DE4337105A1 - Technische superleichte Fäden und Verfahren und Anlage zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf technische superleichte Fäden sowie auf ein Verfahren und eine Anlage zu deren Herstellung, die als Ausrüstungsstrukturen in Verbundstoffen die für die Verkehrsmittelindustrie, die Möbelindustrie und für Zivil- und Industriebauten bestimmt sind oder in besonderen Anwendungsfällen in der medizinischen Technik, der Energietechnik, Wasserreinigung, Klimatisierung und bei Ausrüstungen für chemische Technologien verwendet werden.

Es sind Lumenfäden (Fäden mit innerer lichten Weite = Hohlfäden) bekannt, die für die Verwendung in Textilien geschaffen wurden, die zwecks Verringerung des Gewebegewichts oder des Trikotgewichts bzw. der verwendeten Polymermenge sowie in Hinsicht auf die Verbesserung einiger wichtiger Trageigenschaften wie z. B. Griffigkeit, Wasserabsorbtion, Gewicht, thermische Isolierung, mit speziellen Düsen gesponnen werden, die verursachen, daß die Fäden innere Kanäle mit unterschiedlichen Querschnittsprofilen haben.

Bekannt sind auch hohle Glasfäden sowie Verfahren zu deren Herstellung durch "Ziehen" des Glases durch spezielle Spinndüsen. Diese Fäden haben im Vergleich zu den vollen Glasfäden ein geringeres Gewicht und eine größere Starrheit.

Es wurden des weiteren hohle Einzelfäden für den Bau von Ausrüstungen hergestellt, die mit permselektiven Membranen versehen sind und für Trennungsverfahren durch umgekehrte Osmose oder für auf Dialyse basierende medizinische Techniken, für Trennverfahren von Industriegasen usw. bestimmt sind.

Es sind Verfahren zur Herstellung dieser Fäden mit Hilfe besonderer Düsen bekannt, durch die das spinnbar geschmolzene oder gelöste Polymer durch den kreisförmigen Schlitz einer Spinndüse in ein geeignetes Kühl- und Verhärtungsmedium kontinuierlich extrudiert wird. Für die Schaffung und Bestimmung der Kreisform des Querschnittes des rohrförmigen Einzelfadens wird ein fluides Formgebungsmittel wie Gas oder Flüssigkeit während dem Spinnen unter geringem Druck kontinuierlich durch eine spezielle, in Art einer Injektionsspritze ausgebildete Vorrichtung eingeführt.

Alle diese Produkte und die entsprechenden Herstellungsverfahren weisen den Nachteil auf, daß diese Hohlfäden nicht so realisiert werden können, daß sie eine sehr hohe mechanische Festigkeit und zugleich ein sehr niedriges spezifisches Gewicht bzw. einen sehr geringen Polymergehalt besitzen und demzufolge eine entsprechende minimale Wandstärke aufweisen.

Die durch diese bekannten Verfahren hergestellten Hohlfäden weisen den Nachteil auf, daß sie keine sehr hohe Festigkeit besitzen. In allen bislang bekannten Fällen ist das Polymer, das in die Zusammensetzung der Hohlfadenwände eingeht, nach der Verfestigung, die nach dem Spinnprozeß aus der Schmelze oder Lösung durchgeführt wird, molekular nicht oder nur teilweise ausgerichtet, so daß in speziellen technischen Anwendungsfällen die Zugfestigkeit und die Dehnung niedrige, unbefriedigende Werte aufweisen.

Ziel der Erfindung ist es, einfaserige Fäden zu schaffen, deren hauptsächliche spezifische physikalisch-mechanischen Eigenschaften im Verhältnis zum Gewicht viel höher sind als diejenigen der bekannten gleichartigen Erzeugnisse, und in die gleichzeitig vergleichsweise minimale Polymermengen eingebettet sind sowie ein besonderes Verfahren und eine Anlage zu deren Herstellung.

Diese Aufgabe wird durch die Lumenfäden mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2 sowie eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Besondere weitere Ausgestaltungen werden in den entsprechend rückbezogenen Ansprüchen gekennzeichnet.

Demgemäß weisen die erfindungsgemäßen technischen Lumenfäden zwecks Erhöhung der mechanischen Festigkeit und gleichzeitiger Reduzierung der in diesen eingebetteten Polymermenge dünne und aus einem stark ausgerichteten Polymerfilm aufgebaute Lumenwände auf, was durch deren Recken in zwei zu der zylindrischen Lumenwand zueinander senkrechte Richtungen (axiale und tangentiale) erreicht wird.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fäden besteht aus den folgenden wesentlichen Schritten:

• - Formen des rohen technischen Lumenfadens durch Extrudieren eines synthetischen oder natürlichen Polymers aus Schmelze oder Lösung, durch eine Düse von besonderer Bauweise, mit Hilfe von an sich bekannten Verfahren;
• - Recken der Wand des technischen Lumenfadens in zu dessen zylindrischem Körper tangentialer Richtung, durch kontinuierliches Einleiten eines unter Druck befindlichen Fluids; der Vorgang wird gleichzeitig oder aufeinanderfolgend oder aufeinanderfolgend parallel mit den axialen Reckungs- und Aufspulvorgängen des gesponnenen Produktes realisiert;
• - Reckung der dünnen Lumenwand in axialer Richtung durch das "Ziehen" des Fadens mit Hilfe von an sich bekannten mechanischen Systemen, die aus zylindrischen Mitnehmerrollen - "Stößelrollen" - und aus Andrückrollen gebildet sind, welche die Adhärenz des Fadens am sich in Bewegung befindlichen Körper des Mitnahmezylinders erleichtern. Dabei bewegt sich der Faden kontinuierlich zwischen den Zylindergruppen bewegt, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, wobei die Dehnung, gesteuert durch die geeignete Änderung deren Drehgeschwindigkeit, verwirklicht wird.

Die Temperatur, bei der die Reckungsvorgänge durchgeführt werden, ist durch die Art des verwendeten Polymers bestimmt. Sie liegt gewöhnlich über der Übergangstemperatur II. Ordnung des Polymers (mit 10-150°C, in der Regel mit 10-30°C).

Sowohl die axialen als auch die tangentialen Reckungsverhältnisse sind von der Struktur des Polymers sowie von der Länge des Benetzungsumfangs der für die Reckung des Lumenfadens benutzten Düse bestimmt und befinden sich gewöhnlich im Axialbereich 1-20, vorzugsweise 1-5, und im Radialbereich 1-10, vorzugsweise 1-4.

Die Anlage zur Durchführung des kontinuierlichen Herstellungsverfahrens der erfindungsgemäßen superleichten technischen Fäden ist aus zwei Teilen zusammengesetzt:

• I. Dem Teil der Herstellung des technischen Roh-Lumenfadens, bestehend aus:
• - einer Einrichtung zur Versorgung mit polymerem Material, versehen mit einer Zahnradpumpe für zähflüssige Mischungen, einer Düse von besonderem Aufbau mit einem System für die Bildung des kreisförmigen Profils des Lumenfadens,
• - einer Einrichtung zum Verfestigen des gesponnenen Fadens, die prinzipiell aus einem Bad besteht, das ein Kühlmittel im Falle einer Schmelze oder ein geeignetes Koagulationsmittel für Polymerlösungen enthält,
• - einer Vorrichtung zum Dosieren des Fluids zur Bildung des kreisförmigen Querschnitts,
• - einer Ausrüstung für die fortgeschrittene Extraktion des Lösungsmittels des Polymers oder der unreagierten Monomere,
• - Reckungsvorrichtungen, die mit zylindrischen Rollen versehen sind, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, und
• - einer Vorrichtung zum Mitnehmen und Aufspulen des gesponnenen Rohfadens.

II. Dem Teil der Reckung des technischen Roh-Lumenfadens bis zur Erreichung der mechanischen Festigkeit und einer fortgeschrittenen Dünnheit der Wände des Lumens, bestehend aus Einrichtungen für die axiale Reckung und einer Einrichtung für die radiale Streckung, der im Prinzip zusammengesetzt ist aus:

• - einem System zum kontinuierlichen Dosieren eines unter Druck befindlichen Fluids ins Innere des technischen Lumenfadens, das mit einem besonderen dichten Verbindungsrohr versehen ist,
• - Gruppen von zylindrischen Mitnahmerollen, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gesteuert drehen und die Reckung durchführen,
• - Rollen zum Andrücken des Fadens,
• - einem System zum Anlegen und Aufspulen des technischen, dünne, doppelgestreckte Wände aufweisenden Lumenfadens.

Als Polymere für die Herstellung der technischen Lumenfäden können alle spinnbaren Polymere verwendet werden, die in der Regel für die Fertigung von synthetischen Fäden und Fasern verwendet werden. Als keine Beschränkung darstellenden Beispiele werden für vorliegende Erfindung die nachfolgenden synthetischen und natürlichen Polymere angegeben:

• A. Polymere mit Heteroketten:
• - aliphatische Polyamide/Polyamid 6, Polyamid 6-6, Polyamid 6-10, Polyamid 6-12 usw.);
• - aromatische Polyamide;
• - Polyurethane;
• - Polyesterharze;
• - Polyanhydride usw.;
• B. Polymere mit Kohlenstoffketten:
• - Polyolefine (Polyethylen, Polypropylen usw.);
• - Polyakrylnitril;
• - Halo Vinyl Polymere (Polyvinylchlorid);
• - Polytetrafluorethylen;
• - Chlor-Fluor-Vinylpolymere usw.;
• C. Natürliche Polymere (Zellulose usw.).

Die verwendeten Polymere haben gewöhnlich lineare, fadenförmige Makromoleküle, deren molekulare Masse in weiten Grenzen variieren kann und Werte hat, die von der Spinnbarkeit des geschmolzenen oder gelösten Polymers bestimmt sind und in weiten Grenzen variiert, z. B. 4000-70 000, entsprechend einem Polymerisierungsgrad von 30-1500. Für spinnbare Polymere mit Heteroketten befindet sich das Molekulargewicht im Bereich von 6000-30 000, vorzugsweise von 8000-20 000 und der Polymerisisationsgrad 70-1100, während für Polymere mit Kohlenstoffketten das Molekulargewicht in einem Bereich von 25 000-50 000, vorzugsweise von 30 000-45 000 der Polymerisationsgrad im Bereich von 300-1100, vorzugsweise von 400-1000 liegt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von fünf Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Verfahrensschema für die Herstellung des rohen Lumen-Einzelfadens;

Fig. 2 ein Detail II aus Fig. 1, einen schematischen Schnitt durch eine Zone der besonderen Spinndüse zum Spinnen des rohen Lumen-Einzelfadens darstellend;

Fig. 3 ein Verfahrensschema zum Herstellen des Lumenfadens mit doppelgestreckten Wänden (Anlagen Teil II), und

Fig. 4 ein Detail IV aus Fig. 3, mit der schematischen Darstellung der Einspritzvorrichtung des unter Druck befindlichen Fluids, mit Hilfe dessen die radiale Reckung realisiert wird.

Beispiel 1

Das in geschmolzenen Zustand befindliche spinnbare Polymer wird in einen Behälter 1 eingeleitet, der mit einem Heizmantel versehen ist, woher es durch eine Leitung 2 von einer Zahnradpumpe 3 übernommen und durch ein Verbindungsrohr 4 in eine Spezialdüse 5 geschickt wird, die den Faden kontinuierlich ausgibt. Dieser tritt in ein Kühl- und Verfestigungsbad 6 ein und wird danach durch Übernahmerollen 7 und 8 gerichtet und im Immersionszustand gehalten.

Durch eine Versorgungsleitung 9 wird kontinuierlich ein unter Druck befindliches Gas in einen Ausgleichsbehälter 10 eingeleitet, woher es mit Hilfe eines Verbindungsrohres 11, eines Regelventils 12, einiger Leitungen 13 und 15 und eines Durchflußmessers 14 zentral in die Düse 5 zum kontinuierlichen Extrudieren des Lumenfadens injiziert wird, um dessen kreisförmigen Querschnitt zu formen.

Die Roh-Lumenfäden werden, nachdem sie im Bad 6 gekühlt und verfestigt wurden, über eine Rolle 16 geführt und treten in eine Reckungseinrichtung 17 ein, die mit Rollen 18 versehen ist, die sich mit geeigneten Geschwindigkeiten drehen. Die so erzeugten Fäden werden durch eine Heizvorrichtung 19 geführt, treten anschließend in eine Streckungseinrichtung 21 ein, die mit Zylinderrollen 20 versehen ist, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen und werden dann auf eine Aufspuleinrichtung 22 aufgewickelt.

Im zweiten Teil der Anlage, in dem der Doppel-Reckungsvorgang durchgeführt wird, wird der kontinuierliche Faden von einer Abspuleinrichtung 23 durch zylindrische Reckungsrollen 24 übernommen, die in einer Reckungseinrichtung 25 befestigt und durch eine Heizvorrichtung 26 geführt sind. Von hier wird der Faden durch zylindrische Dehnungsrollen 27 einer Reckungseinrichtung 28 übernommen und mit Hilfe einiger richtungsändernden Umlenkrollen 29, 30 und 31 in eine Reckeinrichtung 32 zum radialen Recken und Endaufwickeln geschickt.

Die Einrichtung 32 wird kontinuierlich mit unter Druck befindlichem technisch reinem Stickstoff gespeist, der durch eine Versorgungsleitung 33 in die Anlage eingeleitet und in einem Pufferbehälter 34 gelagert wird. Von hier wird das Gas mit Hilfe einer Leitung 35, eines Regelventils 36, einer Meßblende 37, einer Leitung 38, eines Anschlußrohres 39 in einen festen Einspeisekopf 40 geführt und von hier in eine dichte Anschlußvorrichtung 41, die an dem in Drehbewegung befindlichen Teil der Einrichtung 32 eingebaut ist.

Die dichte Anschlußvorrichtung 41 ist im wesentlichen aus einem Injektionskopf 42 und einem Andrückteil 43 zum Andrücken des Kopfendes 44 zusammengesetzt.

Die Spulen der Einrichtung 32 werden nach dem "Füllen" periodisch durch andere, leere, ausgewechselt.

In den Behälter 1 der beschriebenen Anlage werden 500 kg Polykaproamid in geschmolzenem Zustand, mit einer mittlerer Molekularmasse von 14 000 und einem mittleren Polymerisationsgrad von 125 eingeführt.

Die Polykaproamid-Schmelze, die eine Temperatur von 250-255°C aufweist, wird von der Zahnradpumpe 3 übernommen und durch die besonders gebaute Spinndüse 5, mit einem Durchsatz vom 10,032 kg/h injiziert.

Die Zieh- und Eintrittsgeschwindigkeit des Roh-Lumenfadens in das mit Wasserabkühlung arbeitende Verfestigungsbad beträgt 60 m/min.

Gleichzeitig werden aus dem Behälter 10 mit Hilfe des Verbindungsrohres 11, des Regelventils 12, des Durchflußmessers 14 und der Verbindungsleitungen 13 und 15 in die Düse 5 kontinuierlich 11 l/min technisch reinen Stickstoffs mit einem Sauerstoffgehalt unter 5 ppm eingeführt.

Der Spinn-Titer des Roh-Lumenfadens beträgt unter diesen Bedingungen 25 139 dtex, entsprechend einem Außendurchmesser vom 3,0 mm, Innendurchmesser von 2,4 mm und einer Wandstärke von ca. 0,3 mm desselben.

Die Drehgeschwindigkeit der Rollen beträgt in der I. Reckungsstufe 14 U/min, in der II. Reckungsstufe 43 U/min und in der III. Stufe 70 U/min.

Die Temperatur, bei welcher gestreckt wird, ist in der I. Stufe 150°C, während sie in den Stufen II und III ca. 100°C beträgt.

Unter diesen Bedingungen ist das axiale Reckungsverhältnis 1 : 3,2.

Gleichzeitig wird aus dem Behälter 34 für den technisch reinen Stickstoff, durch die Leitungen 35 und 38, das Regelventil 36 und die Meßblende 37, mit Hilfe des Anschlußrohres 39 in den feststehenden "Kopf" der Radial- Reckeinrichtung 32 eine solche Menge Gas eingeführt, daß das Radial-Reckungsverhältnis auf 1,6 gebracht wird.

Dieses Verhältnis entspricht einer Vergrößerung der Umfangslänge des Querschnittes des doppelgereckten Lumenfadens.

In der dargestellten Weise wird ein Lumenfaden mit doppelgereckter Wand erzeugt, der in gerecktem Zustand einen Titer von 7980 dtex, eine Festigkeit von 16 600 daN, eine Dehnung von 15,2% und eine Zähigkeit von 2,1 daN/dtex aufweist.

Der Lumenfaden hat einen Außendurchmesser von 1,9 mm und eine Wandstärke von 200 µm.

Beispiel 2

In der im Ausführungsbeispiel 1 benutzten und der in der Zeichnung dargestellten Anlage wird in den Behälter 1 Polykaproamid in geschmolzenem Zustand, das die gleichen spezifischen Eigenschaften wie das im vorhergehenden Beispiel verwendete Polymer aufweist, eingeführt.

Die Durchflußmenge an gesponnenem Polymer beträgt 4,5 kg/h und es wird eine Ziehgeschwindigkeit an der Düse von 140 m/min verwendet.

Die Durchflußmenge des in die Spinndüse 5 eingespeisten Stickstoffes beträgt 3,5 l/min.

Unter diesen Bedingungen wird ein roher Lumenfaden erhalten, der einen Titer von 5586 dtex, einen Außendurchmesser von 1,1 mm und eine Wandstärke von 100 µm besitzt. Die Drehgeschwindigkeit der Rollen während des Streckungsprozesses beträgt in der I. Stufe ca. 14 U/min, in der II. Stufe ca. 43 U/min und in der III. Stufe ca. 70 U/min, während die verwendete Temperatur in der I. Stufe 160°C und in der II. Stufe 120°C ist.

In dieser Weise wird ein axiales Reckungsverhältnis von 1 : 2,79 erhalten.

In die rotierende Reck-Einrichtung 32 wird eine solche Stickstoffmenge eingeführt, daß das radiale Reckungsverhältnis ca. 1,6 beträgt.

In der in diesem Beispiel dargestellten Weise wird ein Lumenfaden mit doppelgestreckten Wänden erhalten, der in gestrecktem Zustand einen Titer von 1799 dtex, eine Festigkeit von 4500 daN und eine Reckung von 21,36% hat.

Der Außendurchmesser des Fadens ist 0,8 mm und dessen Wandstärke beträgt ca. 90 µm.

Die Zähigkeit des erhaltenen technischen Fadens beträgt 2,50 daN/dtex.

Beispiel 3

In die in den Beispielen 1 und 2 benutzte Anlage werden 450 kg Polyäthylenterephthalat in geschmolzenem Zustand eingeleitet, das eine mittlere Molekularmasse von ca. 22 000 und einen mittleren Polymerisationsgrad von 176 aufweist.

Die Temperatur der Polyäthylenterephthalat-Schmelze wird nahe dem Wert von 295°C gehalten.

In die besondere Spinnvorrichtung 5 werden kontinuierlich 5,92 kg/h Schmelze eindosiert und es wird eine Ziehgeschwindigkeit von 100 m/min verwendet. In die gleiche Spinnvorrichtung 5 werden 5 l/min technisch reinen Stickstoffs eingespeist. Es wird ein Polyester-Roh-Lumenfaden erhalten, der einen Titer von 10 869 dtex, einen Außendurchmesser von 2,2 mm und eine Wandstärke von ca. 200 µm besitzt. Dieser Faden wird in der oben dargestellten Weise doppelgereckt, mit den folgenden Streckungsverhältnissen:

• - axiale Reckung = 1 : 4,1
• - radiale Reckung = 1 : 1,8.

Die Reckungstemperaturen sind in der I. Stufe 165°C und in der II. Stufe 145°C.

Es wird ein doppelgereckter Polyesterfaden mit einem Außendurchmesser von 1,4 mm und einer Wandstärke von ca. 140 µm erhalten.

Die Zähigkeit des Fadens beträgt ca. 1,9 daN/dtex.

Beispiel 4

In der in den vorhergehenden Beispielen verwendeten Anlage werden 500 kg isotraktisches Polypropylen in geschmolzenem Zustand eingeführt, das ein mittleres Molekulargewicht von 145 000 und eine Schmelztemperatur von 164-166°C besitzt. Die Polypropylen-Schmelze wird im Behälter 1 bei einer Temperatur von 258°C gehalten.

In die besondere Spinnvorrichtung werden kontinuierlich 15 kg/h Polypropylen-Schmelze und 180 l/h technisch reinen Stickstoffs eingeführt.

Es wird ein Polypropylen-Roh-Lumenfaden erhalten mit einem Titer von 12 107 dtex, der einen Außendurchmesser von 1,9 mm und eine Wandstärke von 4 µm besitzt.

Das axiale Reckungsverhältnis ist 1 : 8,5, während das radiale Reckungsverhältnis 1 : 2,4 beträgt. Die in den Streckungsprozessen verwendete Temperatur befand sich im Bereich 130-150°C.

Auf diese Weise wurde ein einfaseriger Polypropylenfaden mit doppelgereckten Wänden erhalten, mit einem Faden- Außendurchmesser von 1,2 mm und einer Wandstärke von ca. 90 µm.

Die Zähigkeit des Polypropylen-Lumenfadens ist 2,1 daN/dtex, während die Dehnung etwa 18% beträgt.

Beispiel 5

Es wird eine Anlage verwendet, die ähnlich ist mit derjenigen, die in den vorhergehenden Beispielen benutzt wurde, mit dem Unterschied, daß das Kühl- und Verfestigungsbad 6 versehen ist mit Zubehör zum Einführen und Ausbringen der Lösungen des Spinn-Lösungsmittels und zu deren fortgeschrittenen Extraktion aus dem gesponnenen Faden. In diese Anlage werden 800 kg von in Äthylenkarbonat gelöstem Polyakrylnitril von folgender Zusammensetzung eingeleitet:

• - 15% Polyakrylnitril
• - 74% Äthylenkarbonat
• - 11% Wasser.

Die Lösung wird im Behälter 1 bei einer Temperatur von 90°C gehalten.

Das mittlere Molekulargewicht des in der verwendeten Lösung befindlichen Polyakrylnitrils beträgt 38 000.

In die Spinnvorrichtung 5 werden kontinuierlich 30 kg/h Polyakrylnitril-Lösung und 16 kg/h einer 18%igen wässerigen Äthylenkarbonat-Lösung eingeführt.

Das im Verfestigungsbad 6 befindliche Koagulierungsmedium wird aus einer wässerigen Äthylenkarbonat-Lösung von 18 : 20% gebildet.

Die Ziehgeschwindigkeit an der Spinndüse beträgt 5 m/min.

Nach dem Waschen und Trocknen in einer an sich bekannten, in der Zeichnung nicht dargestellten Anlage wird ein Polyakrylnitril-Roh-Lumenfaden erhalten, mit einem Spinn- Titer von ca. 6200 dtex, der einen Außendurchmesser von 1,7 mm und eine Wandstärke von 120 µm besitzt.

Der erhaltene Polyakryl-Roh-Lumenfaden wird axialen und radialen Reckungsvorgängen unterworfen, die identisch sind mit den in den vorhergehenden Beispielen verwendeten Verfahren.

Die in den Reckungsprozessen verwendete Temperatur beträgt ca. 140°C.

Das verwendete axiale Reckungsverhältnis beträgt 1-10, während das radiale Reckungsverhältnis 1-2,1 ist.

Unter diesen Bedingungen wird ein doppelgestreckter Polyakrylnitril-Faden mit den folgenden Charakteristiken erhalten:

• - Außendurchmesser: 0,9 mm
• - Wandstärke: 70,00 µm
• - Zähigkeit: 1,3 daN/dtex.

Die erfindungsgemäßen Fäden weisen den Vorteil auf, daß sie eine hohe mechanische Festigkeit bei minimalem Eigengewicht besitzen.

Der Wert dieser relativen Festigkeit macht es möglich, daß diese Fäden mit Erfolg bei der Herstellung von superleichten Stoffen von hoher mechanischer Festigkeit verwendet werden können.

In der Tabelle werden Vergleichsdaten im Verhältnis zu anderen bekannten üblichen Stoffen dargestellt.

Tabelle

Aus der Untersuchung der in der Tabelle dargestellten Daten wird ersichtlich, daß die auf Basis der erfindungsgemäßen superleichten Fäden erstellten Verbundstoffe gemäß den Punkten 9. und 10. eine bedeutend geringere Dichte aufweisen als die bislang bekannten Materialien und daß sie gleichzeitig eine sehr hohe mechanische Festigkeit besitzen, wobei das Verhältnis mechanische Festigkeit zu Dichte vergleichsweise wesentlich höher ist als alles bisher Bekannte.

Aufgrund dieser Eigenschaft ist ihre besonders vorteilhafte Verwendung in der Transportmittelindustrie, insbesondere in der Flugzeugindustrie, in der Möbelindustrie, in Zivil- und Industriebauten, in der Energetik, in der Wasserreinigung, Klimatisierung und in verschiedenen chemischen Verfahren zu empfehlen.

Die neuen, auf der Benutzung von erfindungsgemäßen superleichten Fäden basierenden Materialien bestimmen eine maximale Verringerung aller Investitionen durch eine maximale Reduzierung der energieverbrauchenden Materialmengen.

Ebenso wird vorgesehen, daß die Verwendung in hohem Maße dieser Materialien in der Transportindustrie zu einer wesentlichen Reduzierung der durch diese konsumierten Energie und zur Reduzierung u. a. des Verbrauchs an Brennstoff beitragen soll.

Bezugszeichenliste

 1. Behälter
 2. Leitung
 3. Zahnradpumpe
 4. Verbindungsrohr
 5. Düse
 6. Bad
 7. Rollen
 8. Rollen
 9. Versorgungsleitung
10. Behälter
11. Verbindungsrohr
12. Regelventil
13. Leitung
14. Durchflußmesser
15. Leitung
16. Rolle
17. Reckungseinrichtung
18. Rolle
19. Heizvorrichtung
20. Rollen
21. Reckungseinrichtung
22. Aufspuleinrichtung
23. Abspuleinrichtung
24. Reckungsrollen
25. Reckungseinrichtung
26. Heizvorrichtung
27. Reckungsrollen
28. Reckungseinrichtung
29. Umlenkrollen
30. Umlenkrollen
31. Umlenkrollen
32. Reckungseinrichtung
33. Versorgungsleitung
34. Behälter
35. Leitung
36. Regelventil
37. Meßblende
38. Leitung
39. Anschlußrohr
40. Einspeisekopf
41. Anschlußvorrichtung
42. Injektionskopf
43. Andrückteil
44. Kopfende

Claims (9)

1. Technische, superleichte Lumenfäden (Hohlfäden, Fäden mit innerer lichten Weite), dadurch gekennzeichnet, daß sie dünne Lumen-Wandungen aufweisen, die aus einem stark orientierten Polymerfilm durch dessen Reckung in zwei zueinander senkrechte Richtungen - axial und tangential zur zylindrischen Fadenwand - gebildet sind.

2. Verfahren zur Herstellung der Lumenfäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aus drei wesentlichen Arbeitsvorgängen besteht, und zwar:

• - Formen des technischen Roh-Lumenfadens durch Extrudieren eines synthetischen oder natürlichen Polymers aus Schmelze oder Lösung, durch eine besonders konstruierte Düse (5) unter Verwendung von an sich bekannten Verfahren;
• - Reckung der Wand des Lumenfadens in zu dessen zylindrischem Körper tangentialer Richtung durch kontinuierliches Einleiten eines unter Druck befindlichen Fluids, wobei der Vorgang gleichzeitig oder aufeinanderfolgend auf oder parallel aufeinanderfolgend mit den axialen Reckungs- und Aufspulvorgängen des gesponnenen Produkts durchgeführt wird,
• - Reckung der dünnen Wand des Lumenfadens in axialer Richtung durch "Ziehen" des Fadens mit Hilfe von an sich bekannten mechanischen Systemen, die gebildet sind aus zylindrischen Mitnahmerollen und "Andrückrollen", die das Anhaften (Adhärenz) der Fäden am in Bewegung befindlichen Körper des Mitnahmezylinders erleichtern, wobei sich der Faden kontinuierlich zwischen den Zylindergruppen bewegt, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, und wobei die Reckung gesteuert wird durch die geeignete Änderung deren Drehgeschwindigkeit.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reckungsvorgang bei Temperaturen von ca. 10-150°C, vorzugsweise mit 10-30°C oberhalb der Übergangstemperatur II. Ordnung für das verwendete Polymer durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das axiale Reckungsverhältnis im Bereich 1-20, vorzugsweise 1-10 und das radiale Reckungsverhältnis im Bereich 1-10, vorzugsweise 1-4, befindet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Lumenfäden alle spinnbaren Polymere verwendet werden können, die gewöhnlich in der Herstellung synthetischer Fäden oder Fasern verwendet werden, vorzugsweise aliphatische Polyamide wie Polyamid 6, Polyamid 6-6, Polyamid 6-10, Polyamid 11, Polyamid 6-12 usw., aromatische Polyamide, Polyurethane, Polyesterharze, Polyanhydride, Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen usw., Polyakrylnitril, Halo-Vinyl-Polymere, natürliche Polymere usw.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Polymere mittlere Molekulargewichte haben, die im Bereich 4000-70 000 angesiedelt sind, entsprechend den mittleren Polymerisationsgraden, die sich im Bereich 30-1500 befinden, wobei für die verschiedenen Arten der verwendeten Polymere die erwähnten charakteristischen Größen folgende Werte aufweisen:

• - für Polymere mit Heteroketten befindet sich das mittlere Molekulargewicht in einem Bereich von 6000-30 000, vorzugsweise 8000-20 000 und der Polymerisationsgrad bei 70-1100, vorzugsweise 90-1000,
• - für Polymere mit Kohlenstoffketten befindet sich das mittlere Molekulargewicht in einem Bereich von 25 000-50 000, vorzugsweise 30 000-45 000, und der Polymerisationsgrad in einem Bereich von 300 - 1100, vorzugsweise 400-1000.

7. Anlage zur Durchführung des Herstellungsverfahrens nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus zwei Teilen besteht:

• I. einem ersten Teil für die Herstellung des technischen Roh-Lumenfadens, bestehend aus:
• - einer Einrichtung für die Versorgung mit einem Polymermaterial, die versehen ist mit einer Zahnradpumpe (3) für zähflüssige Gemische,
• - einer besonders aufgebauten Düse (5), die ein System zur Bildung des Kreisprofils des Lumenfadens aufweist,
• - einer Einrichtung zum Kühlen und Verfestigen des gesponnenen Fadens, die hauptsächlich aus einem Bad (6) besteht, das im Falle einer Schmelze ein Kühlmittel oder im Falle einer Polymerlösung ein geeignetes Koaguliermittel enthält,
• - einer Vorrichtung zum Dosieren des Fluids zum Formen des Kreisquerschnitts,
• - einer Einrichtung für die fortgeschrittene Extraktion des Lösungsmittels (Solventextraktion) des Polymers oder der unreagierten Monomere,
• - Reckungseinrichtungen (17, 21) mit zylindrischen Rollen (18, 20), die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen,
• - einer Vorrichtung zum Anlagern und Aufspulen (20) des rohen, gesponnenen Fadens;
• II. einem Teil zum Recken des technischen Roh-Lumenfadens bis zur Erreichung einer mechanischen Festigkeit und einer fortgeschrittenen Dünnheit der Lumenwände, bestehend aus:
• - Einrichtungen (25, 28) für die axiale Reckung und
• - einer Einrichtung (32) für die radiale Reckung,
• - die gebildet sind im wesentlichen aus einem System zum kontinuierlichen dosierten Einspeisen eines unter Druck befindlichen Fluids ins Innere des technischen Lumenfadens, das eine speziell dichte Anschlußvorrichtung (41) aufweist, aus Gruppen zylindrischer Mitnahme-Reckungsrollen (24, 27), die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gesteuert bewegen und die die Reckung durchführen, mit Gruppen von Andrückrollen, einem System zum Anlagern und Aufspulen des Lumenfadens.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anlagenteil im wesentlichen zusammengesetzt ist aus:

• - einem Behälter (1), der mit einem Heizsystem für das geschmolzene oder gelöste Polymer versehen ist,
• - einer Verbindungsleitung (2),
• - einer Zahnradpumpe (3) für zähflüssige Gemische,
• - einem Verbindungsrohr (4),
• - einer Düse (5) von besonderem Aufbau,
• - einem System für die Bildung des kreisförmigen Profils des Lumenfadens,
• - einer Einrichtung (6) zum Verfestigen des gesponnenen Fadens,
• - einer Rolle (7) zur Sicherstellung der Immersion,
• - einer Rolle (8) für die Richtungsänderung,
• - einer Leitung (9) für die Versorgung mit einem Fluid zum Formen des kreisförmigen Querschnitts des Fadens,
• - einem Behälter (10) für das Fluid,
• - einem Regelventil (12),
• - einem Durchflußmesser (14),
• - einer Verbindungsleitung (15),
• - einer Ausrichtungsrolle (16),
• - einer Einrichtung für die axiale Reckung (17), mit Mitnahme- und Reckungsrollen (18),
• - einer Heizvorrichtung (19),
• - Mitnahme- und Reckungsrollen (20), die auf einer Reckungseinrichtung (21) montiert sind, und
• - einer Aufspuleinrichtung (22).

9. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anlagenteil im wesentlichen zusammengesetzt ist aus:

• - einer Abspuleinrichtung (23),
• - Reckungsrollen (24), die auf einer Reckungseinrichtung (25) angeordnet sind,
• - einer Heizvorrichtung (26),
• - zylindrische Reckungsrollen (27), die an einer Reckungseinrichtung (28) angeordnet sind,
• - Umlenkrollen (29, 30, 31),
• - einer Radial-Reckungseinrichtung (32),
• - einer Versorgungsleitung (33) für die Versorgung mit unter Druck befindlichem reinem Stickstoff,
• - einem Behälter (34) mit unter Druck befindlichem technischem Stickstoff,
• - einer Verbindungsleitung (35),
• - einem Regelventil (36),
• - einer Meßblende (37),
• - einer Verbindungsleitung (38),
• - einem Anschlußrohr (39),
• - einem festen Einspeisekopf (40), und
• - einer dichten Anschlußvorrichtung (41), die hauptsächlich aus dem Injektionskopf (42) und dem Andrückteil (43) besteht.