DE60012152T2

DE60012152T2 - Schmelzspinnen mit hoher geschwindigkeit von fasern aus fluorpolymeren

Info

Publication number: DE60012152T2
Application number: DE60012152T
Authority: DE
Inventors: Cheng William UY
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2020-01-29
Also published as: EP1159471B1; CA2353074A1; AU773690B2; ATE271139T1; WO2000044967A1; DE60012152D1; CN1190533C; ES2223471T3; AU3216800A; EP1159471A1; JP2002535507A; CN1339073A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Verfahren und der Apparat der vorliegenden Erfindung betreffen das Schmelzspinnen von Fluorpolymeren zu Monofilament- oder Multifilamentgarnen bei hohen Spinngeschwindigkeiten.
Das Schmelzspinnen von thermoplastischen Copolymeren auf Basis von Tetrafluorethylen ist bekannt. Es besteht jedoch ein erheblicher wirtschaftlicher Anreiz, die Faserspinngeschwindigkeiten bei diesen hochwertigen Polymeren noch höher zu treiben. Eines der Probleme, denen sich die Verfahren des Schmelzspinnens gegenüber sehen, besteht darin, dass bei hohen Schmelzraten Schmelzbruch auftritt, der als Oberflächenrauhigkeit in den extrudierten Fasern in Erscheinung tritt. Da die kritische Scherrate für das Einsetzen von Schmelzbruch mit zunehmender Schmelzviskosität abnimmt, haben sich die Möglichkeiten zur Herabsetzung der Schmelzviskosität auf die Erhöhung der Temperatur der Schmelze gerichtet. Bei vielen Polymeren und einschließlich bei thermoplastischen Copolymeren auf Basis von Tetrafluorethylen zeigen die Polymere jedoch einen thermischen Abbau, bevor eine deutliche Abnahme der Schmelzviskosität erreicht werden kann.
Hochgeschätzt sind auch Fasern aus Polytetrafluorethylen (PTFE)-Homopolymer und speziell wegen ihrer chemischen und mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise der geringe Reibungskoeffizient, Wärmestabilität und chemische Beständigkeit. Das Verarbeiten durch Schmelzspinnen hat sich jedoch als schwer erreichbar erwiesen. Seit Fasern aus Polytetrafluorethylen-Homopolymer konventionell mit Hilfe eines Dispersionsspinnprozesses erzeugt werden, bei denen zahlreiche Schritte und eine komplizierte Anlage beteiligt sind, besteht ein großer wirtschaftlicher Anreiz, ein Verfahren zum Schmelzspinnen derartiger Fasern zu finden.
Das Problem des Spinnens von Fasern aus Polymerschmelzen hoher Viskosität ist schon früher für Polyester angegangen worden. In der US-P-3437725 ist eine Spinndüsen-Baugruppe beschrieben worden, die über eine Deckplatte, eine Heizplatte und eine untere Platte mit einer beabstandenden Vorrichtung verfügt, die für einen Luftspalt zwischen der Deckplatte und der Heizplatte Platte sorgt. In der Deckplatte sind Hohlkörpereinsätze für jeweils ein zu verspinnendes Filament angeordnet und verlaufen zur Unterseite der unteren Platte. Das schmelzflüssige Polymer wird in die Einsätze zum Verspinnen durch die Kapillaren zugeführt. Eine elektrische Heizvorrichtung liefert die Wärme, um die untere Platte, die Heizplatte und die unteren Abschnitte der Einsätze bei einer Temperatur mindestens 60° oberhalb der Temperatur des zugeführten schmelzflüssigen Polymers zu halten. Die Temperaturen der beheizten Kapillare im Bereich zwischen 290° und 430°C sind in den Beispielen für das Verspinnen von Polyestern angegeben. Es findet sich keine Erwähnung für irgendein Fluorpolymer oder im Bezug auf Temperaturen, die zum Schmelzspinnen von Fluorpolymeren bei hohen Spinngeschwindigkeiten benötigt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung gewährt ein Verfahren zum Schmelzspinnen einer Zusammensetzung, die ein hochfluoriertes thermoplastisches Polymer oder ein Blend solcher Polymere aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Schmelzen einer Zusammensetzung, die ein hochfluoriertes thermoplastisches Polymer oder ein Blend solcher Polymere aufweist, um eine schmelzflüssige Fluorpolymer-Zusammensetzung zu erzeugen; Fördern der schmelzflüssigen Fluorpolymer-Zusammensetzung unter Druck zu einer Extruderdüse eines Apparates zum Schmelzspinnen; und Extrudieren der schmelzflüssigen Fluorpolymer-Zusammensetzung durch die Extruderdüse, um schmelzflüssige Filamente zu erzeugen, wobei die Düse eine Temperatur von mindestens 450°C hat, bei einer Schergeschwindigkeit von mindestens 100 s^–1 und bei einer Spinngeschwindigkeit von mindestens 500 m/min.
Die vorliegende Erfindung gewährt ebenfalls ein Verfahren zum Schmelzspinnen einer Zusammensetzung, die Polytetrafluorethylen-Homopolymer aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Schmelzen einer Zusammensetzung, die Polytetrafluorethylen-Homopolymer aufweist, um eine schmelzflüssige Polytetrafluorethylen-Zusammensetzung zu erzeugen; Befördern der schmelzflüssigen Polytetrafluorethylen-Zusammensetzung unter Druck zu einer Extruderdüse eines Apparates zum Schmelzspinnen; und Extrudieren der schmelzflüssigen Polytetrafluorethylen-Zusammensetzung durch die Extruderdüse, um schmelzflüssige Filamente zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung gewährt ferner einen Apparat zum Schmelzspinnen von Fasern, der aufweist: eine Vorrichtung zum Filtrieren; eine Spinndüse; eine langgestreckte Transferstraße, wobei die Transferstraße zwischen der Vorrichtung zum Filtrieren und der Spinndüse angeordnet ist; eine Vorrichtung zum Beheizen der langgestreckten Transferstraße; eine Vorrichtung zum Beheizen der Spinndüse; und eine langgestreckte Wärmebehandlungsanlage, die unterhalb der Spinndüsen-Baugruppe angeordnet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Querschnittansicht eines Teils eines konventionellen Apparats zum Schmelzspinnen;
2 eine Querschnittansicht einer der Ausführungsformen eines Teils eines Apparates zum Schmelzspinnen nach der vorliegenden Erfindung, der über eine langgestreckte Spinndüse verfügt;
3 eine Querschnittansicht einer der Ausführungsformen eines Teils eines Apparates zum Schmelzspinnen, der über eine verkürzte langgestreckte Spinndüse verfügt;
4 eine Querschnittansicht einer der Ausführungsformen eines Teils eines Apparates zum Schmelzspinnen nach der vorliegenden Erfindung, der über eine verkürzte langgestreckte Spinndüse mit einer Vorrichtung zum Beheizen verfügt, die im Inneren eines mittleren Hohlraumes davon angeordnet ist, sowie Heizvorrichtungen, die an deren Außenseite angeordnet sind;
5 eine Querschnittansicht in auseinandergezogener Form der Ausführungsformen eines Apparates zum Schmelzspinnen nach der vorliegenden Erfindung, der durch eine langgestreckte Transferstraße gekennzeichnet ist, die zwischen einer Siebplatte und einer Spinndüsenplatte angeordnet ist;
6 eine Querschnittansicht im zusammengebauten Zustand des Apparates zum Schmelzspinnen von 5;
7 eine auseinandergezogene Querschnittansicht einer der Ausführungsformen eines Apparates zum Schmelzspinnen nach der vorliegenden Erfindung, der eine andere Ausführungsform der langgestreckten Transferstraße und der Spinndüsenplatte zeigt;
8 eine Querschnittansicht im zusammengebauten Zustand des Apparates zum Schmelzspinnen von 7;
9 eine schematische Darstellung einer der Ausführungsformen eines Apparates zum Schmelzspinnen nach der vorliegenden Erfindung;
10A und 10B Querschnittansichten einer der Ausführungsformen einer Wärmebehandlungsanlage, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, wobei 10B eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 10A ist;
11 eine graphische Darstellung der Geschwindigkeit (1/s) in Abhängigkeit von SSF bei 500°C für eine Zusammensetzung nach Beispiel 1, worin die geschwärzten Dreiecke den Spinn-Stretchfaktor (SSF) bei einem ersten Fadenbruch darstellen und die offenen Dreiecke den SSF-Wert beim letzten Fadenbruch. Einbezogen sind einige Daten im Bezug auf Denier/Reißlänge/Geschwindigkeit und g/min;
12 eine graphische Darstellung, die anschaulich macht, dass die Temperatur eine positive Wirkung auf den SSF-Wert beim ersten Fadenbruch bei konstanter Schergeschwindigkeit ausübt. Die Kreise stellen SSF-Werte bei 420°C dar; die Quadrate stellen SSF-Werte bei 460°C dar und die Dreiecke stellen SSF-Werte bei 500°C dar (siehe auch Beispiel 1);
13 ist eine graphische Darstellung des Durchsatzes in Abhängigkeit von dem Erstarrungsabstand von einer Spinndüse mit und ohne Wärmebehandlungsanlage unter Verwendung einer FEP-5100, einer 30-Mil/30-Filament-Spinndüse, einem 3 inch Durchmesser, einer Wärmebehandlungsanlage von 41 inch Länge und von Spinndüsentemperatwen von 380°C (Dreiecke), 430°C (Quadrate) und 480°C (Kreise), worin die offenen Symbole keine Wärmebehandlungsanlage und die geschwärzten Symbole die Verwendung einer Wärmebehandlungsanlage darstellen;
14 eine graphische Darstellung der Entfernung von einer Spinndüse (inch) in Abhängigkeit von der Garntemperatur mit einer Wärmebehandlungsanlage (geschwärzte Symbole) und ohne eine Wärmebehandlungsanlage (offene Symbole) unter Verwendung einer FEP-5100, einer 1,0 mm (39,4 mil)/30-Filament-Spinndüse, einer Spinndüsentemperatur von 480°C bei 45,4 g/min/6,0 pph, worin die Quadrate die Gartemperatur bei einer Spinngeschwindigkeit von 400 m/min darstellen, die Kreise stellen die Garntemperatur bei 500 m/min und die Dreiecke stellen die Garntemperatur bei 700 m/min dar;
15 eine graphische Darstellung der Länge der Wärmebehandlungsanlage (inch) in Abhängigkeit vom ersten Fadenbruch mit der Geschwindigkeit in m/min. Es wurden die folgenden verwendet: FEP-5100-Fluorpolymer, 0,76 mm (30-mil)/30-Filament-Spinndüse), eine Spinndüsentemperatur von 480°C und 44,8 g/min;
16 eine graphische Darstellung der Temperatur in Abhängigkeit von der ersten Fadenbruchgeschwindigkeit (m/min) für Beispiel 23, worin die geschwärzten Kreise eine erfindungsgemäße Probe darstellen und die Quadrate die Vergleichsprobe darstellen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung gewährt die Vorteile eines Spinnens bei hoher Temperatur, während dessen Nachteile vermieden werden. In den erfindungsgemäßen Verfahren kann die Zusammensetzung, die hochfluoriertes thermoplastisches Polymer oder ein Blend solcher Polymere aufweist, bei Temperaturen oberhalb der Zersetzungstemperatur der Polymere für eine ausreichende Zeit exponiert werden, um eine Absenkung der Schmelzviskosität zu bewirken, die für das Auftreten einer merklichen Zersetzung des Polymers unzureichend ist. Beim Schmelzspinnen erfährt die schmelzflüssige Zusammensetzung die höchste Schergeschwindigkeit während ihres Durchlaufs durch die Extruderdüse, z.B. Kapillaren, der Spinndüse des Apparates zum Schmelzspinnen. In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist dieses die Stelle, an der die schmelzflüssige Zusammensetzung bis zu einer Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des hochfluorierten Polymers erhitzt werden kann. Aufgrund der hohen Durchsatzgeschwindigkeit, die in der vorliegenden Erfindung in Folge der erhöhten Temperatur erzielt werden kann, wird die Verweilzeit der Zusammensetzung in der Extruderdüse auf ein Minimum gehalten.
In diesem Zusammenhang gewährt die vorliegenden Erfindung ein erstes Verfahren zum Schmelzspinnen einer Zusammensetzung, die hochfluoriertes thermoplastisches Polymer oder ein Blend solcher Polymere aufweist und die Schritte umfasst: Schmelzen einer Zusammensetzung, die hochfluoriertes thermoplastisches Polymer oder ein Blend solcher Polymere aufweist, um eine schmelzflüssige Fluorpolymer-Zusammensetzung zu erzeugen; Befördern der schmelzflüssigen Fluorpolymer-Zusammensetzung unter Druck zu einer Extruderdüse eines Apparates zum Schmelzspinnen; und Extrudieren der schmelzflüssige Fluorpolymer-Zusammensetzung durch die Extruderdüse, um schmelzflüssige Filamente zu erzeugen, wobei die Düse eine Temperatur von mindestens 450°C hat, und zwar bei einer Schergeschwindigkeit von mindestens 100 s^–1 und einer Spinngeschwindigkeit 500 m/min.
In dem Schmelzschritt wird eine Zusammensetzung, in die ein hochfluorieres thermoplastisches Polymer oder ein Blend solcher Polymere einbezogen ist, zum Schmelzen gebracht. Hochfluorierte thermoplastische Polymere für die Aufgabe des ersten Prozesses schließen ein: Homopolymere außer Polytetrafluorethylen (PTFE), wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Copolymere, wie beispielsweise Copolymere von Tetrafluorethylen (TFE), die mit Comonomeren unter Einbeziehung von Perfluorolefinen hergestellt werden, wie beispielsweise eine Perfluorvinylalkyl-Verbindung, einen Perfluoralkylvinylether oder Blends solcher Polymere. Der Begriff "Copolymer" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung Polymere umfassen, die zwei oder mehrere Comonomere in einem einzigen Polymer aufweisen. Eine repräsentative Perfluorvinylalkyl-Verbindung ist Hexafluorpropylen. Repräsentative Perfluoralkylvinylether sind Perfluormethylvinylether (PMVE), Perfluorethylvinylether (PEVE) und Perfluorpropylvinylether (PPVE). Bevorzugte hochfluorierte Polymere sind die Copolymere, die aus Tetrafluorethylen und Perfluoralkylvinylether hergestellt werden, sowie die Copolymere, die aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen hergestellt werden. Die am meisten bevorzugten Copolymere sind TFE mit 1% bis 20 Mol.% eines Perfluorvinylalkyl-Comonomers, vorzugsweise 3% bis 10 Mol.% Hexafluorpropylen oder 3% bis 10 Mol.% Hexafluorpropylen und 0,2% bis 2 Mol.% PEVE oder PPVE, sowie Copolymere von TFE mit 0,5% bis 10 Mol.% Perfluoralkylvinylether, einschließlich 0,5% bis 3 Mol.% PPVE oder PEVE. Ebenfalls geeignet für die Praxis der vorliegenden Erfindung sind Blends von hochfluorierten thermoplastischen Polymeren unter Einbeziehung von Blends von TFE-Copolymeren.
Die für die Praxis der vorliegenden Erfindung geeigneten Fluorpolymere zeigen vorzugsweise einen Schmelzindex (MFR) von 1 bis etwa 50 g/10 min, ermittelt bei 372°C nach dem Standard ASTM D2116, D3307, D1238 oder entsprechenden Tests, die für andere hochfluorierte thermoplastische Polymere verfügbar sind.
Die hochfluoriertes thermoplastisches Polymer oder ein Blend solcher Polymere aufweisende Zusammensetzung kann außerdem Additive aufweisen. Derartige Additive können beispielsweise Pigmente und Füllstoffe einschließen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zusammensetzung, die das hochfluorierte Polymer oder ein Blend solcher Polymere aufweist, wie sie vorstehend diskutiert wurden, unter Erzeugung einer schmelzflüssigen Fluorpolymer-Zusammensetzung geschmolzen. Es kann jede beliebige Maßnahme zur Anwendung gelangen, die auf dem Fachgebiet zur Schaffung einer Schmelze bekannt ist. Ein repräsentatives Verfahren kann das Einführen der Fluorpolymer-Zusammensetzung in einen Extruder einschließen, der bis zu einer ausreichenden Temperatur erhitzt ist, um die Zusammensetzung zum Schmelzen zu bringen, jedoch unterhalb der Zersetzungstemperatur des hochfluorierten thermoplastischen Polymers oder Blends solcher Polymere. Diese Temperatur hängt von den zur Anwendung gelangenden speziellen Polymeren ab.
Sobald sich die Zusammensetzung in einem schmelzflüssigen Zustand befindet, wird sie unter Druck zu einer Extruderdüse eines Apparates zum Schmelzspinnen befördert, wie beispielsweise eine Spinndüse. Mittel zum Befördern von Zusammensetzungen zu der Extruderdüse sind auf dem Gebiet gut bekannt und schließen einen Apparat mit einem Stößel oder Kolben ein, mit einer einfachen Schnecke oder einer Zwillingsschnecke. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gelangt ein Extruder zum Einsatz, um die für die Praxis der vorliegenden Erfindung geeignete Zusammensetzung zu schmelzen und die schmelzflüssige Zusammensetzung zu einer Einfach-Strangdüse oder einer Mehrfach-Strangdüse der Extruderdüse zu befördern, um jeweils ein monofilamentäres oder multifilamentäres Faserprodukt zu erzeugen. Der Extruderzylinder und die Schnecke sowie die Düse sind vorzugsweise aus korrosionsbeständigen Werkstoffen erzeugt, einschließlich korrosionsfeste Stahllegierungen mit hohem Nickelgehalt, wie beispielsweise Hastelloy C-276 (Cabot Corp., Kokomo, IN). Viele geeignete Extruder, einschließlich der Schneckentyp und der Kolbentyp, sind auf dem Gebiet bekannt und kommerziell verfügbar. Zur Erleichterung der Dosierung der Schmelze zwischen der Schnecke und der Spinndüse kann außerdem eine Dosiervorrichtung einbezogen werden, wie beispielsweise eine Zahnradpumpe.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die schmelzflüssige Fluorpolymer-Zusammensetzung, nachdem diese zu der Extruderdüse befördert worden ist, durch die Öffnungen der Extruderdüse, die auf einer Temperatur von mindestens 450°C ist, mit einer Schergeschwindigkeit von mindestens 100 s^–1 und bei einer Spinngeschwindigkeit von mindestens 500 m/min extrudiert.
Die Öffnungen der Extruderdüse können jede gewünschte Querschnittform haben, wobei ein kreisrunder Querschnitt bevorzugt ist. Der Durchmesser einer kreisrunden Querschnittöffnung, der sich für die Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung als geeignet erwiesen hat, kann im Bereich von etwa 0,5 bis 4,0 mm liegen, wobei die Praxis der vorliegenden Erfindung auf diesen Bereich jedoch nicht beschränkt ist. Das Verhältnis von Länge und Durchmesser der Öffnung der Extruderdüse, das in der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, liegt bevorzugt im Bereich von etwa 1:1 bis etwa 8:1. Obgleich das Lochmuster nicht entscheidend ist, sind die Löcher vorzugsweise in einem oder in zwei konzentrischen Kreisen angeordnet, wobei eine Anordnung mit einem einfachen Kreis mehr bevorzugt ist.
1 zeigt einen Teil eines konventionellen Apparates zum Schmelzspinnen für thermoplastische Polymere mit der Spinndüsen-Baugruppe 10. Dargestellt sind ein Adapter 1, der mit einem Patronenheizer erhitzt werden kann, der in den Hohlraum 9 eingesetzt wird, der sich zwischen den gepunkteten Linien entlang des Adapter 1 befindet der an der Vorrichtung zum Befördern und Schmelzen der Fluorpolymer-Zusammensetzung (nicht gezeigt) angebracht ist, ein Filterpack 2, das die Mittel 3 zur Schmelzefiltration enthält, im typischen Fall Siebe, und eine konventionelle Spinndüse 4 mit einer Frontplatte 5, wobei die Frontplatte 5 an dem einen Ende der Spinndüse 4 in einer Entfernung h von dem gegenüberliegenden Ende der Spinndüse 4 angeordnet ist. Die Spinndüse 4 wird angrenzend an der Unterseite 8 des Filterpacks 2 angeordnet und ist gemeinsam mit dem Filterpack 2 an dem Adapter 1 über eine Haltemutter 6 befestigt. Die Spinndüsen-Baugruppe 10 wird über einen Bandheizer 7 beheizt, der peripher um die Haltemutter 6 angeordnet ist. In 1 wird die Spinndüse 4 in der Regel durch ihren leitfähigen Kontakt mit der Haltemutter 6 erhitzt.
In dem konventionellen Aufbau der Spinndüsen-Baugruppe in 1 gibt es keine einfache Möglichkeit, lediglich die Frontplatte 5 der Spinndüse 4 zu beheizen, da die Spinndüse 4 in ihrer Gesamtheit im Inneren des Halteringes 6 liegt. Jeder Versuch, die Frontplatte 5 zu überhitzen, würde zu einem Erhitzen eines erheblichen Teils anderer Flächen der Spinndüsen-Baugruppe 10 bis zu einer ähnlichen, wenn auch etwas geringeren Temperatur führen. Dieses unerwünschte Erhitzen von Bereichen jenseits der Frontplatte 5 der Spinndüsen-Baugruppe 10 bis zu Temperaturen bei oder oberhalb der Zersetzungstemperatur der Fluorpolymer-Zusammensetzung würde zu einer unerwünscht langen Exponierungsdauer der Fluorpolymer-Zusammensetzung an einer hohen Temperatur führen und könnte unter bestimmten Umständen zu einem übermäßigen Polymerabbau führen.
Im Verlaufe der Extrusion wird die Extruderdüse in der vorliegenden Erfindung bis zu einer Temperatur von mindestens 450°C erhitzt. Bei bestimmten Fluorpolymer-Zusammmensetzungen kann die Extruderdüse hierin bis zu Temperaturen von mehr als etwa 500°C erhitzt werden. Das Erhitzen bis zu diesen Temperaturen ohne Abbau der Fluorpolymer-Zusammensetzung kann mit Hilfe einer thermischen Isolierung der Extruderdüse gegenüber anderen Bereichen des Apparates zum Schmelzspinnen erfolgen, die die Fluorpolymer-Zusammensetzung enthalten können. Sobald die schmelzflüssige Fluorpolymer-Zusammensetzung durch die Extruderdüse durchzulaufen beginnt, leitet die erhöhte Temperatur der Düse eine rasche Abnahme der Schmelzviskosität des Polymers ein und erlaubt einen Durchsatz durch die Extruderdüse mit hoher Geschwindigkeit. Um einen thermischen Abbau zu vermeiden, ist es notwendig, die Verweilzeit der Schmelze bei den hohen Temperaturen zu verringern. Ein derartiger Abbau ist nicht nur eine Funktion der Temperatur sondern auch der Zeit, sofern die Temperatur hoch ist, weshalb die Verweilzeit vorzugsweise auf ein Minimum gehalten wird. Daher erlaubt die vorliegende Erfindung die höchste Temperatur in dem Bereich dort, wo sie den größten Nutzen bringt, nämlich in der Extruderdüse, z.B. die Wandungen der Kapillaröffnungen der Spinndüse, die sich in der Frontplatte der Spinndüse befinden. Die Extruderdüse lässt sich daher gegenüber anderen Bereichen des Apparates zum Schmelzspinnen, die mit der Fluorpolymer-Zusammensetzung in Kontakt gelangen können, thermisch isoliert halten.
Die Spinndüse oder ein Teil davon, das die Frontplatte enthält, lassen sich unabhängig von anderen Bereichen der Spinndüsen-Baugruppe beheizen. Für die Praxis der vorliegenden Erfindung lassen sich alle beliebigen Mittel zur Ausführung eines stark lokalisierten Beheizens bis zu einer Temperatur von mindestens 450°C einsetzen. Derartige Mittel schließen eine Spulenanheizvorrichtung ein, eine Patronenheizvorrichtung, eine Bandheizvorrichtung und einen Apparat zur Hochfrequenzerhitzung, Leitfähigkeits-, Induktions- oder konvektive Heizvorrichtung, wie beispielsweise eine Hochfrequenz-Induktionsheizung. Es kann eine Isolation zur Anwendung gelangen, wie beispielsweise eine keramische Isolation, um Sprünge zu schaffen und dadurch eine thermische Isolation zwischen der Frontplatte und anderen Bereichen des Apparates zum Schmelzspinnen, die mit der Fluorpolymer-Zusammensetzung in Kontakt gelangen können. Es können außerdem ein oder mehrere Kühlmäntel auf Bereichen der Spinndüse oder der Spinndüsen-Baugruppe außer dem Bereich der Extruderdüse verwendet werden, um eine thermische Isolation der Extruderdüse zu gewähren.
Um die thermische Isolation der Extruderdüse zu erleichtern, hat sich eine der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Absetzen der Frontplatte der Spinndüse von dem Spinndüsenkörper als zufriedenstellend erwiesen, indem einfach der Abstand, h, zwischen den Enden der konventionellen Spinndüse, wie sie in 1 gezeigt ist, erhöht wird. Indem der Abstand auf diese Weise erhöht wird, wie es in 2 mit h' gezeigt wird, wird ein separates Erhitzen der Frontplatte der Spinndüse gegenüber der Masse der restlichen Spinndüsen-Baugruppe ermöglicht. Auf diese Weise wird die Frontplatte der Spinndüse nach der vorliegenden Erfindung in einer der Ausführungsformen von der Unterseite des Filterpacks um den Abstand h' getrennt, der ausreichend ist, um ein separates Erhitzen der Spinndüsen-Frontplatte zu erlauben.
In 2 ist eine Spinndüsen-Baugruppe 20 dargestellt, die über einen Adapter 21 verfügt, der an einer Vorrichtung zum Schmelzen und/oder Befördern der Fluorpolymer-Zusammensetzung (nicht gezeigt) befestigt ist, ein Filterpack 22, der das Sieb 23 und die Unterseite 28 enthält, eine langgestreckte Spinndüse 24, die über die Frontplatte 25 verfügt, die an dem einen Ende der Spinndüse 24 in einem Abstand h' von dem gegenüberliegenden Ende der Spinndüse 24 an der Unterseite 28 des Filterpacks 22 angeordnet ist, wobei h'>h bei anderen Abmessungen von 1 und 2 gleich gehalten wird, um zu ermöglichen, dass sich die Frontplatte 25 bis zur Außenseite der Haltemutter 26 erstrecken kann. Indem die Frontplatte 25 auf diese Weise von der Haltemutter 26 hervorragt, lässt sich die Heizvorrichtung 29 zum separaten Beheizen der Frontplatte 25 verwenden, so dass die Frontplatte 25 von dem übrigen Teil der Spinndüsen-Baugruppe thermisch isoliert ist. Die Heizvorrichtung 27, wie beispielsweise eine Band- oder Schlangenheizvorrichtung, ist peripher um die Haltemutter 26 angeordnet.
Eine alternative Ausführungsform einer Spinndüsen-Baugruppe, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, ist in 3 als Spinndüsen-Baugruppe 30 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist der untere Teil der Haltemutter 26 von 2 in der Größe verringert, z.B. ist die Haltemutter dünner, siehe die Haltemutter 36 in 3. Hierbei ist der Körper der langgestreckten Spinndüse 34 gegenüber der Länge der Spinndüse 24 von 2 kürzer, wobei die Spinndüse 34 dennoch langgestreckt ist (relativ zur Spinndüse 4 von 1), so dass sie sich über die Haltemutter 36 hinaus erstreckt und ermöglicht, dass die Frontplatte 35 separat mit Hilfe der Vorrichtung 39 gegenüber der Vorrichtung 37 erhitzt werden kann, wie sie zum Beheizen eines anderen Bereichs der Spinndüsen-Baugruppe gezeigt ist. Ebenfalls ist ein Adapter 31 dargestellt, der an der Vorrichtung zum Schmelzen und/oder Befördern der Fluorpolymer-Zusammensetzung (nicht gezeigt) befestigt ist, ein Filterpack 32 und eine Filtrationsvorrichtung 33 sowie ein Kanal 38.
In den vorgenannten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die zur Spinndüse beförderte schmelzflüssige Zusammensetzung mit Hilfe von Vorrichtungen erhitzt werden, die um die Außenseite der Spinndüse angeordnet sind, wodurch die Temperatur der Schmelze angrenzend an den Wandungen der Öffnungen größer ist als die Temperatur in der Mitte der Schmelze. Der Einfluss dieser Temperaturungleichheit, die an der Außenseite am größten ist und sich in Richtung auf die Mitte der Schmelze verringert, kann bewirken, dass sich die extrudierenden Filamente zur Mitte der Spinndüse hin auslenken. Es ist beobachtet worden, dass der Winkel der Auslenkung bei einer hohen Strahlgeschwindigkeit für bestimmte Fluorpolymer-Zusammensetzungen größer als 45° ist. Der Einfluss dieses Phänomens kann eine Herabsetzung der erreichbaren Kontinuität des Hochgeschwindigkeitsfilamentes sein. Um jeglichen Temperaturgradienten zwischen den äußersten und innersten Teilen der Polymerschmelze zu verringern, ist im Inneren von Öffnung 48 eine Heizvorrichtung vorgesehen, wie beispielsweise eine Patronen-Heizvorrichtung, die in die Mitte der langgestreckten Spinndüse 44 entsprechend der Darstellung der Spinndüsen-Baugruppe 40 in 4 eingeführt werden kann. Ebenfalls wird in 4 ein Adapter 41 gezeigt, der an einer Vorrichtung zum Schmelzen und/oder Befördern der Fluorpolymer-Zusammensetzung (nicht gezeigt) befestigt ist, an dem Filterpack 42, der Filtrationsvorrichtung 43, der Haltemutter 46, den Heizvorrichtungen 47 und 49 und der Frontplatte 45.
Eine weitere Ausführungsform, die von der vorliegenden Erfindung gewährt wird und in den 5 und 6 dargestellt ist, ist eine Spinndüsen-Baugruppe 50, um die Schmelze schneller zu erhitzen und durch einen schmalen Kanal 62 (im Vergleich zu Kanal 38 von 3), der im Inneren der Transferstraße 58 vorgesehen ist, und das Volumen direkt vor der Spinndüsen-Frontplatte 55 zu verringern. Durch die Verringerung des Volumens wird die Verweilzeit verringert. Diese Ausführungsform bietet außerdem die Möglichkeit, durch die Verwendung von Heizvorrichtung 60 eine Zwischentemperaturzone für die Zusammensetzung bereitzustellen, während sie sich im Kanal 62 der Transferstraße 58 befindet. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren außerdem das Exponieren der Fluorpolymer-Zusammensetzung bis zu einer Zwischentemperatur im Bereich von der Schmelztemperatur der Fluorpolymer-Zusammensetzung bis zu einer Temperatur einbeziehen, die kleiner ist als die Temperatur der Extruderdüse, z.B. an der Frontplatte der Spinndüse. Wie gezeigt wird, kann der an dem Filterpack 52 angrenzende Teil der Transferstraße 58 mit Hilfe von Heizvorrichtung 57 erhitzt werden, die peripher um die Haltemutter 56 angeordnet ist. Die Fluorpolymer-Zusammensetzung im Inneren des Kanals 62 der Transferstraße 58 kann bis zu mindestens einer Zwischentemperatur vorgeheizt werden, die im Bereich oberhalb der Schmelztemperatur der Fluorpolymer-Zusammensetzung bis zu einer Temperatur liegen kann, die kleiner ist als die Temperatur der Frontplatte 55, und zwar mit Hilfe von Heizvorrichtung 57 und/oder Heizvorrichtung 60. Die Frontplatte 55 ist in dieser Ausführungsform so dargestellt, dass sie separat über die Heizvorrichtung 61 erhitzt werden kann, die sich in der Spinndüsenmuffe 59 befindet. Die Transferstraße 58 ist Filterpack 52 und Filtrationsvorrichtung 53 nachgeschaltet dargestellt, der Spinndüse 54 folgt, die mit einer Scheibenform gezeigt wird. Spinndüse 54 kann zum Reinigen und Auswechseln herausnehmbar sein, ohne dass Packfilter 52 entfernt werden muss. Ebenfalls gezeigt ist Adapter 51, der an einer Vorrichtung zum Schmelzen und/oder Befördern der Fluorpolymer-Zusammensetzung (nicht gezeigt) befestigt ist.
7 und 8 zeigen Spinndüsen-Baugruppe 70 der vorliegenden Erfindung mit einer Ausführungsform, die die Entfernung der Transferstraße 78 ermöglicht und worin Scheibenspinndüsen mit größerem Durchmesser im Bezug auf die in 5 und 6 gezeigte Ausführungsform untergebracht werden können, wie beispielsweise Spinndüse 74. Die Spinndüsenmutter 79 hält die Scheibenspinndüse 74 mit der Frontplatte 75 an der Unterseite 82 der Transferstraße 78. Der schmale innere Strömungskanal 83 in der Transferstrecke 78 verringert das Volumen und die Verweilzeit der Fluorpolymer-Zusammensetzung bei hoher Temperatur und verringert dadurch weiter die Möglichkeit eines Abbaus. Die Transferstrecke 78 bietet außerdem die Möglichkeit zur schrittweisen Erhöhung einer Zwischentemperatur zwischen der Filtervorrichtung 73 und der Spinndüse 74 über deren separate Heizvorrichtung 80. Gleichzeitig gewährt die gezeigte Ausführungsform der Transferstrecke einen gleichförmigen und schnelleren Wärmeübergang. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Scheibenspinndüse 74 ausgewechselt werden kann, ohne dass das Filterpack entfernt werden muss, und außerdem lasst sich die Scheibe leichter herstellen. Ebenfalls ist ein Adapter 71 gezeigt, der an einer Vorrichtung zum Schmelzen und/oder Befördern der Fluorpolymer-Zusammensetzung (nicht gezeigt) befindet, der Platte 72, die über mehrfache Verteilungskanäle verfügt, die für die Filtervorrichtung 73 einen Halt bieten, Haltemutter 76, die von Heizvorrichtung 77 umgeben ist, Kammer 84, die zwischen der Filtervorrichtung 73 und der Transferstrecke 78 angeordnet ist, und Frontplatte 75.
Es wird angenommen, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine durch eigenes Schmelzen geschmierte Extrusion erlaubt. Unter "durch eigenes Schmelzen geschmierte Extrusion" wird verstanden, dass lediglich die Haut des Extrudats, d.h. derjenige Teil der Schmelze, der an den Wandungen der Öffnungen angrenzt, bis zu der extrem hohen Temperatur durch die sehr heiße Oberfläche der Düsenöffnung erhitzt wird, die zu einer sehr geringen Viskosität dieses Teils der Schmelze führt, während das Volumen des Extrudats bei einer geringeren Temperatur gehalten wird, was auf den kurzen Kontakt oder die kurze Verweilzeit zurückzuführen ist. Die erheblich herabgesetzte Viskosität der äußeren Haut verhält sich wie ein dünner Schmiermittelfilm und erlaubt so, dass die Extrusion zu einer Pfropfenströmung wird, worin die Masse des Extrudats eine gleichförmige Geschwindigkeit erhält.
Der hierin verwendete Begriff "Schergeschwindigkeit" bezieht sich auf die scheinbare Wand-Schergeschwindigkeit, die als 4Q/πR³ berechnet wird (Q=volumetrischer Durchsatz, R=Radius der Kapillare). In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung beträgt die Schergeschwindigkeit mindestens 100/s. Der Bereich der Schergeschwindigkeit, über den ein zufriedenstellendes Schmelzspinnen der Faser in einer vorgegebenen Konfiguration und bei einer vorgegebenen Temperatur erreicht werden kann, wird zunehmend schmaler mit zunehmender Viskosität der Polymerschmelze. Das Arbeitsfenster kann durch Erhöhung der Temperatur erweitert werden, die die kritische Schergeschwindigkeit für das Einsetzen von Schmelzbruch zu höheren Geschwindigkeiten verschiebt, wobei jedoch darauf geachtet werden muss, dass ein Polymerabbau vermieden wird. Die kritische Temperatur/Schergeschwindigkeit für Schmelzbruch wird hierin ermittelt, indem die Durchsatzrate für eine vorgegebene Temperatur und Düsenabmessung so lange erhöht wird, bis eine Oberflächenrauhigkeit sichtbar wird, was sich durch eine Veränderung des schmelzflüssigen Extrudats von transparent bis zu geringfügig lichtundurchlässig zeigt, was für das Einsetzen von Schmelzbruch kennzeichnend ist. Eine weitere Erhöhung des Durchsatzes würde eine unerwünschte größere Oberflächenrauheit und eine schlechtere Spinnleistung und -eigenschaften ergeben.
Die Spinngeschwindigkeit des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beträgt mindestens 500 m/min und wird hierin als die Spinngeschwindigkeit der letzten Rolle bestimmt, die von der Konfiguration des Apparates zum Schmelzspinnen abhängt und die die Abzugsrolle sein kann oder die die Aufspulrolle sein kann.
In der Praxis der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass sowohl die Schergeschwindigkeit als auch der SSF-Wert einen großen Einfluss auf die Festigkeit des versponnenen Fadens haben. Es kann die gleiche Festigkeit aufrecht erhalten werden, wenn die Schergeschwindigkeit erhöht wird, während der SSF-Wert abnimmt bzw. umgekehrt, was in Beispiel 1 demonstriert wird und graphisch in 11 gezeigt wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Abschirmen der Filamente umfassen. Durch das Abschirmen der Filamente bleibt die Luft, die die Filamente umgibt, wärmer als wenn die Filamente uneingeschränkt der Umgebungsluft exponiert sein würden, womit ein rasches Kühlen der Filamente vermieden wird. Eine uneingeschränkte Umgebungsluft und speziell verwirbelte Luft können zu einem raschen Kühlen der Filamente führen, was deshalb unerwünscht ist, weil dieses für den Betrag der Streckung von Nachteil ist, den das Filament haben kann. Die Abschirmung der Filamente kann somit eine stärkere Dämpfung des Spinn-Stretches ermöglichen. Es ist hierin beobachtet worden, dass das Erreichen eines hohen SSF-Wertes bei schnellem Spinnen dann erhalten werden kann, wenn die Erstarrung des schmelzflüssigen Fadenlaufes bei einer Distanz größer als das 50-fache des Durchmessers der Extruderdüse auftreten kann (Kapillardurchmesser, siehe auch 13). Vorzugsweise ist die Erstarrungsdistanz größer als das 500-fache des Durchmessers der Kapillare. Das Abschirmen kann erreicht werden, indem die schmelzflüssigen Filamente durch eine Wärmebehandlungsanlage geführt werden. Die Wärmebehandlungsanlage macht es möglich, dass die mit hoher Geschwindigkeit extrudierten schmelzflüssigen Filamente einem hochgradigen Spinn-Stretch unterworfen werden können und damit die Spinngeschwindigkeit erhöht wird. Obgleich ein leichter Luftsog durch die schnelle Bewegung des Garns durch den unteren Teil der Wärmebehandlungsanlage erzeugt werden kann, schafft die Wärmebehandlungsanlage immer noch eine verhältnismäßig ruhige Umgebung gegen die umgebende Luftturbulenz, die zwar teilweise kühlt, jedoch ein rasches Kühlen der extrem heißen schmelzflüssigen Filamente verhindert und die Filamente oberhalb ihres Schmelzpunktes für eine weitaus größere Distanz von der Spinndüse aufrecht erhält als ohne eine Wärmebehandlungsanlage. Dieses ist graphisch in 13 dargestellt. Die Verwendung einer Wärmebehandlungsanlage hält das verfestigte Garn außerdem bei einer höheren Temperatur als ohne die Verwendung einer Wärmebehandlungsanlage, was in 14 gezeigt wird. Darüber hinaus kann die Verwendung einer Wärmebehandlungsanlage höhere Spinngeschwindigkeiten ermöglichen, was in 15 dargestellt wird (zu beachten: 0 inch bedeutet keine Wärmebehandlungsanlage). Bezüglich der 14 und 15 gilt: 1 inch=25,4 mm.
Eine der Ausführungsformen einer in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Wärmebehandlungsanlage ist in den 10A und 10B gezeigt. Dargestellt ist eine Wärmebehandlungsanlage 200, die ein inneres Rohr 202 enthält, bei dem es sich um ein langes konzentrisch im Inneren des äußeren Rohres 204 angeordneten Rohres handelt, einem Rohr mit etwas größerem Durchmesser, das im Wesentlichen die gleiche Länge haben kann. Das innere Rohr 202 kann im Inneren des äußeren Rohres 204 so angeordnet sein, dass es nach unten aus dem äußeren Rohr 204 herausragt und dadurch einen Austritt für die schmelzflüssigen Filamente bietet, wobei es außerdem eine zylindrische Öffnung 205 an der Oberseite des äußeren Rohres 204 erzeugt. Die Öffnung 205 erlaubt das Einsaugen von Luft in die innere Kammer 206 des inneren Rohres 202, die in einem ringförmigen Zwischenraum 208 zwischen dem inneren Rohr 202 und dem äußeren Rohr 204 vorgewärmt sein kann. Obgleich keine externe Wärme vorgesehen ist, kann der ringförmige Zwischenraum 208 während des Spinnens durch die von den extrudierten, heißen schmelzflüssigen Filamenten abgestrahlte Wärme erhitzt werden. Der Deckflansch 210, der eine kreisrunde periphere Lippe aufweisen kann, sitzt auf der Oberseite des äußeren Rohres 204. An dem Deckflansch 2l0 kann Siebrohr 212 angebracht sein, das vorzugsweise aus einem feinmaschigen Sieb besteht, wie beispielsweise 20 Mesh, das angrenzend an den Innenwände des inneren Rohres 202 angeordnet ist. Das Siebrohr 212 erstreckt sich axial durch die innere Kammer 206 bis über die Öffnung 205 hinaus, wobei es jedoch nicht notwendig ist, das Siebrohr für die gesamte Länge des inneren Rohres vorzusehen. Das Siebrohr 212, das darüber hinaus ein zweites feineres Sieb enthalten kann, wie beispielsweise 100 Mesh, und das an dem ersten Sieb angebracht ist oder in dessen unmittelbarer Nähe, hat die Aufgabe, die einströmende Luftturbulenz zu verringern und außerdem eine im Wesentlichen gleichförmige Verteilung der Luft zu erleichtern, so dass sich die Luft radial in die innere Kammer 206 durch Öffnung 205 bewegt. Ebenfalls dargestellt sind perforierte, ringförmige Plattenzwischenstücke 214, die zwischen dem inneren Rohr 202 und dem äußeren Rohr 204 angeordnet und entweder mit der Außenseite des inneren Rohres 202 verbunden sind oder mit der Innenseite des äußeren Rohres 204 und dazu dienen können, das Herausfallen des inneren Rohres 202 aus dem äußeren Rohr 204 zu verhindern. Auf der Oberseite der Platte 214 können Siebe 216 aus feinem Maschendraht angeordnet werden, um die nach oben und in die Öffnungen 205 einströmende Luft eindringen zu lassen und zu verteilen. Derartige Zwischenstücke 214 und 216 sind optional. Ein optionaler Glasring 220 erlaubt die visuelle Beobachtung der schmelzflüssigen Fadenläufe und der Spinndüsenseite.
Die inneren und äußeren Rohre der Wärmebehandlungsanlage können aus Materialien gefertigt sein, einschließlich Metall, wie beispielsweise Aluminium, oder Kunststoff, wie beispielsweise Lucite^®. Die Wärmebehandlungsanlage kann freistehend sein oder kann mit einem stabilen Aufbaumechanismus stabil gehalten werden, der an anderen Elementen des Apparates zum Schmelzspinnen angebracht oder mit anderen Materialien befestigt ist, um diese standfest zu halten.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ferner das Durchführen des Extrudats in Form eines oder mehrere Stränge durch eine Abschreckzone zu einer Vorrichtung zum Aufnehmen der versponnenen Faser umfassen. Die Abschreckzone kann auf Umgebungstemperatur sein oder im Vergleich dazu erhitzt oder gekühlt sein, was von den Anforderungen der zum Einsatz gelangenden speziellen Prozesskonfiguration abhängt.
Für die Praxis der vorliegenden Erfindung ist jede beliebige Vorrichtung zum Aufnehmen der Fasern geeignet. Derartige Vorrichtungen schließen eine rotierende Trommel ein, einen Piddler oder einen Aufspuler, bevorzugt mit einer Traverse, die alle auf dem Gebiet bekannt sind. Andere Vorrichtungen schließen einen Prozess zum Zerhacken oder Schneiden der Fasern aus dem kontinuierlichen Streckspinnen für die Aufgabe der Erzeugung eines Stapelfaserkabels ein oder eines Fibrids. Andere Vorrichtungen schließen noch einen direkt in den Produktionsablauf einbezogenen Einbau der spinnverstreckten Faser in eine textile Struktur oder eine Verbundstruktur ein. Andere Vorrichtungen, die sich in ihren in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen als geeignet erwiesen haben, ist ein Aufspuler vom Textil-Schnelläufer-Typ der Sorte, wie er kommerziell bei Leesona Co., Burlington, NC, verfügbar ist.
Diese anderen Vorrichtungen sind auf dem Gebiet des Fadenspinnens dafür bekannt, dass sie den Transport der Faser unterstützen, und können nach den Garantievorgaben zum Einsatz gelangen. Diese Vorrichtungen schließen die Verwendung von Führungsrollen ein, Aufnahmerollen, Luftschranken, Separatoren und dergleichen.
Die Faser kann mit einer Antistatikausrüstung versehen werden. Derartige Ausrüstungen sind in der Branche gut bekannt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Recken der Faser, eine Relaxierstufe oder Beide umfassen. Die Faser kann zwischen Aufnahmewalzen und einem Satz von Reckwalzen gestreckt werden. Ein solches Recken ist auf dem Gebiet dafür bekannt, die Reißlänge der Faser zu erhöhen und die lineare Dichte zu verringern. Die Aufnahmerollen können erhitzt werden, um der Faser einen höheren Reckgrad zu vermitteln. Wobei Temperatur und der Reckgrad von den gewünschten Endeigenschaften der Faser abhängen. Zum Relaxieren der Faser können in ähnlicher Weise weitere Stufen hinzugefügt werden, die der Fachwelt auf dem Gebiet gut bekannt sind.
Die vorliegende Erfindung gewährt ferner einen Apparat zum Schmelzspinnen von Fasern, der eine Spinndüsen-Baugruppe aufweist die eine Vorrichtung zum Filtrieren aufweist, eine Spinndüse, eine langgestreckte Transferstrecke, wobei die Transferstrecke zwischen der Filtrationsvorrichtung und der Spinndüse angeordnet ist; sowie Mittel zum Heizen der langgestreckten Transferstrecke, Mittel zum Beheizen der Spinndüse und eine langgestreckte Wärmebehandlungsanlage, die unterhalb der Spinndüsen-Baugruppe angeordnet ist.
In dem erfindungsgemäßen Apparat können alle Mittel zum Filtrieren von schmelzgesponnener Faser verwendet werden, die üblicherweise auf dem Gebiet des Schmelzspinnens zur Anwendung gelangen. Die Spinndüse ist so aufgebaut, dass sie gegenüber anderen Bereichen des Apparates zum Schmelzspinnen separates Erhitzen der Vorderseite der Spinndüse erlaubt, z.B. den Abschnitt der Spinndüse, die die Wandungen der Kapillaren enthält, wobei die Vorderseite eine separate Platte aufweisen kann oder integraler Bestandteil des Gehäuses der Spinndüse sein kann. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Kapillaren im Inneren der Spinndüse beträgt vorzugsweise etwa 1:1 bis etwa 8:1. Die Kapillaröffnungen der Spinndüse sind bevorzugt so angeordnet, dass ein gleichförmiges Erhitzen unter den gesamten Öffnungen erreicht wird. Bevorzugt sind die Kapillaröffnungen in zwei konzentrischen Kreisen oder in einem Kreis angeordnet. Bevorzugt lässt sich die Spinndüse von der Transferstrecke separat entfernen, um ein leichtes Reinigen oder Auswechseln zu gestatten. In ähnlicher Weise ist die Transferstrecke vorzugsweise von dem Filterpack und der Spinndüse entfernbar. Mittel zum Beheizen der Transferstrecke und Mittel zum Beheizen der Spinndüse können einen Bandheizer einschließen, eine Schlangenheizvorrichtung oder andere Heizvorrichtungen zum Erhitzen durch Wärmeleitung, Konvektion oder Hochfrequenz-Induktionsheizer, die der Fachwelt bekannt sind.
Die vorstehend und in den Beispielen in den Einzelheiten beschriebene langgestreckte Wärmebehandlungsanlage weist bevorzugt ein Innenrohr und ein äußeres Rohr auf, das durch ein ringförmiges Zwischenstück getrennt ist. Vorzugsweise liegt der Innendurchmesser der Innenrohre im Bereich von etwa 3 inch bis etwa 8 inch. Die langgestreckte Wärmebehandlungsanlage kann ferner ein Siebrohr aufweisen, das angrenzend an der Innenwand des Innenrohrs angeordnet ist und sich mindestens teilweise nach unten entlang der Länge des Innenrohrs erstreckt. Die langgestreckte Wärmebehandlungsanlage kann ferner mindestens eine perforierte Platte aufweisen, die im Inneren des ringförmigen Zwischenraums angeordnet ist und sich radial im Bezug auf den Umfang des äußeren Rohres erstreckt und an der Außenwand des Innenrohres angebracht ist, an der Innenwand des äußeren Rohres oder an beiden Rohren.
Die Siebe können sich auf diesen perforierten Platten befinden oder in deren unmittelbarer Nähe. Die Luft kann in den ringförmigen Zwischenraum der Wärmebehandlungsanlage durch eine Öffnung oder einen Einlass eintreten. Die Wärmebehandlungsanlage kann ferner Mittel zum Messen oder Regeln der Geschwindigkeit des Luftstroms aufweisen, wie beispielsweise ein Nadelventil oder einen Durchflussmesser.
Der erfindungsgemäße Apparat kann ferner Mittel zum Aufnehmen der versponnenen Filamente aufweisen. Es kann jedes beliebige, auf dem Gebiet bekannte konventionelle Mittel eingesetzt werden, einschließlich eine Aufnahmerolle, eine Streckrolle und Abspuler, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Eine der Ausführungsformen eines Apparates nach der vorliegenden Erfindung zum Schmelzspinnen ist als der Apparat zum Schmelzspinnen 100 in 9 dargestellt. Gezeigt sind ein Beschickungstrichter 102, in den die Polymerzusammensetzung zugeführt wird und vorzugsweise in Form von Pellets. Diese Pellets sind erwärmt und werden durch den Schneckenextruder 103 befördert. Nachdem das Polymer oder die Blend-Zusammensetzung geschmolzen ist, wird es unter Druck zum Pumpenblock 104 durch das Filterpack 105, die Transferstrecke 106 zur Spinndüse 107 mit der Vorderseite 108 befördert. Die Glasmuffe 109 erlaubt eine Betrachtung der geschmolzenen Filamente. Die geschmolzene Fluorpolymer-Zusammensetzung wird durch eine oder mehrere Öffnungen der Frontplatte 108 in der Spinndüse 107 unter Erzeugung eines zusammenhängenden Stranges extrudiert, der durch die langgestreckte Wärmebehandlungsanlage 110 eine Richtung erhält, wobei der Strang abgeschirmt ist, um ein rasches Kühlen zu vermeiden. Beim Verlassen der Wärmebehandlungsanlage läuft die versponnene Faser durch Sauschwänze 111, zu Führungen für die Richtungsänderung 116, zur Auftragsrolle 112 für einen wahlweisen Appreturauftrag, zu einem Paar von Aufnahmerollen 113, einem Paar Reckwalzen 114 und einem Aufspuler 115. Es können zusätzliche Reckstufen sowie Relaxationsrollen hinzugefügt werden.
Die mit Hilfe des Verfahrens und des Apparates der vorliegenden Erfindung erzeugten Fasern können in Textilien von Nutzen sein. Derartige Textilien lassen sich in Leistungssportbekleidung einsetzen, wie beispielsweise Strümpfe. Diese Fasern können mit anderen Fasern in textilen Flächengebilden kombiniert werden. Fasern aus PTFE lassen sich für technisches Garn bei der Nassfiltration verwenden. PTFE-Faser kann auch für Lager mit Trockenschmierung kurz geschnitten werden.
BEISPIELE
In den Beispielen wurden die folgenden Polymere verwendet (insgesamt verfügbar bei E. I. du Pont de Nemows and Company, Wihnington, DE):

Teflon^® PFA 340, ein Copolymer aus TFE und Perfluorpropylvinylether
Teflon^® FEP 5100, ein Copolymer aus TFE, Hexafluorpropylen und Perfluorethylvinylether
Zonyl^® MP-1300 PTFE
Teflon^® TE-6462 PTFE
Teflon^® PTFE TE-6472, ein granulares Formpresspulver
Teflon^® PTFE 62, eine mit Gleitmittel versehene Extrusionsharzpaste
Zonyl^® MP-1600N, PTFE

Sofern nicht anders angegeben, war das zur Anwendung gelangende Polymer Teflon^® PFA 340.
BEISPIEL 1
Getestet wurden die Einflüsse der Spinndüsentemperatur, der Schergeschwindigkeit und des Spinn-Stretchfaktors (SSF) auf die Spinngeschwindigkeit und die Fasereigenschaften.
Das Spinnen wurde unter Verwendung eines Einschneckenextruders aus Stahl mit einem Durchmesser von 25,4 mm (1,0 inch) ausgeführt, an dem ein Spinnpumpenblock angeschlossen war, der wiederum mit einem Spinndüsenblock-Adapter mit den folgenden Merkmalen verbunden war: Anstelle einer Spinnpumpe wurde eine Bypass-Platte verwendet. Es wurde eine langgestreckte Spinndüse verwendet, wie sie in 2 dargestellt ist, worin "h" 2,0 inch betrug. Eine 39-Loch-Spinndüse mit 0,76 mm (30 Mil), worin sich alle Löcher in einem einzigen Kreis befanden, wurde zum Abdecken der Schergeschwindigkeit von niedrigen bis zu mittleren Schergeschwindigkeiten verwendet, z.B. etwa 60/s bis etwa 180/s, während eine Spinndüse mit 25 Loch und 15 Mil verwendet wurde, um die mittleren bis hohen Schergeschwindigkeiten abzudecken, z.B. etwa 350/s bis etwa 1.150/s. Um den unteren Teil mit 25,4 mm (1 inch) der langgestreckten Spinndüse war ein Schlangenheizkörper (Industrial Heater Corp.) mit einem Innendurchmesser von 31,75 mm (1,25 inch) und einer Höhe von 25,4 mm (1 inch) gewickelt und wurde verwendet, um den Abschnitt der Spinndüse separat zu erhitzen, der die Frontplatte enthielt. Es wurden konventionelle Aufnahmerollen zusammen mit einem Leesona-Aufspuler verwendet.
Das Temperaturprofil vor der Spinndüse betrug 350°C im Schneckenextruder, 380°C im Pumpenblock bis zum Siebfilter, der sich zwischen Extruder und Spinndüse befand. Es wurden unter Verwendung von Teflon^® PFA 340 drei Spinnoperationen ausgeführt. Die Spinndüsentemperatur war eingestellt auf 420°C, 460°C oder 500°C.
Bei 420°C trat bei etwa 180/s Schergeschwindigkeit Schmelzbruch (M.F.) ein. Die höchstmögliche Spinngeschwindigkeit, bei der alle Filamente ohne Schmelzbruch intakt blieben, betrug etwas weniger als 219 m/min bei einer Schergeschwindigkeit von etwa 90/s. Die Faser-Reißlänge bei dieser Geschwindigkeit und dieser Scherung betrug 1,02 gpd. Die höchste Spinngeschwindigkeit bei dem letzten Faserbruch betrug 490 m/min bei einer Schergeschwindigkeit von etwa 60/s und die Faser-Reißlänge 1,68 gpd mit einem Filament-Denier von 4,0. (1 gpd=1 g/Denier, worin 1 Denier=1 g/9.000m sind).
Bei 460°C erhöhte sich die verspinnbare Schergeschwindigkeit bis zu etwas weniger als 720/s vor dem Einsetzen von Schmelzbruch. Die höchste gemessene Spinngeschwindigkeit beim ersten Faserbruch betrug 435 m/min bei einer Schergeschwindigkeit von 160/s, wobei die Faser eine Reißlänge von 1,13 gpd besaß. Die höchste Spinngeschwindigkeit beim letzten Faserbruch betrug 850 m/min ebenfalls bei einer Schergeschwindigkeit von etwa 160/s. Die höchste Faser-Reißlänge für eine versponnene Faser beim letzten Faserbruch betrug 1,61 gpd, versponnen bei 580 m/min mit einem Filament-Denier von 2,0.
In 11 ist eine graphische Darstellung der Schergeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Spinn-Stretchfaktor für die Spinndüsenprobe bei 500°C dargestellt. Die geschwärzten Dreiecke repräsentieren die Daten beim ersten Faserbruch und die offenen Dreiecke repräsentieren die Daten beim letzten Faserbruch. Bei 500°C war die verspinnbare Schergeschwindigkeit auf etwas weniger als 1.150/s vor dem Einsetzen von Schmelzbruch verschoben. Die höchste Spinngeschwindigkeit beim ersten Faserbruch betrug 933 m/min bei einer Schergeschwindigkeit von etwa 180/s, wobei die Faser eine Reißlänge von 1,04 gpd besaß. Die höchste Spinngeschwindigkeit beim letzten Faserbruch betrug 930 m/min ebenfalls bei etwa 180/s und die Reißlänge bei dieser Geschwindigkeit 1,15 gpd.
Daraus ist ersichtlich, dass die Temperatur der Spinndüse von 420°C bis 500°C erhöht die erreichbare Spinngeschwindigkeit um einen Faktor von 4,3-fach erhöhte.
Außerdem übte die Temperatur einen positiven Einfluss auf den SSF-Wert beim ersten Faserbruch bei konstanter Schergeschwindigkeit aus, wie in 12 gezeigt wird. Die geschwärzten Kreise zeigen den SSF-Wert bei 420°C; die geschwärzten Quadrate zeigen den SSF-Wert bei 460°C und die geschwärzten Dreiecke zeigen den SSF-Wert bei 500°C. Ein höherer SSF-Wert bedeutet, dass bei der gleichen Durchsatzrate und vorgegebenen Lochgröße der Spinndüse die Aufnahmegeschwindigkeit größer war als die Spinngeschwindigkeit.
Sofern in dem übrigen Beispiel nicht anders angegeben, wurde das Verspinnen unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Anlage mit der Ausnahme ausgeführt, dass ein korrosionsfester Einschneckenextruder mit einem Durchmesser von 38,1 mm (1,5 inch) verwendet wurde, der von Killion Extruders, Inc., Cedar Grove, N.J. hergestellt war. Dieser Extruder verfügte über 3 separate Heizzonen, die mit "Schneckenzone 1, 2 und 3" in den nachfolgenden Temperaturprofilen bezeichnet wird. Es wurde ein Klemmring verwendet, um den Extruder an dem Schneckenadapter zu befestigen, der sie zusammenhielt, während der Schneckenadapter wiederum an dem Spinndüsenadapter befestigt war. Der Klemmring wurde unter Verwendung eines zylindrischen Stab-Patronenheizers erhitzt, während der Schneckenadapter und die Spinndüsenadapter unter Verwendung von Patronenheizern erhitzt wurden. Eine Bandheizvorrichtung wurde verwendet, um das Filterpack zu erhitzen. Sofern nicht anders angegeben wurde zum Beheizen der jeweils vorhandenen Transferstrecke und der Spinndüsen-Vorderseite eine Band- oder Schlangenheizvorrichtung verwendet. Es wurde eine konventionelle Aufnahme- und Aufspulanlage unter Einbeziehung eines Leesona-Aufspulers verwendet.
BEISPIEL 2
Das Spinnen wurde mit einer Durchsatzrate von 1,3 g/min pro Düsenöffnung unter Verwendung einer gestreckten Spinndüse mit 30 Loch und 0,76 mm (30 Mil) bei einer Strahlgeschwindigkeit von 1,9 m/min ausgeführt. Das Profil der Spinntemperatur (°C) der Anlage lautete:
Die Schergeschwindigkeit betrug 328/s und die erzielte maximale Spinngeschwindigkeit 1.100 m/min bei einem Spinn-Stretchfaktor bei erstem Faserbruch (FFB) von 580. Die Denier-Zahl, Reißlänge, Dehnung und E-Modul der resultierenden Fasern betrugen jeweils: 11 d/0,76 gpd/61%/5,6 gpd.
BEISPIEL 3
Dieses Spinnen wurde ähnlich wie in Beispiel 2 mit der Ausnahme ausgeführt, dass eine konisch zulaufende große Wärmebehandlungsanlage aus Aluminium mit 1,54 m (5 ft) zu der Anlage der Spinndüse nachgeschaltet hinzugefügt wurde, um die schmelzflüssigen Filamente nach ihrem Austritt aus der Spinndüse abzuschirmen. Die Wännebehandlungsanlage hatte einen Querschnitt von 12 in² an der Oberseite und verjüngte sich nach unten auf eine Quadratfläche von 25,4 mm (1,0 inch) am Boden. Es wurde das gleiche Temperaturprofil wie in Beispiel 2 mit der Ausnahme der folgenden Änderungen verwendet: 380°C Schneckenadapter, 470°C Spinndüsenadapter, 470°C Siebplattenfilter. Die Schergeschwindigkeit betrug 328/s. Unter Verwendung der gleichen Durchsatzrate von 1,3 g/min pro Düsenöffnung und unter Anwendung einer langgestreckten Spinndüse mit 30 Loch mit 0,76 mm (30 Mil), wie sie in Beispiel 2 verwendet wurde, erhöhte sich die maximale Spinngeschwindigkeit um 35% oder 385 m/min auf 1.485 m/min bei einem SSF-Wert bei FFB von 782. Die Denier-Zahl, Reißlänge, Dehnung und E-Modul der resultierenden Fasern betrugen jeweils: 9,4 d/0,72 gpd/76%/5,1 gpd.
BEISPIEL 4
Dieses Spinnen wurde ähnlich wie in den Beispielen 2 und 3 mit der Ausnahme ausgeführt, dass eine andere Wärmebehandlungsanlage verwendet wurde. Bei diesem Spinnen wurde eine freistehende Lucite^®-Wärmebehandlungsanlage mit einer Höhe von 1,905 m (6 ft. und 3 in.) verwendet, die einen Querschnitt von 30,5 cm × 30,5 cm (12 inch × 12 inch) hatte. Es wurde das gleiche Temperaturprofil wie in Beispiel 3 angewendet. Die Schergeschwindigkeit betrug 328/s. Die maximale Spinngeschwindigkeit wurde bis 1.756 m/min bei einem SSF-Wert bei FFB von 924 erhöht. Dieses war eine Zunahme der Spinngeschwindigkeit im Vergleich zu Beispiel 2 von 60% oder eine 18%ige Zunahme der Spinngeschwindigkeit im Vergleich zu Beispiel 3. Die Denier-Zahl, Reißlänge, Dehnung und der E-Modul der resultierenden Fasern betrugen jeweils: 6,0 d/1,16 gpd/28%/10 gpd.
BEISPIEL 5
In diesem Beispiel wurde eine Spinndüsen-Baugruppe verwendet, wie sie in 3 gezeigt wird, die über eine verkürzte langgestreckte Spinndüse verfügte. Der Abstand zwischen der Unterseite des Filterpacks und der Frontplatte der Spinndüse betrug 31,8 mm (1,25 inch). Es wurde das gleiche Temperaturprofil und die gleiche Lucite^®-Wärmebehandlungsanlage mit 1,905 m (6 ft. und 3 inch) wie in Beispiel 4 verwendet. Die Schergeschwindigkeit betrug 328/s. Die maximale Spinngeschwindigkeit, die erzielt wurde, betrug 1.860 m/min bei einem SSF-Wert bei FFB von 979. Diese Hochgeschwindigkeitsprobe wurde nicht auf Fasereigenschaften getestet, jedoch wurde eine andere Probe unter den gleichen Bedingungen bei einer Schergeschwindigkeit von 342/s mit einer Spinngeschwindigkeit von 1.701 m/min versponnen, die die folgenden Fasereigenschaften hatte (Denier-Zahl, Reißlänge, Dehnung und E-Modul): 7,6 d/1,01 gpd/68%/6,2 gpd.
BEISPIEL 6
Das Spinnen wurde wie in Beispiel 5 mit der Ausnahme ausgeführt, dass die verkürzte langgestreckte Spinndüse unter Verwendung einer Induktionsheizschlange erhitzt wurde und die folgenden Änderungen des Temperaturprofils angewendet wurden: 440°C Siebplatte, 522° bis 531°C Spinndüse. Die Schergeschwindigkeit betrug 342/s. Die maximale Spinngeschwindigkeit bei FFb betrug 1.860 m/min. Der Denier-Wert, die Reißlänge, die Dehnung und der E-Modul der resultierenden Fasern betrugen jeweils: 9,6 d/1,06 gpd/49%/8,7 gpd.
BEISPIEL 7
Das Spinnen wurde wie in Beispiel 6 mit der Ausnahme ausgeführt, dass die Wärmebehandlungsanlage, die verwendet wurde, die gleiche konisch zulaufende Wärmebehandlungsanlage aus Aluminium war, wie sie in Beispiel 3 zur Anwendung gelangte. Für die Aufgabe der Betrachtung der Fadenläufe wurde eine durchsichtige Lucite^®-Aufsetzbox von 30,5 cm (12 inch) Kubuslänge auf die Wärmebehandlungsanlage aufgesetzt. Die Schergeschwindigkeit betrug 342/s. Die maximale Spinngeschwindigkeit bei FFB betrug 1.860 m/min. Der Denier-Wert, die Reißlänge, die Dehnung und der E-Modul der resultierenden Fasern betrugen jeweils: 9,0 d/1,02 gpd/54%/7,7 gpd.
BEISPIEL 8
Das Spinnen wurde unter Verwendung einer Spinndüse ausgeführt, wie sie in 4 gezeigt wird und die in der Mitte der Spinndüse einen Patronenheizer (verfügbar bei Industrial Heater Corp., Stratford, CT) und ein Standard-Bandheizer an der Außenseite der Spinndüse hatte. Die Länge der Spinndüse von der Unterseite des Filterpacks bis zur Frontplatte der Spinndüse betrug 1,25 inch. Das Temperaturprofil, das angewendet wurde, lautete:
Die verwendete Spinndüse hatte 26 Löcher, wobei jedoch der Durchsatz pro Loch wie in den Beispielen 2 bis 7 konstant gehalten wurde. Damit war die Schergeschwindigkeit etwa die gleiche, d.h. 342/s. Die maximale Spinngeschwindigkeit betrug 1.976 m/min bei einem SSF-Wert von 1.040. Die 6%ige Zunahme der Geschwindigkeit im Vergleich zu Beispiel 5 war auf das gleichförmigere Erhitzen der Schmelze über der Spinndüse zurückzuführen. Die Fasereigenschaften im Bezug auf Denier-Zahl, Reißlänge, Dehnung und E-Modul lauteten jeweils: 5,6 d/1,09 gpd/55%/7,0 gpd.
Es wurde eine andere Probe mit einer Temperatur von 400°C im Spinndüsenadapter und der Siebplatte versponnen und die gleiche mit 500°C in der Spinndüse, die eine maximale Geschwindigkeit von 1.920 m/min für einen SSF-Wert von 1.010 ergaben. Die Reißlänge der Faser war größer und es wurden die folgenden Fasereigenschaften in Bezug auf Denier-Zahl, Reißlänge, Dehnung und E-Modul gemessen: 5,6 d/1,25 gpd/54%/8,7 gpd.
BEISPIEL 9
Es wurde die in 6 gezeigte Spinndüsen-Baugruppe verwendet, um die Wirksamkeit der vorliegenden Ausführungsform im Bezug auf das Erreichen einer hohen Spinngeschwindigkeit getestet. Es wurde eine Teller-Spinndüse mit einem Durchmesser von 1,0 inch und 15 Löchern mit Lochdurchmessern von 0,76 mm (30 Mil) verwendet. Die Wärmebehandlungsanlage, die zur Anwendung gelangte, war die in Beispiel 4 verwendete Lucite^®-Wärmebehandlungsanlage mit 1,905 m (6 ft. und 3 in.). Für das Siebplattenfilter wurde ein Bandheizer verwendet. Die Transferstrecke, die von der Unterseite des Filterpacks bis zum Spinndüsenteller gemessen wurde, betrug 79,375 mm (3,125 inch).
Bei einer Schneckendrehzahl von 4,0 betrug die Gesamtdurchsatzrate 20,3 g/min (2,7 lb./h) oder 1,35 g/min/Loch. Dieses ist im Wesentlichen die gleiche Durchsatzrate pro Loch wie bei den vorangegangenen Beispielen. Es wurde eine Spinngeschwindigkeit von 1.816 m/min mit allen Filamenten intakt unter den folgenden Bedingungen erzielt: die Temperatur des Schneckenextruders war in allen drei Zonen bei 350°C eingestellt; der Klemmring und der Schneckenadapter waren bei 380°C bei einer gemessenen Schmelzetemperatur von 389°C eingestellt; der Spinndüsenadapter und das Siebplattenfilter waren bei 430°C eingestellt; die Transferstrecke war bei 470°C eingestellt und die Spinndüse bei 500°C eingestellt.
Durch Verringerung der Temperatur des Spinndüsenadapters und des Siebplattenfilters und durch Erhöhen der Temperatur der Transferstrecke wurde die Spinngeschwindigkeit weiter verbessert:
Es wurde eine Spinngeschwindigkeit von 1.994 m/min erzielt, die eine 14%ige Verbesserung gegenüber der Spinngeschwindigkeit von 1.756 m/min in Beispiel 4 darstellt. Die Schergeschwindigkeit betrug 347/s. Die Reißlänge der Faser wurde um 28% von 1,16 gpd auf 1,48 gpd verbessert. Diese Verbesserung der Festigkeit war abgesehen von der höheren Geschwindigkeit auf eine geringere oder ausbleibende Polymerzersetzung zurückzuführen.
Es wurden mehrere Garnproben bei 1.000 m/min aufgenommen, um die Langzeitstabilität des Spinnprozesses zu testen. Die Kontinuität des Faserspinnens war hervorragend und ermöglichte ein Aufspulen von 60 min und 105 min, die beide willkürlich abgezogen waren. Die Fasereigenschaften im Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung und E-Modul lauteten: 11d/0,94–1,01 gpd/60–80%/7,5 gpd.
Eine bei 1.500 m/min für eine Dauer von 4 min versponnene Probe hatte die folgenden Filamenteigenschaften im Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul: 7,2d/1,20 gpd/39%/11 gpd. Eine andere, bei 1.000 m/min versponnene und direkt 1,4-fach bei 280°C verstreckte Probe hatte die folgenden Fasereigenschaften im Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul: 7,6d/1,41 gpd/25%/14 gpd.
Die Messungen an Luftproben, die am Austritt der Wärmebehandlungsanlage, entlang des Garnweges oberhalb der beheizten Aufnahmerollen und oberhalb des Aufspulers aufgenommen wurden, ergaben keinerlei Nachweis für freigesetzte Gase. Der thermische Polymerabbau hätte Gase erzeugt. Da freigesetzte Gase im Inneren der Fasern hätten eingeschlossen sein können oder in diesen aufgelöst sein können, wurden Fasern in Ampullen gesammelt und deren Kopfräume zu verschiedenen Zeitabständen unter Anwendung der Infrarotspektroskopie, Gaschromatographie/Massenspektrometrie und Ionenchromatographie überprüft, die ebenfalls keinerlei freigesetzte Gase enthielten. Zusätzlich wurden die Faserproben bis 200°C erhitzt, um jegliche aufgelöste Gase freizusetzen, ohne dass irgendeines nachgewiesen werden konnte. Die Ergebnisse bestätigten, dass es in der vorliegenden Erfindung trotz der Anwendung von Temperaturen bis zu 500°C zur Erleichterung eines Spinnens mit hoher Schergeschwindigkeit und hoher Spinngeschwindigkeit und hohem SSF-Wert keinerlei Polymerabbau gab. Ein PFA-Polymer hätte sich leicht zersetzt, wenn es bei einer Temperatur bis herab zu 425°C für mehr als 1,0 min ausgesetzt worden wäre.
BEISPIEL 10
Dieses Verspinnen war ähnlich wie in Beispiel 9 mit der Ausnahme, dass eine Induktionsheizschlange etwa 3,175 mm (1/8 inch) zwei Mal um die Vorderseite der Spinndüse gewickelt wurde. Das Temperaturprofil in dem Schneckenextruder bis zum Schneckenadapter wurde genauso gehalten wie in Beispiel 9. Die Schergeschwindigkeit betrug 347/s. Es gab eine Verbesserung von 3,6% in der maximalen Spinngeschwindigkeit (von 1,994 m/min in Beispiel 9) bis 2.065 m/min für einen SSF-Wert bei FFB von 1.087. Die maximale Geschwindigkeit und die Eigenschaften, die erhalten wurden, sind nachfolgend aufgeführt:
Die Kontinuität des Spinnens erwies sich als hervorragend, wenn eine Probe für 90 min bei 997 m/min und einem willkürlichen Abziehen versponnen wurde. Die Fasereigenschaften im Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul waren folgende: 10,3 d/0,97 gpd/68%/3,6 gpd.
BEISPIEL 11
Es wurde die in 8 gezeigte Spinndüsen-Baugruppe verwendet. Die Spinndüsen-Vorderseite hatte einen Durchmesser von 44,45 mm (1,75 inch) und 60 Löcher mit einem Durchmesser von 0,76 mm (30 Mil). Die Durchsatzrate pro Loch betrug 1,35 g/min bei einem Gesamtdurchsatz von 81 g/min oder 10,7 "pound per hour" (pph). Es wurde die konisch zulaufende Wärmebehandlungsanlage aus Aluminium mit der Lucite^®-Aufsetzbox mit einer Kubuslänge von 30,5 cm (12 inch) von Beispiel 7 verwendet. Das Temperaturprofil, das zur Anwendung gelangte, lautete in °C wie folgt:
Die maximale Spinngeschwindigkeit betrug 1.359 m/min. Die Schergeschwindigkeit betrug 347/s. Die Fasereigenschaften im Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul lauteten: 8,0 d/1,04 gpd/67%/7,1 gpd.
Die Ursache für die Abnahme der Spinngeschwindigkeit im Vergleich zu der Spinndüse mit 30 Löchern, wie beispielsweise in Beispiel 7, ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass in Folge des zweifach höheren Gesamtdurchsatzes in der Wärmebehandlungsanlage zuviel Wärme zurückgehalten wurde. Die Wärmebehandlungsanlage wurde durch eine Wärmebehandlungsanlage mit Lucite^®-Aufsetzbox mit 1,905 m (6 ft. und 3 in.) mit größerer Kapazität ersetzt und die maximale Spinngeschwindigkeit auf 1.500 m/min erhöht. Das Temperaturprofil in °C, das zur Anwendung gelangte, lautete wie folgt:
Die Fasereigenschaften in Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul waren folgende: 7,2 d/1,20 gpd/48%/9,4 gpd.
Um eine übermäßige Wärmerückhaltung im Inneren der Wärmebehandlungsanlage zu verringern, wurde die Tür der Wärmebehandlungsanlage, die in Längsrichtung verlief und nahezu eine Seite der Wärmebehandlungsanlage einnahm, vollständig geöffnet und mit einem perforierten Sieb abgedeckt, um eine ruhige Luftbewegung ohne Turbulenz zu ermöglichen. Unter Verwendung eines perforierten Metallbleches mit Löchern im Durchmesser von 0,794 mm (3/32 inch) mit einem Mittenabstand der Löcher von 1,588 mm (3/16 inch) wurde die maximale Spinngeschwindigkeit um 8% auf 1.623 m/min im Vergleich zur Verwendung der Wärmebehandlungsanlage mit geschlossener Tür verbessert, indem ein etwas anderes Temperaturprofil in °C verwendet wurde:
Die Fasereigenschaften in Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul waren folgende: 7,5 d/1,18 gpd/50%/8,9 gpd.
Es wurde eine etwas ungleichförmige Luftbewegung in dem perforierten Metallblech beobachtet, das entsprechend der vorstehenden Beschreibung die Vorderseite der Wärmebehandlungsanlage abdeckte, was darauf zurückzuführen ist, dass es eine verteilte Luftbewegung gab die sich an der Vorderseite rein und raus bewegte und an keiner der anderen drei Seiten. Ein an der Vorderseite der Spinndüse angebrachtes Thermoelement zeigte eine Temperaturschwankung von 368° bis 390°C oder eine Änderung von 22°C.
Es wurde eine größere Lucite^®-Wärmebehandlungsanlage mit einer Abmessung von 50,8 cm × 61 cm (20 in. × 24 in.) im Querschnitt verwendet und mit einer Höhe von 181,6 cm (71,5 in.) und mit einer Öffnung an der Oberseite der Spinndüse und am Boden für den Zutritt zum Fadenlauf. Während des Spinnens gab es eine zu starke Auf-und-Ab-Bewegung der Luft, so dass die Spinngeschwindigkeit herabgesetzt wurde.
An der Unterseite der Wärmebehandlungsanlage wurden Einsätze eingesetzt, um die Öffnung von 50,8 cm × 61 cm (20 in. × 24 in.) auf 50,8 cm × 50,8 cm (20 in. × 20 in.) zu verringern. Die Einsätze liefen konisch nach unten zu, so dass das Garn herausfiel. Die gemessene Temperaturschwankung war immer noch mit 25°C hoch, wobei die eigentlichen Temperaturen mit 240° bis 265°C wesentlich niedriger waren (Hinweis: obgleich die gemessene Temperatur niedriger als in der kleineren Wärmebehandlungsanlage war, sollte ein Vergleich zwischen der absoluten Temperatur zwischen den zwei Wärmebehandlungsanlagen nicht so genau genommen werden, da die Lage des Thermoelements nicht unbedingt sein musste). Was die Stabilität der Luft betraf, so war diese sichtbar ruhiger. Mit dem gleichen Temperaturprofil war die maximale Spinngeschwindigkeit verbessert und etwas größer als diejenige, die bei der kleineren Wärmebehandlungsanlage aufgezeichnet wurde: 1.680 m/min. Die Fasereigenschaften in Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul waren folgende: 8,2 d/0,84 gpd/59%/5,9 gpd.
BEISPIEL 12
Mit dem vorangegangenen Aufbau einer Wärmebehandlungsanlage gab es einige Schwierigkeiten damit, dass das Garn den Boden der Wännebehandlungsanlage erreicht, um es in eine Saugvorrichtung zum Aufreihen des Garns durch alle Garnverarbeitungsschritte bis zum Aufspuler zu bringen. Außerdem hing die Wärmebehandlung des geschmolzenen Fadenlaufs gänzlich von der natürlichen Luftkonvektion ohne jede Mittel zum Regeln ab. Diese zwei Probleme wurden mit einem Aufbau der Wärmebehandlungsanlage gelöst, wie sie in den 10A und 10B gezeigt ist. Diese Wännebehandlungsanlage ermöglicht mühelos die Aufnahme des Garns an ihrem unteren konisch zulaufenden Austritt. Die einströmende Luft von einer Druckluftquelle strömte durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen den inneren und äußeren Rohren und bis nach oben durch mehrere einmaschige Siebe, um Wirbelströme zu eliminieren, und bis zum Oberteil und radial in Richtung auf die geschmolzenen Filamente. Die Luft ließ man durch eine untere Öffnung in die Wärmebehandlungsanlage eintreten, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Luft mit einem Nadelventil geregelt und mit einem Durchflussmesser gemessen wurde. Die Temperatur im Inneren des Innenrohrs ließ sich entlang der oberen 6 inch mit Hilfe von Thermoelementen überwachen, die in einem Abstand von 1 inch angeordnet waren. Die Höhe der Eintrittsöffnung der Luft zwischen der Innenseite und der Außenseite des Rohres war zwischen 25,4 mm (1,0 in.) und 101,6 mm (4,0 in.) einstellbar. Ein 1,0 in. hoher Glasring ermöglichte die visuelle Beobachtung der geschmolzenen Fadenläufe und der Spinndüsenvorderseite.
Das Spinnen wurde unter Verwendung einer Spinndüsen-Baugruppe entsprechend der Konfiguration in 8 mit einer Spinndüse mit einem Verhältnis von Länge/Durchmesser von 3,0 ausgeführt die über 30 Loch mit einem Durchmesser von 1 mm (39,4 Mil) verfügte. Das Spinnen erfolgte mit einem Durchsatz von 1,3 g/min mit dem folgenden Temperaturprofil: 350°C vom Schneckenextruder bis zum Siebplattenfilter; 450°C in der Transferstrecke und 500°C in der Spinndüse. Die Temperaturen im Inneren der Wärmebehandlungsanlage betrugen: 268°C 25,4 mm (1,0 in.) von der Spinndüsenvorderseite, 252°C an der Stelle 50,8 mm (2 in.) von der Spinndüsenvorderseite und 222°C an der Stelle 152,4 mm (6 in.) von der Spinndüsenvorderseite. Die Temperaturschwankung war mit einer Änderung von lediglich 2°C gegenüber 25°C vernachlässigbar, die in den Wärmebehandlungsanlagen der vorangegangenen Beispiele beobachtet wurden. Die Schergeschwindigkeit betrug 151/s. Die maximale Spinngeschwindigkeit, die erreicht wurde, betrug 1.737 m/min. Die Fasereigenschaften im Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul lauteten: 4,2 d/1,17 gpd/57%/7,8 gpd.
Die Robustheit dieses Spinnsystems wurde bestätigt, nachdem eine hervorragende Kontinuität des Spinnens mit einem 3,5 h-Garnkörper bei 1.005 m/min mit einem 1,4-fachen Inline-Strecken von einer 202 m/min-Aufnahmegeschwindigkeit bei 240°C demonstriert wurde. Der Garnkörper hatte ein Nettogewicht von mehr als 9,07 kg (20 pound) und einen Spinnkuchen einer Dicke von 50,8 mm (2,0 in.) auf einer Spule mit einem Durchmesser von 152,4 mm (6,0 in.). Das Temperaturprofil in °C lautete:
Die Fasereigenschaften in Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul waren folgende: 12,6 d/0,80 gpd/92%/3,8 gpd.
BEISPIEL 13
Das Spinnen wurde wie in Beispiel 12 ausgeführt, jedoch wurde anstelle von PFA 340 Teflon^® FEP 1500-Fluorpolymer verwendet. Das Temperaturprofil in °C lautete:
Die zur Anwendung kommenden Temperaturen waren in diesem Beispiel niedriger als bei dem PFA-Polymer, da FEP weniger stabil als PFA ist. Die Schergeschwindigkeit betrug 161/s. Die maximale Spinngeschwindigkeit, die erreicht wurde, betrug 1.290 m/min. Die Fasereigenschaften in Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul waren folgende: 7,3 d/1,04 gpd/36%/10 gpd.
BEISPIEL 14
Dieses Spinnen wurde ausgeführt, um die Robustheit des Verfahrens zu testen, die sich in Beispiel 13 für das Teflon^® FEP 1500-Polymer entwickelt hatte. Die hervorragende Kontinuität des Spinnens unter Verwendung des gleichen Anlagenaufbaus wie in den Beispielen 12 und 13 wurde mit einer 3,5 h-Spule demonstriert, die mit der gleichen Aufnahmegeschwindigkeit von 700 m/min wie in Beispiel 12 für das PFA-Polymer erhalten wurde. Das Garn wurde offline mit dem gleichen Reckverhältnis von 1,4-fach verstreckt, jedoch bei einer geringeren Temperatur von 200°C, da der Schmelzpunkt von FEP (260°C) niedriger ist als der Schmelzpunkt von PFA (305°C). Der Garnkörper war ähnlich dem des in Beispiel 12 versponnenen PFA 340-Polymers. Das Temperaturprofil in °C, das zur Anwendung gelangte, war niedriger als dasjenige, das in Beispiel 13 angewendet wurde, nämlich:
Die Schergeschwindigkeit betrug 163/s. Die Eigenschaften der verstreckten Faser in Bezug auf Denier-Zahl/Reißlänge/Dehnung/E-Modul betrugen: 12,2 d/0,97 gpd/45%/5,8 gpd.
BEISPIEL 15
Die in Beispiel 9 beschriebene und in 6 gezeigte Spinndüsen-Baugruppe wurde verwendet, um Teflon^® PFA 340 zu verspinnen und mit den Spinnbedingungen zu vergleichen, die bei einem konventionellen Aufbau einer Spinndüsen-Baugruppe angetroffen werden (siehe 1), wo die Spinndüse nicht separat beheizt werden kann unter Spinnbedingungen, unter denen die Spinndüse thermisch gegenüber dem Siebplattenfilter isoliert ist. Die thermische Isolierung wurde zum Teil in dieser Ausführungsform dadurch erhalten, indem eine Transferstrecke zwischen der Unterseite des Siebplattenfilters und der Spinndüsenvorderseite hinzugefügt wurde.
Es wurden zwei Kontrollchargen unter Verwendung des gleichen Spinndüsensystems hergestellt, jedoch wurde die Spinndüse bei der gleichen konstanten Temperatur gehalten. Verwendet wurde eine Spinndüse mit 10 Loch mit 0,76 mm (30 Mil).
Die erste versponnene Kontrollcharge wurde hergestellt, indem das Temperaturprofil bei 350°C gehalten wurde, wie nachfolgend gezeigt wird:
Der Durchsatz wurde erhöht, bis ein leichter Schmelzbruch bei 0,178 g/m/Loch beobachtet wurde. Die Schergeschwindigkeit bei diesem maximalen Durchsatz betrug 45,7/s und es wurde eine maximale Spinngeschwindigkeit von 58 m/min erreicht, die eine Strahlgeschwindigkeit von 0,26 m/min und einen SSF-Wert von 223 hatte.
Die zweite versponnene Kontrollcharge wurde bei einem höheren Temperaturprofil von 400°C erzeugt, wie nachstehend gezeigt wird:
Die höhere Temperatur von 400°C erlaubte einen höheren Durchsatz von 0,370 g/min/Loch vor dem Auftreten von Schmelzbruch. Bei einem geringeren Durchsatz vor Schmelzbruch von 0,238 g/min/Loch wurde eine maximale Spinngeschwindigkeit von 206 m/min erhalten. Bei dem höchsten Durchsatz und am Rand des Schmelzbruches betrug die erreichte maximale Spinngeschwindigkeit 381 m/min bei einer Schergeschwindigkeit von 95/s, Strahlgeschwindigkeit von 0,54 m/min und einem SSF-Wert von 704.
Es wurde das folgende Temperaturprofil in °C angewendet:
Bei diesem Temperaturprofil konnte der Durchsatz bis zu einer Größe von 1,125 g/min/Loch um das 3-fache mehr als die gleichförmige 400°C-Kontrolle verschoben werden, und immer noch ohne Schmelzbruch. Die erreichte maximale Spinngeschwindigkeit betrug 1.956 m/min und war um das 5-fache größer als bei der gleichförmigen 400°C-Kontrolle bei einer Schergeschwindigkeit von 289/s, Strahlgeschwindigkeit von 1,645 m/min und einem SSF-Wert von 1.189.
Eine Kontrollcharge wurde bei 500°C nicht simuliert, da in einem konventionellen Spinndüsensystem das Siebplattenfilter auf die gleiche Temperatur von 500°C erhitzt werden müßte. Mit dem Siebplattenfilter bei 500°C würde das Polymer in Folge der langen Verweildauer von 10,1 min in dem Siebplattenfilter schwerwiegend zersetzt werden. Bei 425°C würde das Polymer in weniger als 1,3 min sich zu zersetzen beginnen.
BEISPIEL 16
Es wurde die PTFE-Homopolymerqualität Zonyl^® MP-1600N einem Schmelzprozess unterzogen und zu Fasern ausgesponnen, indem eine Spinndüsen-Baugruppe verwendet wurde, wie sie in 8 dargestellt ist. Das Polymerpulver wurde in einer 12,7 mm (0,5 in.) hohen Matrize mit Löchern mit einem Durchmesser von 6,35 mm (0,25 in.) gefüllt mit dem Polymerpulver unter Verwendung von Stäben mit einem Durchmesser von weniger als 6,35 mm (0,25 in.) zu Plättchen einer Dicke von etwa 2,54 mm (0,1 in.) verpresst. Es wurden etwa 0,91 kg (2 Pound) dieser dünnen Plättchenpellets hergestellt. Die Pellets wurden von Hand in den Schneckenextruder in gerade einer solchen ausreichenden Menge gegeben, um den Windungsabschnitt der Schnecke als Vorsichtsmaßnahme gegen ein Zerbrechen und das Hervorrufen eines Verklebens und einer Ringverstopfung in der Schnecke gefüllt.
Die Einflüsse bei dem folgenden Temperaturprofil auf eine Wärmebehandlungsanlage wurden untersucht, indem ohne und mit Wärmebehandlungsanlage versponnen wurde. Die Durchsatzrate betrug 8,4 g/min durch eine Spinndüse mit 30 Loch mit einem Durchmesser von 0,76 mm (30 Mil) bei einer Schergeschwindigkeit von 72/s.
Mit Wärmebehandlungsanlaee: etwa 15% dieser extrudierten Filamente konnten ihr eigenes Gewicht in einer Distanz von 1,727 m (5 ft. und 8 in.) im vertikalen freien Fall nicht halten. Diejenigen Filamente, die erhalten blieben, ließen sich mit einer maximalen Geschwindigkeit von lediglich 15 m/min verspinnen, bevor sie rissen.
Mit einer Wärmebehandlungsanlage einer Länge von 121,9 mm (48 in.): alle Filamente fielen zusammenhängend auf den Boden. Die Spinngeschwindigkeit des ersten Filamentbruches (FFB) betrug 50 m/min und die maximale Spinngeschwindigkeit (MSS), die erzielt wurde, betrug 480 m/min. Durch Erhöhung der Temperatur der Transferstrecke und der Spinndüse auf 450°C und 500°C wurde der FFB-Wert auf 85 m/min verbessert und der MSS-Wert betrug 250 m/min. Das Garn war sichtbar dick und dünn. Es zeigte sich, dass die Gleichförmigkeit des Garns mit der Einführung von Luft bei Raumtemperatur durch den Mantel der Wärmebehandlungsanlage in das Oberteil der Wärmebehandlungsanlage verbessert wurde. Das Garn wurde bei 7.079 l/h (250 cfh, cubic feet per hour) gleichförmig. Unter dieser Bedingung des Verspinnens wurde der MSS-Wert auf 404 m/min verbessert. Die Fasereigenschaften des Filaments (Denier-Zahl/Reißlänge/Bruchdehnung/E-Modul) lauteten: 5,8/0,16 gpd/12%/8 gpd.
BEISPIEL 17
In diesem Versuch wurde Teflon^® FEP-5100 als die Fluorpolymer-Zusammensetzung verwendet und der Vorteil der thermischen Isolierung der Spinndüse demonstriert. Es wurde eine Spinndüsen-Baugruppe verwendet, wie sie in 8 dargestellt ist. Die Kontrollcharge wurde in der gleichen Baugruppe gefahren, die Temperatur für alle Teile jedoch auf dem gleichen Wert gehalten. Die Temperaturprofile in °C für die Kontrollchargen lauteten:
Das Temperaturprofil in den Schneckenzonen 1 und 2 wurde niedrig gehalten und nicht auf Testtemperatur bis zur Schneckenzone 3 oder zum Klemmring. Wären die Schneckenzonen 1 und 2 auf Testtemperatur gewesen, würde der Abbau stärker gewesen sein.
Das Temperaturprofil der erfindungsgemäßen Probe lautete:
Die Schergeschwindigkeiten betrugen: 86/s bei 10 g/min, 232/s bei 27,2 g/min, 359/s bei 42 g/min und 385/s bei 45 g/min. Wie in 16 entnommen werden kann wurde bei einer Spinndüsentemperatur von etwa 480°C eine Spinngeschwindigkeit von 1.900 m/min ohne irgendeinen merklichen Abbau erzielt. Die Kontrollcharge erfuhr jedoch eine geringfügige thermische Zersetzung bei einer Spinndüsentemperatur von 400°C und erreichte bei dieser Temperatur eine Spinngeschwindigkeit von etwa 600 m/min, aber einen schwerwiegenden thermischen Abbau bei etwa 450°C mit einer Spinngeschwindigkeit von 900 m/min.

Claims

Verfahren zum Schmelzspinnen einer Zusammensetzung, aufweisend ein hochfluoriertes thermoplastisches Polymer oder ein Blend solcher Polymere, umfassend die Schritte: Schmelzen einer Zusammensetzung, die ein hochfluoriertes thermoplastisches Polymer oder ein Blend solcher Polymere aufweist, um eine schmelzflüssige Fluorpolymer-Zusammensetzung zu erzeugen; Befördern der schmelzflüssigen Fluorpolymer-Zusammensetzung unter Druck zu einer Extruderdüse eines Apparates zum Schmelzspinnen; und Extrudieren der schmelzflüssigen Fluorpolymer-Zusammensetzung, durch die Extruderdüse, um Filamente zu erzeugen, wobei die Düse eine Temperatur von 450°C hat, bei einer Schergeschwindigkeit von mindestens 100 s^–1 und bei einer Spinngeschwindigkeit von mindestens 500 m/min.
Verfähren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Abschirmen der Filamente.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Exponieren der schmelzflüssigen Fluorpolymer-Zusammensetzung an einer Zwischentemperatur im Bereich zwischen der Schmelztemperatur der Zusammensetzung und einer Temperatur, die kleiner ist als die Temperatur der Extruderdüse vor dem Extrudieren der Zusammensetzung durch die Extruderdüse.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das hochfluorierte Polymer einen Schmelzflussdurchsatz von 1 bis 50 g/10 min bei 372°C hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das fluorierte Polymer ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluorolefin ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das fluorierte Polymer ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das fluorierte Polymer ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluoralkylvinylether ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Perfluoralkylvinylether Perfluormethylvinylether, Perfluorethylvinylether oder Perfluorpropylvinylether ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Temperatur der Düse mindestens 500°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Extruderdüse thermisch gegenüber anderen Flächen des Apparates isoliert ist, die die Fluorpolymer-Zusammensetzung enthalten können.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Spinngeschwindigkeit mindestens 1.000 m/min beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Schergeschwindigkeit mindestens 500 s^–1 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Strecken der Fasern.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Relaxationsstufe.
Apparat zum Schmelzspinnen von Fasern, aufweisend: eine Spinndüsen-Baugruppe, die aufweist: Vorrichtung zum Filtrieren, eine Spinndüse, eine langgestreckte Transferstraße, wobei die Transferstraße angeordnet ist zwischen der Filtrationsvorrichtung und der Spinndüse, Vorrichtung zum Beheizen der langgestreckten Transferstraße, Vorrichtung zum Beheizen der Spinndüse; und eine langgestreckte Wärmebehandlungsanlage, die unterhalb der Spinndüsen-Baugruppe angeordnet ist.
Apparat nach Anspruch 15, bei welchem die langgestreckte Wärmebehandlungsanlage ein Innenrohr aufweist, das im Inneren eines äußeren Rohres angeordnet ist, wobei das Innenrohr und das äußere Rohr voneinander über einen ringförmigen Zwischenraum getrennt sind.
Apparat nach Anspruch 16, ferner aufweisend ein Siebrohr, das angrenzend an der Innenwand des Innenrohrs angeordnet ist und sich mindestens teilweise abwärts entlang der Länge des Innenrohrs erstreckt.
Apparat nach Anspruch 16, ferner aufweisend mindestens ein perforiertes Blech, das im Inneren des ringförmigen Abstandes angeordnet ist und sich radial im Bezug auf den Umfang des äußeren Rohres erstreckt und an der Außenwandung des Innenrohres oder der Innenwandung des äußeren Rohres oder an beiden Rohren befestigt ist.
Apparat nach Anspruch 18, ferner aufweisend ein Sieb das auf oder in enger Nachbarschaft zumindest einem perforierten Blech angeordnet ist.
Apparat nach Anspruch 15, bei welchem die langgestreckte Wärmebehandlungsanlage ferner eine Vorrichtung zum Messen oder Regeln der Luftdurchsatzrate aufweist.
Apparat nach Anspruch 15, bei welchem die Spinndüse abnehmbar ist.
Apparat nach Anspruch 15, bei welchem die Transferstraße entfernbar ist.
Apparat nach Anspruch 15, bei welchem die Vorrichtung zum beheizen der Spinndüse eine konduktive Heizvorrichtung, eine konvektive Heizvorrichtung oder eine Induktionsheizvorrichtung ist.
Apparat nach Anspruch 15, bei welchem die Spinndüse eine Vielzahl von Extrusionsöffnungen hat, die alle in einem Kreis angeordnet sind.
Apparat nach Anspruch 15, ferner aufweisend eine Vorrichtung zum Aufnehmen der gesponnenen Filamente.