DE4336097A1 - Kontinuierliches Verfahren zum Schmelzspinnen von monofilen Fäden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochgeschwindigkeitsproduktionsverfahren zur Herstellung von monofilen Fäden mit einem Durchmesser von 60 µm bis 500 µm in kontinuierlicher Verfahrensweise aus fadenbildenden Polymeren durch Schmelzspinnen des Polymeren, gegebenenfalls Anblasen der gebildeten Polymerfäden unterhalb des Schmelzspinnkopfes mit einem Kühlmedium, Abkühlen der Fäden in einem Flüssigkeitsbad mit einer Temperatur von -10°C bis 150°C, Entfernen des Schleppwassers und Nachbehandeln der Fäden durch Prä­ parieren, Verstrecken und Fixieren mit einer Auslaufgeschwindigkeit der Fäden nach dem Fixierschritt von größer 600 bis 4000 m/min.

Verfahren zur Herstellung und Weiterbehandlung von Monofilamenten sind grund­ sätzlich bekannt. In dem Handbuch der Kunststoff-Extrusionstechnik II, Carl Hanser Verlag München, Wien, 1986, Seite 295 bis Seite 319 sind die bekannten Verfahrensschritte im einzelnen beschrieben. Danach können thermoplastische Monofile (mit einem Durchmesser größer als 60 µm) durch Abspinnen, z. B. in Wasser, mit einer Auslaufgeschwindigkeit von maximal 600 m/min produziert werden.

Monofile mit wesentlich kleinerem Querschnitt und multifile Fäden werden mit einer deutlich höheren Auslaufgeschwindigkeit nach anderen Verfahren direkt in Luft gesponnen. So beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 41 29 521 A1 eine Vorrichtung zum Schnellspinnen von multifilen Fäden bei Aufwickelge­ schwindigkeiten von mindestens 2000 m/min., insbesondere von mindestens 5000 m/min.

Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren werden hierbei multifile Fäden in Luft abgesponnen und direkt aufgewickeit. Besonderheit dieses Patentes ist die Kühleinrichtung. Sie besteht aus einem porösen, in Spinnrichtung offenen Rohr, welches konzentrisch zur Spinnlinie angeordnet ist. Bei den hohen Aufwickelge­ schwindigkeiten wird auf eine aktive Zufuhr eines Kühlmediums verzichtet. Das dort beschriebene Verfahren bezieht sich auf Filamentgarne mit Einzeltiter der Filamente von 0,1 bis 6 dtex und ist nicht auf Monofile mit einem Durchmesser von größer 50 µm (ca. 20 dtex) anwendbar.

Aus der internationalen Anmeldung WO 91/11547 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schnellspinnen von Monofilamenten mit einem Einzeltiter von
bis 30 dtex (entsprechend ca. 10 bis 55 µm) bekannt. Hierbei werden die schmelz­ gesponnenen Monofile mit Blasluft gekühlt, über ein Reibelement abgezogen, mit einer Präparation versehen und mit einer Geschwindigkeit bis zu 6000 m/min aufgespult. Dieses Verfahren unterscheidet sich nur bezüglich der aktiven Kühlung der Monofile durch Blasluft und dem Reibelement, über das die Fadenspannung beeinflußt wird, von dem Verfahren gemäß DE 41 29 521 A1.

Prinzipiell sind beide Direktspinnstreckverfahren (DE 41 29 521 A1 und WO 91/11547) durch die ungünstige Wärmeabfuhr auf Grund der Luftkühlung und der schlechten inneren Wärmeleitung im Draht auf dünne Monofildurchmesser (⌀ < 55 µm) begrenzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kontinuierliches Verfahren zum Schmelzspinnen von monofilen Fäden mit einem Durchmesser von 60 bis 500 µm aus fadenbildenden Polymeren, insbesondere Polyamid, bereitzustellen, bei dem in ein Kühlbad gesponnen wird und das trotz der hohen Auslaufgeschwindigkeit von 600 bis 4000 m/min, besonders bei Durchfahren des Kühlbades, noch beherrschbar ist, sowie eine den bisher bekannten Produktionsverfahren (bei 200 bis 400 m/min Auslaufgeschwindigkeit; siehe Handbuch der Kunststoffextrusionstechnik II, Hanser-Verlag (1989) Patente, Knapp, Hensen Kap. 10) mindestens vergleichbare Fadenqualität liefert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das fadenbildende Poly­ mer an Luft schmelzgesponnen; die gesponnenen Fäden in einem Flüssigkeitsbad mit einer Temperatur von -10 bis 150°C abgekühlt und umgelenkt werden, wobei die durch die Schleppströmung der Fäden verursachte Fluidströmung gegebe­ nenfalls beruhigt wird, die Fäden durch Abstreifen und/oder Abschleudern von Schleppwasser befreit und anschließend durch gegebenenfalls Präparieren, Ver­ strecken und Fixieren nachbehandelt werden. Anschließend werden die Fäden auf­ gewickelt, wobei die Fadenauslaufgeschwindigkeit mindestens 600 bis 4000 m/min beträgt.

Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Monofilen mit einem Durchmesser von 60 µm bis 500 µm, bevorzugt von 100 bis 300 µm, durch Schmelzspinnen des Polymeren, gegebenenfalls Anblasen der gebildeten Polymerfäden unterhalb des Schmelzspinnkopfes mit einem Kühlmedium, Abkühlen der Fäden in einem Flüssigkeitsbad mit einer Temperatur der Kühlflüssigkeit von -10°C bis 150°C, Umlenken der Fäden im Flüssigkeitsbad an einem Fadenführer, gegebenenfalls Beruhigung der durch die Schleppströmung der Fäden verursachten Fluidströmung im Flüssigkeitsbad, Abstreifen und Abschleudern des Schleppfluids am Ausgang des Flüssigkeitsbades, Absaugen des restlichen Schleppfluids, gegebenenfalls Aufbringen einer Präparation, Verstrecken in einer oder mehreren Stufen in Heißluft, Heißwasser oder Dampf oder einer Kombination dieser Medien, Fixieren der verstreckten Fäden in Heißluft und/oder Dampf und abschließendem Aufwickeln der Fäden, wobei die Auslaufge­ schwindigkeit der Fäden nach dem Fixierschritt von 600 bis 4000 m/min, bevorzugt 1000 bis 3500 m/min, beträgt.

Aus einem im Prinzip bekannten Spinnkopf wird die Polymerschmelze in Luft abgesponnen. Grundsätzlich geeignet sind hierzu alle fadenbildenden Polymere, die sich in der Schmelze verarbeiten lassen, besonders Polyamid, Polyester, Polyethylen, Polyphenylensulfid, Polypropylen und Polyacrylnitril. Insbesondere geeignet sind hierunter Polyamide, wie Polyamid-6, Polyamid-66, Polyamid-12, Polyamid-6/T, und Copolyamide, wie Polyamid-66/6, Polyamid- 12/6, Polyamid-11/6 und Polyamid-6/10, sowie Mischungen aus diesen. Besonders bevorzugt ist Polyamid-6 mit einer Lösungsviskosität η_rel von 2,8 bis 4,4 als 1%ige Lösung, ge­ messen in m-Kresol bei 25°C.

Bevorzugt werden die gebildeten Polymerfäden unterhalb des Spinnkopfes seitlich über eine Strecke von 1 bis 10 cm mit temperierter Luft von 0 bis 50°C, bevorzugt 10 bis 25°C, aus Blasdüsen angeblasen, um die Laufruhe der Fäden zu stabilisieren. Anschließend werden die Polymerfäden in einem Flüssigkeitsbad mit einer Flüssigkeitstemperatur von -10°C bis 150°C, bevorzugt von 10 bis 40°C, abgekühlt. Die Fäden werden noch im Flüssigkeitsbad an einer Fadenführung aus der Senkrechten in Richtung des Beckenrandes des Flüssigkeitsbades umgelenkt. Bevorzugt wird die Bildung von Flüssigkeitsströmungen im Flüssigkeitsbad durch den Einbau von Strömungsbrechern vermieden.

Geeignete Kühlflüssigkeiten für das Flüssigkeitsbad sind alle gegenüber dem Poly­ meren der Fäden inerten Flüssigkeiten, wie z. B. Wasser, Öle (z. B. Silikonöl), Koh­ lenwasserstoffe, Chlorkohlenwasserstoffe etc. Bevorzugte Kühlflüssigkeit für das Flüssigkeitsbad ist Wasser.

Das bei der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit aus dem Kühlbad mitgerissene Schleppfluid wird bevorzugt von den Fäden mit Abstreifen abgestriffen und am Ausgang des Flüssigkeitsbades an Zugrollen abgeschleudert. Restliches Schlepp­ fluid wird von den Fäden an einer Absaugeinheit abgesaugt und die Fäden an­ schließend den weiteren Nachbehandlungsschritten zugeführt. Die zunächst folgen­ de mögliche Präparation der Fäden erfolgt in an sich bekannter Weise durch Auf­ bringen eines gegebenenfalls wäßrigen Präparationsmittels an der Präparations­ stelle. Geeignete Präparationen hierfür sind alle Gleitmitteldispersionen auf der Basis von z. B. natürlichen und synthetischen Fetten und Esterölen, Mineralölen, Silikonölen, Paraffinwachsen, Polyethylen- bzw. Polypropylenwachsen, Konden­ saten aus Fettsäuren mit Polyalkylenpolyaminen und deren Derivaten, Additions­ produkte von Alkylenoxiden an Fettalkohole, Fettamine oder Fettsäuren u.ä., Organophosphorsäureestern, nichtionischen und anionischen Tensiden etc.

Der Präparationsschritt kann gegebenenfalls auch nach dem Verstrecken oder Fixieren erfolgen.

Die gegebenenfalls präparierten Fäden werden anschließend in einer oder mehreren Stufen, bevorzugt in einer bis vier Stufen, in Heißluft mit einer Temperatur von 150 bis 350°C, Heißwasser mit einer Temperatur von 85 bis 98°C oder Dampf mit einer Temperatur von 100 bis 150°C oder einer beliebigen Kombination dieser Medien um 200 bis 700% verstreckt, wobei der maximale Verstreckgrad sich nach der für das jeweilige Polymer typischen Verstreckbarkeit richtet.

Die verstreckten Fäden werden anschließend in Heißluft mit einer Temperatur von 150 bis 350°C und /oder Dampf mit einer Temperatur von 100 bis 150°C fixiert und dann mit einer Geschwindigkeit von 600 bis 4000 m/min, bevorzugt von 1000 bis 3500 m/min, aufgewickelt. Bevorzugt wird an jeder Spulstelle zusätzlich noch eine besondere Nachpräparation (Avivage) aufgebracht. Als Avivage eignen sich alle Gleitmitteldispersionen auf der Basis von z. B. natürlichen und syn­ thetischen Fetten und Esterölen, Mineralölen, Silikonölen, Paraffinwachsen, Poly­ ethylen- bzw. Polypropylenwachsen, Kondensaten aus Fettsäuren mit Polyalky­ lenpolyaminen und deren Derivate, Additionsprodukte von Alkylenoxiden an Fett­ alkohole, Fettamine oder Fettsäuren u ä., Organophosphorsäureestern, nichtioni­ schen und anionischen Tensiden etc.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der nachstehenden Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen noch einmal erläutert.

Es zeigen hierbei

Fig. 1 eine schematische Abbildung des Gesamtverfahrens,

Fig. 2 das erfindungsgemäße Flüssigkeitsbad mit Fadenführung und Strömungsbre­ chern,

Fig. 3 die erfindungsgemäße Fadenführung,

Fig. 4 bevorzugte erfindungsgemäße Strömungsbrecher.

Die durch übliche Pumpen (Zahnradpumpen) geförderte Polymerschmelze tritt an der Ringspinndüse 1 aus und wird aus Blasdüsen 2 mit 0 bis 50°C warmer Luft angeblasen, die zwischen Spinndüse 1 und Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) durch strömt. Die Fäden 17 tauchen in das Flüssigkeitsbad 3 ein und werden an der Fadenführung 4 in Richtung des Beckenrandes 5 umgelenkt. Die Fadenführung 4 besteht aus im Halbkreis angeordneten, stabförmigen Führungselementen 4′ aus nicht rostendem Stahl oder Keramik. Die Fäden werden durch sogenannte Kämme 16 geführt, damit sie nicht aneinanderschlagen und verkleben. Wichtig ist, daß die Reibung zwischen Fäden 17 und Fadenführung 4, wie auch die Anzahl der Berührungspunkte, minimal sind.

Die besondere Fadenführung (Fig. 3) ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung. Die Führungselemente 4′ der Fadenführung 4 sind so ausgebildet, daß die Fäden 17 bei der hohen Abzugsgeschwindigkeit durch das mitgeführte Schleppwasser - ähnlich dem Gleitlagereffekt - über die Führungselemente 4′ gleiten und somit gleichsam berührungslos geführt werden.

Bevorzugt wird ein Flüssigkeitsbad 3 mit Strömungsbrechern 6, 6′ eingesetzt. Durch die Strömungsbrecher 6, 6′ (siehe z. B. Fig. 4) wird die durch die Schleppströmung der Fäden 17 verursachte Flüssigkeitsströmung beruhigt. Die Strömungsbrecher 6 sind quer zur Fadenlaufrichtung unter und teilweise oberhalb der Fadenschar angeordnet (siehe Fig. 4). Die oberen Strömungsbrecher 6′ können zum Anlegen der Fäden hochgeklappt werden.

Nach dem Austritt aus dem Flüssigkeitsbad 3 werden die Fäden 17 mittels eines Abstreifers 7 vom Schleppfluid (z. B. Wasser) befreit. Weiteres Schleppfluid wird durch Umlenken der Fäden an Umlenkrollen 8 abgeschleudert. Bevorzugt werden Kimmenrollen zur besseren Entfernung (Abschleudern) des Schleppwassers einge­ setzt. Weiteres, auf den Fäden verbliebenes Schleppwasser wird mit der Haftwasser-Absaugung 9 entfernt. Anschließend wird die Spinnpräparation an der Präparationsstelle 10 mit einer Präparationsrolle oder in einer Sprühkammer mit Düsen auf die Fäden aufgetragen und mit einem Abstreifer vergleichmäßigt.

Unter Umständen ist es notwendig, die überflüssige Präparation mit einer weiteren Haftwasser-Absaugung 11 zu entfernen.

Anschließend werden die Fäden beispielsweise über ein Walzenseptett 12 der Ver­ streckungszone 13 zugeführt. Die Fäden werden beispielsweise in zwei Stufen in Heißluft bei einer Temperatur von 240 bis 260°C und insgesamt 420% verstreckt.

Die Fixierung in der Fixierzone 14 erfolgt bevorzugt in Heißluft bei z. B. 250 bis 260°C. Die Fäden werden dann bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von bis zu 4000 m/min auf die Wickelstellen 15 aufgewickelt.

Beispiele

Entsprechend der oben dargelegten Ausführungsform wurden Monofile aus reinem Polyamid-6 und Copolyamid (85% PA 6 mit 15% PA 6.6) hergestellt. Vor dem Abkühlen im Flüssigkeitsbad wurden die aus dem Spinnkopf austretenden Mono­ file direkt unterhalb der Spinndüse mit Luft (25°C) senkrecht angeblasen.

Die Verfahrensparameter sind im einzelnen in der nachstehenden Tabelle 1 aufge­ führt.

Das Vergleichsbeispiel stellt die heute übliche Produktion von Polyamid-6-Mono­ filen dar.

Claims (11)

1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von monofilen Fäden mit einem Durchmesser von 60 µm bis 500 µm aus fadenbildenden Polymeren durch Schmelzspinnen des Polymeren, gegebenenfalls Anblasen der gebildeten Polymerfäden unterhalb des Schmelzspinnkopfes mit einem Kühlmedium, Abkühlen der Fäden (17) in einem Flüssigkeitsbad (3) mit einer Temperatur der Kühlflüssigkeit von -10°C bis 150°C, Umlenken der Fäden im Flüssigkeitsbad (3) an einer Fadenführung (4), gegebenenfalls Beruhi­ gung der durch die Schleppströmung der Fäden verursachten Fluid­ strömung, Abstreifen und Abschleudern der mitgeschleppten Flüssigkeit am Ausgang des Flüssigkeitsbades, Absaugen der restlichen Schleppflüssigkeit, gegebenenfalls Aufbringen einer Präparation, Verstrecken in einer oder mehreren Stufen in Heißluft, Heißwasser oder Dampf oder einer Kombination dieser Medien, Fixieren der verstreckten Fäden in Heißluft und/oder Dampf und abschließendes Aufwickeln der Fäden, wobei die Auslaufgeschwindigkeit der Fäden nach dem Fixierschritt von 600 bis 4000 m/min beträgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaufge­ schwindigkeit der Fäden von 1000 bis 3500 m/min beträgt.

3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden einen Enddurchmesser von 100 bis 300 µm aufweisen.

4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden einen Enddurchmesser von 180 bis 250 µm aufweisen.

5. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als fadenbildende Polymere Polyamide verwendet werden.

6. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Fäden unterhalb des Spinnkopfes (1) auf einer Strecke von 1 bis 10 cm mit Luft einer Temperatur von 0 bis 50°C seitlich angeblasen werden.

7. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Kühlbades (3) bis 10 bis 40°C beträgt.

8. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beruhigung der Fluidströmung im Kühlbad (3) Strömungsbrecher (6, 6′) eingesetzt werden, von denen die oberhalb der Fadenschar gelegenen Strömungsbrecher (6′) bei laufendem Verfahren nach oben weggeklappt werden können.

9. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden in Heißluft mit einer Temperatur von 150 bis 350°C, Heißwasser mit einer Temperatur von 85 bis 98°C oder Dampf mit einer Temperatur von 100 bis 150°C oder einer beliebigen, hintereinandergeschalteten Kombina­ tion dieser Medien um 200 bis 700% verstreckt werden und anschließend in Heißluft einer Temperatur von 150 bis 350°C und/oder Dampf mit einer Temperatur von 100 bis 150°C fixiert werden.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, bestehend aus einem Schmelzspinnkopf mit Spinndüse (1), einer An­ blasdüse (2), einem Flüssigkeitsbad (3) mit einer speziellen Fadenführung (4) und Strömungsbrechern (6, 6′), Abstreifern (7), mindestens einer Um­ lenkrolle (8) oder Kimmenrillenwalze zum Abschleudern von mitgeschlepp­ ter Kühlflüssigkeit, einer Haftflüssigkeitsabsaugung (9, 11) vor und even­ tuell nach der anschließenden Aufbringung (10) der Spinnpräparation, einer oder mehreren Verstreckvorrichtungen (12) zur Heißverstreckung, einer Fixierzone (13) und den Aufwickelstellen (15), dadurch gekennzeichnet, daß die Nachpräparation direkt als Einwegpräparation an jeder Spulstelle aufgebracht wird und die Wickelgeschwindigkeit von 600 m/min bis 4000 m/min liegt und sowohl die Monofile einzeln, aber auch mehrere zusammen, auf eine Spule gewickelt werden können.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Faden­ führung (3) aus im Halbkreis angeordneten, stabförmigen Führungsele­ menten (4′) mit Kämmen (16) besteht, die die Fäden auf den Führungs­ elementen einzeln führen.