filamentbündel direkt von einem Wickelaggregat, das
mittels einer mit einer Voreilung von 6% betriebenen Nutwalze zur
Spannungskompensation ausgerüstet war, mit einer Geschwindigkeit von 5200 m/min
abgezogen und aufgespult.
Die Fadenkenndaten und Gleichmäßigkeitswerte waren wie folgt:
Titer (dtex) 76,1
Reißlast (cN) 256,6
CV-Reißlast (%) 1,8
Reißfestigkeit (cN/tex) 33,7
Reißdehnung (%) 62,8
CV-Reißdehnung (%) 3,0
Uster-half inert (%) 0,32
Einzelfilament- CV-Titer (%) 3,1.
Titer (dtex) 76,1
Reißlast (cN) 256,6
CV-Reißlast (%) 1,8
Reißfestigkeit (cN/tex) 33,7
Reißdehnung (%) 62,8
CV-Reißdehnung (%) 3,0
Uster-half inert (%) 0,32
Einzelfilament- CV-Titer (%) 3,1.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung spinnorientierter Filamente bei Abzugs
geschwindigkeiten von mehr als 2400 m/min, wobei die aus den Düsen
der Spinnköpfe extrudierten Filamente in Abkühlschächten allein
durch die von der Sogwirkung der Filamente mitgerissene Umgebungs
luft abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente
direkt unterhalb des Spinnkopfes in den Abkühlschacht eintreten
und zuerst eine Zone durchlaufen, in der sie von durch die luft
durchlässige Wandung dieser Zone zuströmender Umgebungsluft
abgekühlt werden, und anschließend eine zweite Zone durchlaufen,
in der sie mit der an der Filamenteintrittsseite mitgeführten Luft,
ohne Austausch der Luft über die Wandung dieser Zone, behandelt
werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Filamente nach Austritt aus der zweiten Zone des Abkühlschachtes
gebündelt, mit Präparation versehen, abgezogen und aufgespult
werden.
3. Vorrichtung zur Herstellung spinnorientierter Filamente bei Abzugs
geschwindigkeiten von mehr als 2400 m/min, wobei die aus den Düsen
der Spinnköpfe extrudierten Filamente in Abkühlschächten allein
durch die von der Sogwirkung der Filamente mitgerissene Umgebungs
luft abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß direkt unterhalb
der Spinnköpfe je ein Abkühlschacht angeordnet ist, der aus zwei
Zonen besteht, wobei die von den Filamenten zuerst durchlaufene
Zone mit einer luftdurchlässigen Wandung ausgerüstet ist, und die
anschließende zweite Zone eine geschlossene periphere Wandung bei
freier Filamenteintritts- und Austrittsseite aufweist.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Zone des Abkühlschachtes nicht wesentlich kürzer bis doppelt
so lang wie die erste Zone ist.
Priority Applications (2)
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US08/073,170 US5340517A (en) | 1992-06-25 | 1993-06-07 | Process for producing synthetic filaments |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4220915A1 true DE4220915A1 (de) | 1994-01-05 |
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- 1992-06-25 DE DE4220915A patent/DE4220915A1/de not_active Ceased
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1993
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