DE4223198A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung synthetischer Endlosfilamente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spinnen und Abkühlen von synthetischen, multifilen, spinnorientierten Endlosfilamenten mittels einer Spinneinrichtung mit Düsenplatten enthaltenden Spinnköpfen und Abkühlschächten mit luftdurchlässiger Wandung, durch die aufgrund der Reibungsmitnahme der Luft durch die Filamente ein Luftstrom in das Innere der Abkühlschächte gesaugt wird.

Multifile Endlosfilamente aus synthetischen 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 Wärme leeseitig (US-A 4529368), sowie solche mit Radial­ anblasung, 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 übliche 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).

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. Die Geschwindigkeit des Kühlluftstromes ist hierbei von der Laufgeschwindig­ keit der Fäden abhängig. Entsprechend ist die Luftgeschwindigkeit in Spinnkopfnähe minimal und steigt danach schlagartig an. Um einen konstanten Kühlluftstrom zu erzeugen, schlägt die DE-A 1914556 daher vor, den an den Spinnkopf anschließenden Bereich über eine Länge von mindestens 300 mm ohne Perforationen zu gestalten, also den Zutritt von Außenluft in diesen Bereich auszuschließen. Die Folge davon ist, eine Verlängerung der insgesamt erforderlichen Kühlstrecke.

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 regelungstechnischen und apparativen Aufwand bei möglichst geringer Kühlstreckenlänge auskommt und für hohe Abzugsgeschwindigkeiten geeignet ist. Diese Aufgabe wird unter Zugrundelegung des eingangs geschilderten Verfahrens dadurch gelöst, daß der Luftstrom bei Abzugsgeschwindigkeiten von mindestens 2400 m/min unmittelbar an der Unterseite der Spinnköpfe in und ohne Unterbrechung weiter über die Länge der Abkühlschächte eingesaugt wird und die Filamente beim Austritt aus den Abkühlschächten in eine von der Einsaugungsumgebung abgetrennte Kammer eintreten, deren Luftdruck geregelt niedriger zu demjenigen der Einsaugungsumgebung eingestellt ist.

In Abkehr von den Lehren der vorstehend zitierten DE-A 1914556 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 und insbesondere 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 der geregelt niedrigere Druck der austrittseitigen Kammer eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft, insbeson­ dere auch im unmittelbar an den Spinnkopf anschließenden Bereich, und der Abkühlschacht eine Kanalisierung der Luft längs der Richtung der Filamente derart, daß sich die Luftströmung gleichmäßig um die Filamente schließt und somit auf diese eine durchgehend gleichmäßige Abkühlung bewirkt.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß eine wie vorstehend beschrieben erzeugte und sich insbesondere auch auf den Bereich unmittelbar an der Unterseite der Spinnköpfe erstreckende Kühlung im Sinne der Erfindung besonders bei hohen Abzugsgeschwindigkeiten zu Filamenten führt, die eine Filamentgleichmäßigkeit über die Länge sowie von Einzelfilament zu Einzelfilament aufweisen, die bei Anwendung der Vorrichtung der DE-A 1914556 in Verbindung mit Abzugsgeschwindigkeiten von über 2400 m/min nicht erzielbar ist.

Insbesondere ließen sich bei sonst gleichen Spinn- und Abkühl­ bedingungen, wie Titer und Abzugsgeschwindigkeit, höhere Strömungs­ geschwindigkeiten der mitgeführten Kühlluft erreichen und geregelt über die Höhe des Unterdruckes der anschließenden Kammer einstellen als sie bei üblichen Saugsystemen erreicht werden. Dadurch ergibt sich eine schnellere Abkühlung der Filamente bis unter die Erstarrungstemperatur und es eröffnet sich die Möglichkeit, in kürzerer Spinnlänge die Filamente zu bündeln.

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 erfordern, dieser Aufwand vollständig vermieden wird, so daß durch das erfindungs­ gemäße Verfahren, das in praktikabler und vorteilhafter Weise die Herstellung von Filamenten gestattet, eine besonders hohe Wirtschaft­ lichkeit ermöglicht wird. Separate und energieaufwendige Klimaanlagen zur Aufbereitung der Kühlluft, Zufuhrkanäle und Homogenisierungs­ einrichtungen zur Laminarisierung der turbulenten Luft können entfallen. Es ist lediglich eine Differenzdruckregelung für die sowieso grundsätz­ lich klimatisierten Bereiche der Lufteinsaugung und der Filament­ austrittskammer erforderlich.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann wegen der dabei entstehenden besonderen Gleichmäßigkeit des Luftstromes und der schnellen Abkühlung der Filamente der mittlere Abstand der Einzel­ filamente eines Filamentbündels bei Austritt aus dem Abkühlschacht unter 6 mm liegen. Vorteilhafterweise kann unmittelbar am unteren Ende des Abkühlschachtes ein Bündelungsfadenführer eingesetzt werden, der die Filamente zu einem Faden zusammenfaßt. Dadurch werden kurze Spinnlängen ermöglicht, die bei Anwendung hoher Abzugsgeschwindigkeiten geringe Fadenspannungen und eine vorteilhafte Gestaltung der Spinnapparatur erlauben.

Das vorliegende Verfahren eignet sich bevorzugt zur Herstellung von Einzelfilamenttitern von 0,3 bis 3,0 dtex bei Abzugsgeschwindigkeiten von 2400 bis 8000 m/min, vorzugsweise 2400 bis 5500 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 ganze Länge mit Durchbrüchen für den Luftzutritt versehen ist und der Filamentaustrittsquerschnitt mit einer von der Einsaugungsumgebung abgetrennten Kammer verbunden ist, deren Luftdruck geregelt niedriger zu demjenigen der Einsaugungsumgebung eingestellt ist. Die luftdurch­ lässige Wandung kann mit Hilfe eines Siebgewebes oder mit kleinen Löchern und Schlitzen perforiert ausgeführt sein. 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 bevorzugt um 10 bis 60 mm größer ist als derjenige des Lochfeldes der Düsenplatte.

Die gesamte Spinnapparatur, vom Spinnkopf bis zur Aufwickelvorrichtung wird wie üblich in einem klimatisierten Raum mit Schleuse aufgestellt. Diese Maßnahme ist notwendig, um eine übermäßige Aufheizung des Raumes durch während des Spinnens bei Temperaturen von größenordnungsmäßig 300°C abstrahlende Wärme und um Luftturbulenzen beim Öffnen der Tür zu vermeiden.

Wegen ihrer Gesamthöhe von mehreren Metern erstreckt sich die Spinnapparatur normalerweise über zwei Stockwerke. Erfindungsgemäß werden Spinnkopf und Abkühlschacht im oberen Stockwerk und der daran anschließende Bereich, der im wesentlichen Bündelungsfadenführer, Fadenöler, Aufwickelvorrichtung und gegebenenfalls Galettensysteme umfaßt, im unteren Stockwerk angeordnet, wobei die Decke zwischen den beiden Stockwerken bis an die Abkühlschächte herangeführt wird. Beide Stockwerke sind klimatisiert; es wird also ständig gekühlte Luft in die Räume eingeblasen und erwärmte Luft wieder abgeführt.

Anstelle der Anordnung über zwei Etagen mit bis an die Abkühlschächte herangeführter Zwischendecke ist es auch möglich, den an die Abkühl­ schächte nach unten anschließenden Bereich in einer klimatisierten Kammer unterzubringen. Hierbei handelt es sich um einen bloßen Kasten, der lediglich groß genug sein muß, um eine direkte Einwirkung der Luftströmung der Klimaanlage auf die Fäden auszuschließen.

Eine einfache Differenzdruckregelung für diese beiden Kammern beziehungsweise Etagen sorgt dafür, daß der Luftdruck im unteren Raum niedriger ist als der Luftdruck im oberen Raum, der der Einsaugungs­ umgebung der Abkühlschächte entspricht. Die Druckdifferenz zwischen beiden Räumen beträgt bevorzugt 0,2 bis 2,0 mm WS, wobei zweckmäßiger­ weise die Druckdifferenz um so höher eingestellt wird je niedriger die Abzugsgeschwindigkeit der Filamente ist.

Fig. 1 zeigt schematisch, als Beispiel, einen direkt an der Spinnkopf- Unterseite (1) angeordneten Abkühlschacht, der die aus dem Spinnkopf austretenden Filamente (2) konzentrisch umgibt und im wesentlichen aus einem Metallzylinder (3) besteht.

Der Metallzylinder (3) weist über die gesamte Wandung 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 luftdurchlässigen 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 entsprechend der des Spinnraumes.

Die anschließende Kammer (6) ist von der Einsaugungsumgebung (5) abge­ trennt aber mit dem Abkühlschacht über dessen Austrittsöffnung (4) ver­ bunden. Eine Differenzdruckregelung (7) erlaubt es, einen Unterdruck in dieser Kammer (6) in bezug auf die Einsaugungsumgebung (5) einzustellen.

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 Abzugs- und Aufwickeleinrichtung zugeführt wird.

Claims (2)

1. Verfahren zum Spinnen und Abkühlen von synthetischen, multifilen, spinnorientierten Endlosfilamenten mittels einer Spinneinrichtung mit Düsenplatten enthaltenden Spinnköpfen und Abkühlschächten mit luftdurchlässiger Wandung, durch die aufgrund der Reibungsmitnahme der Luft durch die Filamente ein Luftstrom in das Innere der Abkühlschächte gesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom bei Abzugsgeschwindigkeiten der Filamente von mindestens 2400 m/min unmittelbar an der Unterseite der Spinnköpfe und ohne Unterbrechung weiter über die Länge der Abkühlschächte eingesaugt wird und die Filamente beim Austritt aus den Abkühlschächten in eine von der Einsaugungsumgebung abgetrennte Kammer eintreten, deren Luftdruck geregelt niedriger zu demjenigen der Einsaugungs­ umgebung eingestellt ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Abkühlschächte über ihre ganze Länge mit Durchbrüchen für den Luftzutritt versehen ist und der Filamentaustrittsquerschnitt der Abkühlschächte mit einer von der Einsaugungsumgebung abgetrennten Kammer verbunden ist, deren Luftdruck geregelt niedriger zu demjenigen der Einsaugungsumgebung eingestellt ist.