DE60316432T2 - Verfahren zum schnellspinnen von hochfesten polyamidfilamenten - Google Patents

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K. Ranjan Hockessin SAMANT
George Wilmington VASSILATOS
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Polyamidfilamenten, wie beispielsweise Nylon 6,6, mit einer hohen Zugfestigkeit bei hohen Spinngeschwindigkeiten. Die Erfindung betrifft ebenfalls Garne und andere Artikel, die aus derartigen Filamenten gebildet werden.
  • DAMIT IN BEZIEHUNG STEHENDER BISHERIGER STAND DER TECHNIK
  • Viele synthetische Polymerfilamente, wie beispielsweise Polyamide, werden aus der Schmelze ersponnen, d. h., sie werden aus einer erhitzten Polymerschmelze extrudiert. Aus der Schmelze ersponnene Polymerfilamente werden durch Extrudieren eines geschmolzenen Polymers durch eine Spinndüse mit einer Vielzahl von Kapillaren hergestellt. Die Filamente verlassen die Spinndüse und werden danach in einer Abschreckzone abgekühlt. Die Einzelheiten des Abschreckens und der anschließenden Verfestigung des geschmolzenen Polymers können einen bedeutenden Einfluss auf die Qualität der ersponnenen Filamente haben.
  • Verfahren zum Abschrecken umfassen die Querstrom-, Radial- und Druckluftabschreckung. Das Querstromabschrecken wird häufig bei der Herstellung von hochfesten Polyamidfasern angewandt und umfasst das Blasen von Kühlgas quer über die und von einer Seite der frisch extrudierten Filamentanordnung. Beim Querstromabschrecken wird der Luftstrom im Allgemeinen unter einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung der frisch extrudierten Filamente gelenkt.
  • Bei der Radialabschreckung wird das Kühlgas durch ein Abschrecksiebsystem nach innen gelenkt, das die frisch extrudierte Filamentanordnung umgibt. Ein derartiges Kühlgas verlässt normalerweise das Abschrecksystem, indem es sich mit den Filamenten nach unten und aus der Abschreckvorrichtung heraus bewegt.
  • Sowohl die Querstromabschreckung als auch die Radialabschreckung sind auf eine Faserproduktion mit relativ niedriger Geschwindigkeit, etwa 2800 bis 3000 Meter pro Minute, für eine hochfeste Anwendung begrenzt. Höhere Produktionsgeschwindigkeiten erhöhen die Anzahl der zerrissenen Filamente während der Streckstufen. Zerrissene Filamente unterbrechen die Prozesskontinuität und vermindern den Produktausstoß.
  • In den 80-er Jahren erreichten Vassilatos und Sze bedeutende Verbesserungen beim Schnellspinnen von Polymerfilamenten, insbesondere Polyesterfilamenten. Diese Verbesserungen werden in den U.S.Patenten Nr. 4687610 , 4691003 und 5034182 offenbart.
  • Diese Patente offenbaren Gasbehandlungsverfahren, wobei Gas frisch extrudierte Filamente umgibt, um deren Temperatur- und Verfeinerungsprofile zu steuern. Diese Arten von Abschrecksystemen und Verfahren sind als Druckluftabschreck- oder Druckluftspinnsysteme bekannt. Andere Druckluftabschreckverfahren umfassen jene, die im U.S.Patent Nr. 5976431 und im U.S.Patent Nr. 5824248 beschrieben werden.
  • Das Druckluftabschreckspinnverfahren bringt einen Vorteil des reduzierten Filamentes und folglich der reduzierten Garnspannung während des Spinnens. Im Allgemeinen liefert diese reduzierte Garnspannung eine bessere Produktivität mittels höherer Spinngeschwindigkeiten bei verringerten Filamentbrüchen und einem Verarbeitbarkeitsvorteil für das aufgewickelte Garn. Im Allgemeinen umfasst das Druckluftabschrecken das Zuführen eines bestimmten Volumens an Kühlgas, um ein Polymerfilament abzukühlen. Irgendein Gas kann als ein Kühlmittel verwendet werden. Das Kühlgas ist vorzugsweise Luft, weil Luft leicht verfügbar ist. Weitere Gase können verwendet werden, beispielsweise Dampf oder ein inertes Gas, wie beispielsweise Stickstoff, wenn es wegen der empfindlichen Beschaffenheit der Polymerfilamente erforderlich ist, insbesondere, wenn sie heiß und frisch extrudiert sind.
  • Beim Druckluftspinnen bewegen sich das Kühlgas und die Filamente im Wesentlichen kolinear in der gleichen Richtung durch einen Kanal, wobei die Geschwindigkeit durch die Geschwindigkeit einer Walzenbaugruppeneinrichtung gesteuert wird. Die Zugspannung und die Temperatur werden mittels der Gasströmungsgeschwindigkeit, des Durchmessers oder Querschnittes des Kanals (der die Gasgeschwindigkeit steuert) und der Länge des Kanals gesteuert. Das Gas kann an einer oder mehreren Stellen längs des Kanals eingeführt werden. Das Druckluftspinnen gestattet Spinngeschwindigkeiten über 5000 Meter pro Minute.
  • Die Festigkeit ist eine Faserhaupteigenschaft für industrielle Fasern. Die Festigkeit wird durch Strecken der abgeschrecken Fasern in Stufen erhalten. Dieses Strecken in Stufen funktioniert gut beim Querstrom bei den gegenwärtig großtechnisch vorhandenen niedrigen Geschwindigkeiten. Ein Beispiel für eine bekannte Querstromabschreck- und gekoppelte Spinnstreckvorrichtung wird in 1 gezeigt. Bei dieser Vorrichtung wird ein geschmolzenes Polyamid bei 10 in eine Spinnbaugruppe 20 eingeführt. Das Polymer wird als ungestreckte Filamente 30 am der Spinnbaugruppe extrudiert, die Düsenlöcher aufweist, die so konstruiert sind, dass der gewünschte Querschnitt erhalten wird. Die Filamente werden abgeschreckt, nachdem sie die Kapillare der Spinnbaugruppe verlassen, um die Fasern durch Querstromkühlluft bei 40 in 1 abzukühlen. Diese Filamente werden zu einem Garn 60 bei Aufbringung eines konventionellen Appreturschmälzmittels bei 50 konvergiert und mittels einer Zuführwalzenbaugruppe 70 weiterbewegt. Das Garn wird danach einem ersten Streckwalzenpaar 80 und danach einem zweiten Streckwalzenpaar 100 zugeführt. Ein heißes Rohr 90 oder eine Streckhilfe kann verwendet werden, um die zweite Stufe des Streckvorganges zu erleichtern. Das Garn wird auf Abziehwalzen 110 und 120 entspannt. Die Walze 110 ist ebenfalls als eine Relaxationswalze bekannt; sie kann mit niedrigeren Drehzahlen als die Streckwalzenbaugruppe 100 laufen, um die Garnschrumpfung zu steuern. Die Walze 120 ist ebenfalls als eine Ablasswalze bekannt; sie lässt die Garnspannung nach, um ein Spulen bei einer niedrigeren Zugspannung als der zu gestatten, die das Garn beim Strecken erfährt. Eine Führung 130 legt das Garn auf einem Garnkörper 140 ab, wo es aufgewickelt wird.
  • Eine bekannte Schmelzextrudier- und gekoppelte Mehrstufenstreckbaugruppe bei Anwendung eines Querstromabschrecksystems wird in 2 gezeigt. Die Baugruppe in 2 gleicht der in 1, umfasst aber nicht ein heißes Rohr wie in 1, da das heiße Rohr die Faser beschädigen kann. In 2 wird das Strecken mittels Walzen anstelle eines heißen Rohres zustande gebracht. Bei dieser Vorrichtung wird ein geschmolzenes Polyamid bei 200 in eine Spinnbaugruppe 210 eingeführt. Das Polymer wird als ungestreckte Filamente 220 aus der Spinnbaugruppe extrudiert, die Düsenlöcher aufweist, die so konstruiert sind, dass der gewünschte Querschnitt erhalten wird. Die Filamente werden abgeschreckt, nachdem sie die Kapillare der Spinnbaugruppe verlassen, um die Fasern mittels Querstromkühlluft bei 230 in 2 abzukühlen. Diese Filamente werden zu einem Garnbündel, wie bei 250 gezeigt wird, bei Aufbringung eines konventionellen Appreturschmälzmittels bei 240 konvergiert und mittels einer Zuführwalzenbaugruppe 260 weiterbewegt. Das Garn wird danach einem Streckwalzenpaar 270 der ersten Stufe und danach einem zweiten Streckwalzenpaar 275 zugeführt. Eine wahlfreie dritte Streckwalzenbaugruppe 280 kann verwendet werden, um die Faser weiter zu strecken. Das Garn wird auf der Relaxationswalze 285 entspannt. Eine Führung 290 legt das Garn auf einem Garnkörper 295 ab, der mittels eines Spulmaschinenfutters gedreht und aufgewickelt wird.
  • Es ist nicht möglich, höhere Spinngeschwindigkeiten bei den Querstromabschrecksystemen in 1 und 2 durch die Anwendung der Querstromabschreckung zu erreichen, um so die Produktivität zu erhöhen. Die Fähigkeit, ein Garn zu strecken, nimmt in bedeutendem Maß mit der Anwendung des Querstromes ab, was die Garnzerreißfestigkeit verringert. Außerdem ist es wichtig, dass das hergestellte Polyamidgarn Eigenschaften aufweist, die mindestens so gut wie jene sind, die bei langsameren Geschwindigkeiten erhalten werden können. Insbesondere ist es wünschenswert, die gewünschte Festigkeit, Bruchdehnung und Gleichmäßigkeit des hergestellten Garnes beizubehalten. Daher besteht im Fachgebiet eine Forderung, Verfahren und eine Vorrichtung für das Schnellspinnen von Garn bereitzustellen, während diese Eigenschaften aufrechterhalten werden.
  • Das EP 0244217 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Polyamidgarn der Art, die im Oberbegriff des als Anhang beigefügten Patentanspruches 1 dargelegt wird.
  • Schwierigkeiten bei der Anwendung hoher Spinngeschwindigkeiten sind insbesondere bei gefärbten oder mattierten Nylongarnen offensichtlich. Derartige Garne werden aus Nylonpolymeren extrudiert, die Pigmente enthalten, die eine Farbpalette von breiter Vielfalt liefern. Nylongarnpolymere werden oftmals durch Zugabe von Titandioxid oder Zinksulfid mattiert. Typischerweise verursacht das mattierte und/oder pigmentierte Nylongarn Probleme beim Erspinnen am der Schmelze, teilweise infolge der Unterschiede beim Schmelzflussverhalten, der Mikrostrukturentwicklung und den Wärmeverlusteigenschaften, verglichen mit dem nichtpigmentierten und nichtmattierten Nylon. Das Vorhandensein eines erhöhten Niveaus von Filamentbrüchen, wenn mattierte oder pigmentierte Polymere verwendet werden, ist ein altes Problem. Es ist bekannt, dass ein Versuch, die Extrudiergeschwindigkeiten zu erhöhen, das Problem des Filamentbruches verschlimmert. Daher wäre es insbesondere wünschenswert, ein Schnellspinnverfahren bereitzustellen, das pigmentiertes Polyamidgarn herstellt, ohne dass Filamentbrüche auftreten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bei der vorliegenden Erfindung werden hochfeste Garne mit einer Spinngeschwindigkeit (definiert als die Umfangsgeschwindigkeit der Streckwalze mit der höchsten Drehzahl) im Bereich von etwa 2500 Meter pro Minute bis zu etwa mehr als 5000 Meter pro Minute bei großtechnisch wünschenswerten Niveaus der Bruchdehnung und Schrumpfung hergestellt. Im Gegensatz dazu zeigen Garne, die mittels Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik bei Anwendung der konventionellen Querstromabschreckung hergestellt werden, in vollem Umfang einen Verlust an Festigkeit und Dehnung, während die Spinngeschwindigkeit größer wird. Die Schrumpfung der Fasern, die mittels dieser konventionellen Verfahren hergestellt werden, ist ebenfalls unerwünscht hoch. Eine gute Ausgeglichenheit dieser Eigenschaften ist erforderlich, um die Anforderungen an technische Polyamidfasern zu erfüllen, die bei solchen Anwendungen wie Airbags für Kraftfahrzeuge, einvulkanisierte Gummiverstärkungsgarne (beispielsweise Reifengarne), Schutzbekleidung, weiche Gepäckstücke verwendet werden. Außerdem bedeuten eine geringe Festigkeit verbunden mit einer niedrigen Bruchdehnung und hohen Schrumpfung typischerweise ein Verfahren, das nicht robust und von großtechnischer Qualität ist.
  • Daher ist es ebenfalls ein Ziel der vorliegenden Erfindung, erhöhte Filamentextrudiergeschwindigkeiten mit einer begleitenden Verbesserung der Produktivität und der Garneigenschaften der hochfesten Nylongarne und der hochfesten Nylongarne, die Pigmente enthalten, bereitzustellen.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schnellspinnen und das damit verbundene Streckverfahren bereitzustellen, die Polyamidfilamente (wahlfrei pigmentiert), Garne und Artikel mit gewünschten Eigenschaften liefern, die beispielsweise mindestens die Eigenschaften aufweisen, die mindestens jenen äquivalent sind, die in Produkten erhalten werden, die mit Verfahren mit konventioneller Geschwindigkeit und Querstromabschreckung hergestellt werden. Es ist ein noch weiteres Ziel, Garne und Artikel mit einer verbesserten Festigkeit bereitzustellen.
  • In Übereinstimmung mit den Zielen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Polyamidgarnes bereit, wie es in dem als Anhang beigefügten Patentanspruch 1 dargelegt wird. Das Verfahren weist daher auf: Extrudieren einer Polymerschmelze durch eine Spinnbaugruppe, um zumindestens ein Filament zu bilden; Führen des Filamentes zu einer Druckluftabschreckkammer, wo ein Abschreckgas zum Filament geliefert wird, um das Filament abzukühlen und zu verfestigen, wobei das Abschreckgas auf eine Bewegung in der gleichen Richtung wie die Richtung des Filamentes ausgerichtet ist; Führen des Filamentes zu mindestens einer mechanischen Streckstufe, und Strecken und dadurch Ausdehnen des Filamentes, um ein Garn zu bilden; worin bei einer Spinngeschwindigkeit von 2600 bis 5000 Meter pro Minute das Verhältnis der Geschwindigkeit des Kühlgases im Austritt der Abschreckkammer zu einer ersten Walze, die die Filamente zieht, 0,6 bis 2,0 beträgt.
  • Wenn das Garn ein Multifilgarn ist, weist das mindestens eine Filament eine Vielzahl von Filamenten auf, wobei die Vielzahl der Filamente zu einem Multifilgarn konvergiert, und wobei das Garn zu einer mechanischen Streckstufe geführt wird, wo es gestreckt und dadurch ausgedehnt wird. Wenn das Garn ein Monofilgarn ist, dann weist mindestens ein Filament ein einzelnes Filament pro Garn auf.
  • Weitere Ziele, charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung offensichtlich, die sich anschließt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Filamentabschreck- und gekoppelten Spinnstreckvorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik, die ein heißes Rohr für das Strecken benutzt;
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Filamentabschreck- und gekoppelten Spinnstreckvorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik, die eine Rolle anstelle eines heißen Rohres für das Strecken benutzt;
  • 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Druckluftfilamentabschreckvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Druckluftfilamentabschreck- und gekoppelten Spinnstreckvorrichtung entsprechend einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine schematische Schnittdarstellung einer Druckluftfilamentabschreck- und gekoppelten Spinnstreckvorrichtung entsprechend einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine grafische Darstellung, die das maximal erreichbare Streckverhältnis für die vorliegende Erfindung und den bisherigen Stand der Technik als eine Funktion der Spinngeschwindigkeit vergleicht;
  • 7 eine grafische Darstellung, die die gemessene Festigkeit für Filamente, die entsprechend der vorliegenden Erfindung und dem bisherigen Stand der Technik ersponnen wurden, als eine Funktion der Spinngeschwindigkeit vergleicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mono- und Multifilpolyamidgarnes bereitgestellt. Im Allgemeinen bestehen die Monofilgarne aus einem einzelnen Filament pro Garn, wohingegen die Multifilgarne aus einer Vielzahl von Monofilen bestehen. Der Begriff „Filament" wird hierin allgemein verwendet und schließt ebenfalls kurze diskontinuierliche Fasern ein, die im Fachgebiet als Stapelfasern bekannt sind. Polyamidfilamente, die durch Schmelzspinnen, Extrudierung durch eine Düse oder Spinndüsenkapillare, gebildet werden, werden anfangs in der Form von Endlosfilamenten hergestellt. Die so hergestellten Filamente weisen jede gewünschte Querschnittsform auf, wie sie durch die Querschnittsform der Kapillare bestimmt wird, und sie können kreisförmige, ovale, trilobale, multilobale Band- und Hundeknochenformen einschließen.
  • Bin aus der Schmelze verspinnbares Polyamid kann verwendet werden, um das Filament der vorliegenden Erfindung herzustellen. Die Polyamide können ein Homopolymer, Copolymer oder Terpolymer oder Mischungen der Polymere sein. Beispiele für Polyamide umfassen: Polyhexamethylenadipamid (Nylon 6,6); Polycaproamid (Nylon 6); Polyenanthamid (Nylon 7); Nylon 10; Polydodekanolactam (Nylon 12); Polytetramethylenadipamid (Nylon 4,6); Polyhexamethylensebacamidhomopolymer (Nylon 6,10); ein Polyamid aus n-Dodekandioicsäure und Hexamethylendiaminhomopolymer (Nylon 6,12); und ein Polyamid aus Dodekamethylendiamin und n-Dodekandioicsäure (Nylon 12,12). Verfahren zur Herstellung der Polyamide, die bei der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gebracht werden, sind im Fachgebiet bekannt und können die Verwendung von Katalysatoren, Kokatalysatoren und Kettenverzweigungsmitteln einschließen, um die Polymere zu bilden, wie im Fachgebiet bekannt ist. Vorzugsweise ist das Polymer Nylon 6, Nylon 6,6 oder eine Kombination davon. Am meisten bevorzugt ist das Polyamid Nylon 6,6.
  • Beim Verfahren der Erfindung wird eine Polymerschmelze durch eine Spinnbaugruppe extrudiert, um zumindestens ein Filament zu bilden. Die Spinnbaugruppe kann eine Spinndüsenplatte einschließen, die mit einem, zwei oder einer Vielzahl von Löchern (Kapillaren) bei Anwendung bekannter Verfahren gebohrt wird, um zumindestens ein Filament zu bilden. Bei der Monofilausführung bildet ein einzelnes oder Monofilament das Monofilgarn, und bei der Multifilausführung bildet eine Vielzahl von Monofilen das Multifilgarn.
  • Beispiele für geeignete Druckluftspinnverfahren und -systeme, die zur Anwendung gebracht werden können, werden im U.S.Patent Nr. 5824248 und U.S.Patent Serien-Nr. 09/547854, am 12. April 2000 angemeldet, offenbart. Irgendwelche der vorangehend beschriebenen Druckluftverfahren können ebenfalls zur Anwendung gebracht werden. Ein bevorzugtes Druckluftfilamentabschrecksystem für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung wird schematisch in 3 gezeigt. Die Baugruppe in 3 kann als die Abschreckkammer aus 4 oder 5 verwendet werden. In 3 wird eine Polymerschmelze 300 durch eine Filamentspinnbaugruppe 305 und eine Spinndüsenplatte 310 mit mindestens einer und vorzugsweise mehreren Kapillaren extrudiert, um zumindestens ein und vorzugsweise eine Vielzahl von Filamenten 315 zu bilden. Das zumindestens eine Filament wird zu einer Druckluftabschreckkammer 320 geführt, die ein Teil einer Druckluftabschreckbaugruppe ist. Die Druckluftabschreckbaugruppe umfasst: einen erhitzten oder nichterhitzten Abschreckverzögerungsabschnitt der Höhe A; einen Abschrecksiebabschnitt 345 der Höhe B und mit einem Durchmesser D1; ein Abschreckverbindungsrohr 355 der Höhe C1 und mit dem Durchmesser D2; einen Verbindungskegel 325 der Höhe C2; und ein Abschreckrohr 330 der Höhe C3 und mit einem Durchmesser D3. In der Druckluftkammer wird ein Abschreckgas bei 340 bereitgestellt, um das Filament abzukühlen und zu verfestigen. Vorzugsweise gelangt das Filament durch die Abschreckkammer mit einer Geschwindigkeit von weniger als 1500 m/min. Das Abschrecksieb 345 umgibt die Filamente in der Abschreckkammer, und ein perforiertes Abschrecksieb 350 kann wahlfrei neben dem Abschrecksieb in der Abschreckkammer angeordnet werden. Die Filamente und das Abschreckgas treten aus der Abscbreckkammer über das Abschreckrohr 330 aus. Das frisch abgeschreckte Garn wird bei 335 gezeigt.
  • Für einen bestimmten Polymerisationszustand, Filamentgröße und Durchsatz bestimmt der Abstand zwischen der Spinndüsenplatte und dem Verbindungskegel die Stelle entlang der Filamente, wo das Gas beschleunigt und den Druckluftabschreckeffekt bewirkt. Das Abschreckgas wird so gelenkt, dass es sich in der gleichen Richtung wie die Richtung der Filamente bewegt, wie durch die Pfeile in 3 gezeigt wird. Die Abschreckgasgeschwindigkeit wird mit Bezugnahme auf die Filamentgeschwindigkeit gesteuert, die wiederum die aerodynamischen Widerstandskräfte des Abschreckgases auf die Filamente minimiert. Diese Kräfte wirken normalerweise bei höheren Spinngeschwindigkeiten in bedeutenderem Maß, um das Filament zu verfeinern und den frisch ersponnenen Filamenten eine unerwünschte frühzeitige Ausrichtung zu erteilen. Die Filamentausrichtung im Abschreckabschnitt des Spinnverfahrens ist unerwünscht, da diese Ausrichtung das endgültige mechanische Strecken der vorhanden Filamente begrenzt. Der verringerte aerodynamische Widerstand, den das Filament bei einem Spinnverfahren mit Druckluftabschreckung erfährt, zeigt eine geringere Ausrichtung, wie durch die Doppelbrechung des Filamentes gemessen wird.
  • Die Bildung eines Polyamidgarnes aus den Filamenten, die entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, wird mit Bezugnahme auf 4 und 5 veranschaulicht. Wie in 4 gezeigt wird, wird eine Polymerschmelze 400 durch eine Spinnbaugruppe 410 extrudiert, um zumindestens ein und vorzugsweise eine Vielzahl von Filamenten 420 zu bilden. Die Spinnbaugruppe 410 enthält ein Filtermittel und eine Mehrkapillarspinndüsenplatte. Die frisch extrudierten Filamente 420 werden in einer Druckluftabschreckkammer 430 abgeschreckt, die von der in 3 gezeigten Ausführung ist, indem Abschreckluft 440 in die Abschreckkammer 430 eingeführt wird. Ein Abschrecksieb 435 umgibt die Filamente in 4.
  • Bei der Multifilgarnausführung umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung außerdem den Schritt des Konvergieren der verfestigten Filamente zu einem Multifilgarn. Die Filamente 420, die aus der Abschreckkammer 430 austreten, werden zu einem Garn 460 mittels einer Lötösenführung 455 konvergiert, die stromabwärts von einer Filamentappreturauftragswalze 450 angeordnet ist. Die Appreturwalze 450 wird verwendet, um Öl oder andere Arten der Appretur aufzubringen, die im Fachgebiet bekannt sind.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst außerdem den Schritt des Bewegen des Filamentes, oder im Fall der Multifilgarnausführung das Bewegen des Garnes, zu einer mechanischen Streckstufe und des Strecken und dadurch des Ausdehnens des Filamentes oder des Garnes. Das Filament wird in mindestens einer und im Allgemeinen mehreren Streckstufen gestreckt. Dieser Schritt wird bei der Ausführung in 4 mittels eines ersten Streckwalzenpaares 470 und eines zweiten Streckwalzenpaares 480 zustande gebracht. Eine Zuführwalzenbaugruppe 465 bewegt das behandelte Garn 460 vorwärts zu einem ersten Streckwalzenpaar 470, das erhitzt und mit einer Geschwindigkeit betätigt wird, die höher ist als die der Zuführwalze 465, so dass das Garn im Raum zwischen den Walzen 465 und 470 gestreckt wird. Das zweite erhitzte Streckwalzenpaar 480, das mit einer Umfangsgeschwindigkeit höher als die der Walze 470 läuft, streckt außerdem das Garn über einer erhitzten Streckstiftbaugruppe oder einem heißen Rohr 475, wie im U.S.Patent Nr. 4880961 offenbart wird. Vorzugsweise bewegt sich das Filament oder das Garn durch die letzte Streckstufe mit einer Geschwindigkeit von mehr als etwa 2600 m/min. und noch mehr bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mehr als etwa 4500 m/min. Das Streckverhältnis, das als das Verhältnis der Walzenumfangsgeschwindigkeiten (Walze mit der höchsten Geschwindigkeit/Walze mit der niedrigsten Geschwindigkeit) definiert wird, liefert eine Polymerkettenausrichtung (Orientierung), die für das Erreichen einer hohen Garnfestigkeit oder -zugfestigkeit erforderlich ist. Vorzugsweise wird das Filament oder Garn mit einem Streckverhältnis von etwa 3 bis zu etwa 6 gestreckt. Die Wärme von den erhitzten Walzenoberflächen 470, 480 und der Streckstiftbaugruppe 475 stabilisiert die gestreckte (ausgerichtete) Struktur des Multifilgarnes. Das Garn wird zwischen der Streckwalze 480 und den Walzen 482 und 485 entspannt, um die endgültige Garnschrumpfung zu steuern.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann außerdem den Schritt des Wickeln des Filamentes oder des Garnes zu einem Garnkörper aufweisen. Bei der Ausführung in 4 wird das vollständig gestreckte Garn mit der gewünschten Festigkeit, Schrumpfung und anderen Eigenschaften auf einen Garnkörper 495 gewickelt, der mittels des Futters einer Spulmaschine gedreht wird, die nicht in 4 gezeigt wird. Eine Führung 490 wird benutzt, um den Garnweg zu steuern. Obgleich es nicht gezeigt wird, wird an dieser Stelle oftmals eine Fadenbruchnachweiseinrichtung verwendet, um die Spulmaschine zu stoppen, sollte ein Fadenbruch auftreten. Wahlfrei wird eine Fadenbruchnachweiseinrichtung zwischen den Walzen 482 und 485 montiert, um das Vorhandensein eines unerwünschten Niveaus von Fadenbrüchen zu signalisieren. Wenn es gewünscht wird, kann ein sekundäres Appreturöl außerdem vor dem Wickeln aufgebracht werden.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann das Strecken ein Strecken der Filamente in zwei oder mehr Stufen aufweisen. Diese Ausführung wird mit Bezugnahme auf 5 veranschaulicht. Wie in 5 gezeigt wird, wird eine Polymerschmelze 500 durch eine Spinnbaugruppe 510 extrudiert, um zumindestens ein und vorzugsweise eine Vielzahl von Filamenten 515 zu bilden. Die Spinnbaugruppe 510 weist ein Filtermittel und eine Mehrkapillarspinndüsenplatte auf. Die frisch extrudierten Filamente 515 werden zu einer Druckluftabschreckkammer 520 bewegt, wie beispielsweise in 3. Die frisch extrudierten Filamente 515 werden in einer Druckluftabschreckkammer 520 abgeschreckt, die die in 3 gezeigte Ausführung zeigt, indem Abschreckluft 525 in die Abschreckkammer 520 eingeführt wird. Die Filamente 515, die aus der Abschreckkammer 520 austreten, werden zu einem Multifilgarn durch die Führung 535 konvergiert, die stromabwärts von der Appreturwalze 530 angeordnet ist. Die Appreturwalze 530 wird verwendet, um ein Filamentappreturöl einer bekannten Art auf das Multifilgarn aufzubringen. Eine Zuführwalzenbaugruppe 540 bewegt das behandelte Multifilgarn vorwärts zu einem ersten Streckwalzenpaar 545, das erhitzt und mit einer Geschwindigkeit betätigt wird, die höher ist als die der Zuführwalze 540, so dass das Multifilgarn im Raum zwischen den Walzen 540 und 545 gestreckt wird. Ein zweites erhitztes Streckwalzenpaar 550, das mit einer Umfangsgeschwindigkeit höher als die der Walze 545 läuft, streckt außerdem das Garn, um die Polymermoleküle ausreichend auszurichten und dem Garn eine Festigkeit zu verleihen, sobald die Struktur stabilisiert ist, über den erhitzten Oberflächen der Streckwalzen. Ein wahlfreies drittes Streckwalzenpaar 555 kann das Multifilgarn weiter strecken, um die Festigkeit weiter zu erhöhen. Dieses Garn wird schnell zwischen der Streckwalze 555 und den Walzen 560 entspannt, um die endgültige Garnschrumpfung zu steuern. Oftmals wird eine Fadenbruchnachweiseinrichtung, die zwischen den Walzen 555 und 560 montiert ist, verwendet, um die Produktqualität zu ermitteln. Vollständig gestrecktes Garn mit der gewünschten Festigkeit, Schrumpfung und anderen Eigenschaften wird zu einem Garnkörper 570 aufgewickelt. Eine Führung 565 wird verwendet, um den Garnweg zu steuern. Obgleich es nicht gezeigt wird, wird eine Fadenbruchnachweiseinrichtung an dieser Stelle oftmals verwendet, um die Spulmaschine zu stoppen, sollte ein Fadenbruch auftreten. Wenn es gewünscht wird, kann ein sekundäres Appreturöl außerdem vor dem Wickeln aufgebracht werden.
  • Bei der Monofilausführung ist kein Schritt des Konvergieren der Filamente, wie vorangehend beschrieben, zu einem Multifilgarn vorhanden. Statt dessen wird das Filament in der Form eines Monofils direkt zu einer gekoppelten mechanischen Streckstufe bewegt, wie beispielsweise der, die entweder in 4 oder 5 veranschaulicht wird. Im Ergebnis dessen wird das Monofil gestreckt und dadurch ausgedehnt und ausgerichtet. Das Monofil wird danach zu einem Garnkörper aufgewickelt, wie beispielsweise dem, der entweder in 4 oder 5 veranschaulicht wird.
  • Die Filamente, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, können beispielsweise mit Geschwindigkeiten von mehr als 2000 Meter pro Minute ersponnen werden, vorzugsweise mehr als etwa 3000 Meter pro Minute, bevorzugter mehr als etwa 4000 Meter pro Minute, am meisten bevorzugt mehr als etwa 5000 Meter pro Minute bis zu etwa 10000 Meter pro Minute. In diesem Zusammenhang wird die Spinngeschwindigkeit als die Umfangsgeschwindigkeit der sich am schnellsten bewegenden Streckwalze definiert, über die das Garn in Kontakt ist, bevor das Garn aufgewickelt wird. Bei einer Spinngeschwindigkeit von etwa 2660 bis etwa 5000 Meter pro Minute beträgt das Verhältnis der Geschwindigkeit des Kühlgases am Austritt der Abschreckkammer zu einer ersten Walze, die die Filamente zieht, etwa 0,6 bis etwa 2,0. Diese erste Walze, die die Filamente zieht, ist die Zuführwalze, d. h., der Walzensatz 465 in 4 oder der Walzensatz 540 in 5. Vorzugsweise wird das Aufwickeln des Garnes mit einer Spulgeschwindigkeit zustande gebracht, die von einer Spinngeschwindigkeit um einen Wert von 0,1 Prozent bis etwa 7 Prozent der Spinngeschwindigkeit verringert wurde.
  • Bei der vorliegenden Erfindung werden hochfeste Garne mit hohen Spinngeschwindigkeiten mit kommerziell wünschenswerten Niveaus der Bruchdehnung und Schrumpfung hergestellt. Im Gegensatz dazu zeigen Garne, die mittels Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik bei Anwendung der konventionellen Querstromabschreckung hergestellt werden, in vollem Umfang einen Verlust an Festigkeit und Dehnung, während die Spinngeschwindigkeit größer wird. Die Schrumpfung der Fasern, die mittels dieser konventionellen Verfahren hergestellt werden, ist ebenfalls unerwünscht hoch. Das wird mit Bezugnahme auf 6 veranschaulicht, die zeigt, dass das maximale erreichbare Streckverhältnis des Verfahrens nach dem bisherigen Stand der Technik abfällt. Das ist auf eine hohe Anzahl von Fadenbrüchen zurückzuführen, die das Verfahren nicht steuerbar macht. Das führt ebenfalls zu einem Zurückgehen der Festigkeit, wie mit Bezugnahme auf 7 veranschaulicht wird. Die Garnfestigkeit ist ein Produkt davon, dass es stark gestreckt wird. Im Ergebnis dessen geht die maximale Festigkeit, die beim bisherigen Stand der Technik erreicht wird, zurück und wird bei einer niedrigen Spinngeschwindigkeit (etwa 4000 Meter pro Minute) nicht steuerbar. 7 zeigt, dass ein Garn von ca. 10,8 Gramm pro Denier durch Spinnen mit der Abschreckeinrichtung der Erfindung mit 5500 Meter pro Minute erhalten wird, wohingegen mit der Abschreckeinrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik dieses gleiche Garn von ca. 10,8 Gramm pro Denier mit nur 3000 Meter pro Minute erhalten wird. Das Verfahren der Erfindung ist bei diesem Beispiel (5500/3000) = 1,8-mal produktiver als beim bisherigen Stand der Technik. Die Daten aus 6 und 7 wurden bei Anwendung des bisherigen Standes der Technik, der in 1 gezeigt wird, ohne das heiße Rohr 90 erhalten. Statt dessen verlief das Garn von der Rolle 80 zur 100 ohne über die 90 zu gelangen, die körperlich dort nicht vorhanden war. Der Rest des Garnweges war wie in 1.
  • Daher können über einen Spinngeschwindigkeitsbereich von etwa 2600 Meter pro Minute bis zu über 5000 Meter pro Minute vollständig gestreckte Garne der vorliegenden Erfindung eine Festigkeit von mindestens 5 Gramm pro Denier (4,5 cN pro Dezitex) aufweisen, vorzugsweise größer als etwa 5,7 Gramm pro Denier (5,0 cN pro Dezitex), mehr bevorzugt größer als etwa 7,9 Gramm pro Denier (7,0 cN pro Dezitex), mehr bevorzugt größer als etwa 11,3 Gramm pro Denier (10 cN pro Dezitex).
  • Außerdem weisen die Garne der vorliegenden Erfindung eine wünschenswerte Ausgeglichenheit der Eigenschaften auf, beispielsweise eine Bruchdehnung (15 bis 22%) und Heißluftschrumpfung (weniger als 10% und vorzugsweise weniger als 6%). Ebenfalls zeigen die Garne der vorliegenden Erfindung eine Denierschwankung von weniger als 3,7%. Im Gegensatz dazu zeigen Garne, die mittels Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik bei Anwendung der konventionellen Querstromabschreckung hergestellt werden, in vollem Umfang einen Verlust an Festigkeit und Dehnung, wo Steigerungen der Spinngeschwindigkeit angestrebt werden. Die Schrumpfung der Fasern, die mittels dieser konventionellen Verfahren hergestellt werden, ist ebenfalls unerwünscht hoch. Eine gute Ausgeglichenheit dieser Eigenschaften ist erforderlich, um die Anforderungen an technische Polyamidfasern zu erfüllen, die bei solchen Anwendungen wie Airbags für Kraftfahrzeuge, einvulkanisierte Gummiverstärkungsgarne (beispielsweise Reifengarne), Schutzbekleidung, weiche Gepäckstücke verwendet werden. Außerdem bedeuten eine geringe Festigkeit verbunden mit einer niedrigen Bruchdehnung und hohen Schrumpfung typischerweise ein Verfahren, das nicht robust und von großtechnischer Qualität ist.
  • Außerdem können die Filamente der vorliegenden Erfindung einen gewünschten Dezitex pro Filament (dtex/fil) aufweisen, beispielsweise von 0,1 bis etwa 20 dtex/fil. Die Filamente für eine Verwendung bei industriellen Anwendungen, wie beispielsweise Airbags und Nähfäden, liegen typischerweise zwischen etwa 2,5 und etwa 9 dtex/fil. Für Bekleidungsverwendungen werden dtex/fil-Bereiche typischerweise zwischen 0,1 und 4 und für andere Anwendungen (beispielsweise Teppiche) ein höherer dtex/fil, beispielsweise etwa 5 bis etwa 18, oftmals zur Anwendung gebracht.
  • Vor jeglichem mechanischem Strecken weisen die Filamente der Erfindung eine Doppelbrechung von 0,002 und 0,012 auf. Wie jenen Fachleuten bekannt ist, zeigt die Filamentdoppelbrechung den relativen Grad der Ausrichtung der Polymerketten im Filament an. Dieser Bereich der Doppelbrechung, der bei der Zuführwalzenbaugruppe mit der Druckluftabschreckeinrichtung der Erfindung erreicht wird, verweist auf eine geringere Molekülausrichtung als die, die bei Anwendung der Querstromabschreckeinrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik erreicht wird. Eine derartige geringe Ausrichtung in der Zuführwalzenbaugruppe gestattet die Anwendung eines viel höheren Streckverhältnisses, ohne dass man übermäßigen zerrissenen Filamenten begegnet.
  • Die Filamente dieser Erfindung sind vorzugsweise Polyamid, das zu Multifilgarnen, Stoffen, Stapelfasern, geformten Stoffartikeln, Endlosfilamentspinnkabeln und Endlosfilamentgarnen geformt wird. Die Stoffe, die die Filamente dieser Erfindung enthalten, umfassen industrielle Stoffe, die in Segeln und Fallschirmen, Teppichen, Bekleidungsstücken, Airbags oder anderen Artikeln verwendet werden, die mindestens einen Anteil an Polyamid enthalten. Wenn Stoffe hergestellt werden, kann jedes beliebige bekannte geeignete Verfahren zur Herstellung von Stoffen zur Anwendung gebracht werden. Beispielsweise sind Weben, Kettenwirken, Rundstricken, Strumpfwirken und Legen eines Stapelproduktes zu einem Vliesstoff für die Herstellung von Stoffen geeignet.
  • Die Polyamidfilamentgarne dieser Erfindung können allein oder gemischt in jeder gewünschten Menge, typischerweise nach dem Spinnen und Strecken, mit anderen polymeren synthetischen Fasern, wie beispielsweise Spandex, Polyester, und natürlichen Fasern wie Baumwolle, Seide, Wolle oder anderen typischen Begleitfasern für Nylon verwendet werden.
  • Das Garn, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann jede beliebige gewünschte Filamentfeinheit und Gesamtdezitex aufweisen. Das aus den Filamenten der vorliegenden Erfindung gebildete Garn weist typischerweise einen Gesamtdezitex zwischen etwa 10 Dezitex und etwa 990 Dezitex auf, vorzugsweise zwischen etwa 16 Dezitex und etwa 460 Dezitex. Außerdem kann das Garn der vorliegenden Erfindung weiter aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Filamenten mit unterschiedlichen (dtex/fil) Dezitex-pro-Filament-Bereichen, Querschnitten und/oder anderen charakteristischen Merkmalen gebildet werden.
  • Die Polymerschmelze, die beim Verfahren der vorliegenden Erfindung und den resultierenden Filamenten, Garnen und Artikeln verwendet wird, kann konventionelle Zusatzmittel umfassen, die während des Polymerisationsvorganges oder zum gebildeten Polymer oder Artikel zugegeben werden und zur Verbesserung der Polymer- oder Fasereigenschaften beitragen können. Beispiele für diese Zusatzmittel umfassen Antistatikmittel, Antioxidationsmittel, antimikrobielle Mittel, Flammenschutzmittel, Farbpigmente, Lichtstabilisierungsmittel, Polymerisationskatalysatoren und – hilfsmittel, Adhäsionsbeschleuniger, Mattierungsteilchen, wie beispielsweise Titandioxid, Mattierungsmittel, organische Phosphate und deren Kombinationen. Besonders bevorzugte Zusatzmittel in der Polymerschmelze der vorliegenden Erfindung sind Mattierugsteilchen, wie beispielsweise Titandioxid oder Zinksulfid und Farbpigmentteilchen. Vorzugsweise enthält die Polymerschmelze etwa 0,01 bis etwa 1,2 Gew.-% Farb- oder Mattierungsteilchen.
  • Weitere Zusatzmittel, die auf die Fasern während der Spinn- und/oder Streckvorgänge aufgebracht werden können, umfassen Antistatikmittel, Glättmittel, Adhäsionsbeschleuniger, Antioxidationsmittel, antimikrobielle Mittel, Flammenschutzmittel, Schmälzmittel und deren Kombinationen. Derartige zusätzliche Zusatzstoffe können während der verschiedenen Verfahrensschritte hinzugefügt werden, wie es im Fachgebiet bekannt ist.
  • Die Erfindung wird weiter durch die folgenden nichteinschränkenden Beispiele veranschaulicht.
  • PRÜFVERFAHREN
  • Die Eigenschaften, die benutzt werden, um die Filamente der vorliegenden Erfindung zu charakterisieren, wurden in der folgenden Weise gemessen:
    Die Festigkeit wird auf einer Instron-Zugreißprüfmaschine (ASTM D76) gemessen, die mit zwei Griffen ausgerüstet ist, die das Garn bei Messlängen von 10 in. (25,4 cm) halten. Die Probe wird mit 3 Drehungen/in. (1,2 Drehungen/cm) ausgesetzt, und das Garn wird danach mittels eines Zylinders bei einer Dehnungsgeschwindigkeit von 10 in./Minute (25,4 cm/Minute) gezogen. Eine Kraftmessdose registriert die Daten, und es werden Spannungs-Dehnungs-Kurven erhalten. Die Festigkeit ist die Reißkraft, dividiert durch den Garndenier, ausgedrückt in Gramm/Denier oder cN/dtex (cN/dtex = Gramm/Denier × (100/102) × (9/10)). Die Bruchdehnung ausgedrückt in Prozent ist die Veränderung der Probenlänge beim Bruch, dividiert durch ihre Ausgangslänge. Instron-Messungen wurden bei 21°C (+/– 1°C) und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65% vorgenommen. Denier ist die lineare Dichte der Probe, erhalten durch Messen des Gewichtes in Gramm einer Länge von 9000 m (Dezitex ist der Denier, multipliziert mit dem Faktor 10/9). Die Festigkeits- und Dehnungsmessverfahren entsprechen im Allgemeinen der ASTM D2256.
  • Die Gleichmäßigkeit der linearen Garndichte (ausgedrückt durch Denier oder Dezitex) wird durch wiederholtes Wiegen einer vorgeschriebenen Garnlänge und Vergleichen einer repräsentativen Anzahl von Proben ermittelt. Die lineare Dichte eines Garnes wird mittels des Verfahrens „Schneiden und Wiegen" gemessen, das jenen Fachleuten bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird eine vorgeschriebene Länge (L) des Garnes, beispielsweise 30 Meter Garn, von einem Garnkörper abgeschnitten und gewogen. Das Gewicht (W) der Garnprobe wird in Gramm ausgedrückt. Das Gewicht-zu-Länge-Verhältnis (W/L) wird mit 9000 Meter Garn multipliziert, um den Denier auszudrücken. Alternativ wird W/L mit 10000 Meter Garn multipliziert, um den Dezitex auszudrücken. Der Vorgang des Schneidens und Wiegens wird typischerweise 8-mal wiederholt. Der Mittelwert von 8 Messungen von einem einzelnen Garnkörper wird als die Deniergleichmäßigkeit „längs des Fadens" bezeichnet. Eine automatisierte Prüfvorrichtung ACW400/DVA steht von der Lenzing Technik GmbH & Co. KG, Osterreich für die Durchführung dieser Messung zur Verfügung. Das ACW400/DVA-Gerät ist ein vollautomatisiertes Messsystem für den Denier/dtex und die Gleichmäßigkeit der Filamentgarne entsprechend dem Schneide- und Wiegeverfahren. Das ACW400/DVA-Gerät der Lenzing Technik umfasst ein Denierveränderungszubehör (DVA), das ein automatisiertes Maß für die Denierveränderung liefert, worauf man sich im Fachgebiet als die „Denierschwankung" bezieht. Die Denierschwankungsmessungen werden hierin alle entsprechend dem Verfahren durchgeführt, die von der Lenzing Technik für den Denierveränderungszubehörmodul für das ACW400 bereitgestellt werden.
  • Standardverfahren entsprechend ASTM D789 wurden für die Ermittlung der relativen Polymerviskosität (RV) in Ameisensäurelösung, des Schmelzpunktes und des Feuchtigkeitsgehaltes zur Anwendung gebracht.
  • Das ASTM-Prüfverfahren D5104-96 ist das Standardverfahren für die Filamentschrumpfung (Einzelfaserversuch), wie es hierin zur Anwendung gebracht wird.
  • Die Doppelbrechung der einzelnen Filamente wurde bei Anwendung der Polarisationsmikroskopie und der Kippkompensatorverfahrensweise ermittelt. Die folgende Formel Gleichung 1 definiert die Doppelbrechung: Doppelbrechung = Retardation (Wellenlängen in nm)/Probedicke (nm)Gleichung 1.
  • Die Dicke der Faser wird bei Verwendung eines Watson Image Sheering Eyepiece und Mikroskopes gemessen. Das Bild der gemessenen Faser wird von einer Seite zur anderen ausgeschert und geeicht, um die Dickemessung zu liefern. Die Retardation wird durch Schneiden eines 45-Grad-Keils an einem Ende der Faser gemessen. Die Reihenfolgen der Interferenz- oder der Retardationsbänder werden gezählt, während sie sich vom dünnsten Ende des Keils zum dicksten Teil des Keils oder der Mitte der Faser ausbreiten. Die Messung wird in gekreuzten Polarisatoren bei Verwendung einer Viertel-Lambda-Platte (1/4 der 546 Nanometer-Wellenlänge) vorgenommen, die in den Lichtweg eingesetzt wird, wobei die Faser senkrecht zur Retardationsrichtung der Viertel-Lambda-Platte ausgerichtet ist. Während jedes Retardationsband gezahlt wird, muss der Abschnitt des Bandes, der in der Mitte der Faser angezeigt wird, bei Benutzung des Analysators ausgeglichen werden. Der Analysator wird gedreht, bis sich das mittlere Band ausgleicht, und der Winkel wird aufgezeichnet. Der Winkel (weniger als 180°) verkörpert einen Abschnitt des Retardationsbandes (bei 546 Nanometer). Die Gesamtanzahl der Retardationsbänder und der Abschnitt des letzten, gemessen mit dem Analysator, werden in eine Wegdifferenz (nm) umgewandelt.
  • Alternativ könnte das Senarmont-Kompensationsverfahren, wie es im Detail im U.S.Patent Nr. 5141700 (Sze) in den Spalten 5 und 6, beginnend mit der Zeile 23 in Spalte 5 offenbart wird, zur Anwendung gebracht werden, um die gleichen Doppelbrechungsdaten zu erhalten. Grundlegend erfordert das Doppelbrechungsverfahren die Messung des Wegunterschiedes zwischen zwei Wellen des polarisierten Lichtes in Verbindung mit einem doppelbrechenden Filament. Dieser Wegunterschied, dividiert durch den Filamentdurchmesser (in Mikrometern), ist die Definition der Doppelbrechung.
  • BEISPIELE
  • VERGLEICHSBEISPIEL A
  • Nylon 6,6-Polymerflocke (relative Viskosität 38), kommerziell von DuPont, Kanada, verfügbar, wurde in fester Phase mit trockenem Stickstoff im Wesentlichen frei von Sauerstoff um die relative Molekülmasse des Polymers zu vergrößern. Das Polymer wurde zu einer Schneckenschmelzvorrichtung befördert und extrudiert. Das geschmolzene Polymer wurde danach in eine Filamentspinnbaugruppe eingeführt und vor der Extrudierung zu einer Spinndüse (oder Spinndüse) mit 34 Kapillaren gefiltert. Diese Spinndüse gestattete die Bildung von 34 einzelnen Filamenten. Diese Filamente wurden in Luft bei Benutzung der Querstromabschreck- und gekoppelten Spinnstreckvorrichtung abgeschreckt, die in 1 gezeigt wird. Die Filamente wurden zu einem Garn bei Aufbringung eines konventionellen Appreturschmälzmittels konvergiert und mittels einer Zuführwalzenbaugruppe 70 mit einer Walzenumfangsgeschwindigkeit von 651 Meter pro Minute und einer Walzenoberflächentemperatur von 50°C weiterbewegt. Das Garn wurde danach zu einem ersten Streckwalzenpaar 80 mit einer Walzenoberflächentemperatur von 170°C und einer Umfangsgeschwindigkeit vom 2,6-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit zugeführt. Danach wurde das Garn einem zweiten Streckwalzenpaar 100 mit einer Walzenoberflächentemperatur von 215°C zugeführt, was eine Gesamtgeschwindigkeit von 2800 Meter pro Minute lieferte, gleich einem Streckverhältnis vom 4,3-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit. Das heiße Rohr 90 wurde bei diesem Vergleichsbeispiel nicht verwendet. Das 34-Filament-Garn wurde mit Abziehwalzen 110 und 120 in der Geschwindigkeit um 7,1% entspannt und auf einen Garnkörper 140 mit einer Geschwindigkeit von 2587 Meter pro Minute aufgewickelt. Das resultierende 110-den Garn (34 Filamente) zeigte eine Festigkeit von 8,8 Gramm pro Denier (7,8 cN/dtex), eine Bruchdehnung von 18% und eine Heißluftschrumpfung von 6,6%. Die gemessene relative Viskosität (RV) des Garnes betrug 70.
  • BEISPIEL 1
  • Die gleiche Nylon 6,6-Polymerflocke, wie sie im Vergleichsbeispiel A verwendet wurde, wurde aus der Schmelze extrudiert und in der gleichen Weise wie beim Vergleichsbeispiel A verarbeitet, bevor sie in die Spinnbaugruppe 410 gelangte, die in 4 gezeigt wird. Das Polymer wurde durch eine Spinndüse extrudiert, um 34 Filamente zu bilden. Die frisch extrudierten Filamente wurden in Luft bei Verwendung einer Druckluftabschreckvorrichtung, wie sie in 3 gezeigt wird, und der gekoppelten Mehrstufenstreckwalzenbaugruppe, die in 4 gezeigt wird, abgeschreckt. Das heiße Rohr 475 (4) wurde nicht verwendet.
  • Mit Bezugnahme auf 3 zeigte das Abschrecksieb 345 einen Durchmesser D1 von 4,0 in. (10,2 cm) mit einer Abschrecksieblänge B von 6,5 in. (16,5 cm), eine Abschreckverzögerungshöhe A betrug 6,6 in. (16,8 cm), eine Höhe C1 des Abschreckverbindungsrohres 355 betrug 5,0 in. (12,7 cm), der Durchmesser D2 eines Abschreckverbindungsrohres betrug 1,5 in. (3,8 cm), eine Höhe (C2) des Verbindungskegels 325 betrug 4,8 in. (12,2 cm) und eine Höhe (C3) des Rohres 330 betrug 15 in. (38 cm).
  • Erhalten aus der Gleichung 2, betrug das Verhältnis der Luftgeschwindigkeit zur Zuführwalzengeschwindigkeit 465 (4) 1,02. Verhältnis = (Luftgeschwindigkeit im Austritt des Rohres C3)/ (Umfangsgeschwindigkeit der Zuführwalze 465)Gleichung 2.
  • Wobei die Luftgeschwindigkeit im Austritt des Rohres 330 (3) gleich der gemessenen Luftvolumenströmungsgeschwindigkeit ist, dividiert durch die Querschnittsfläche des Rohres 330 oder (πD3)2/4. Dieses Verhältnis wird dann für die Abnahme der Luftdichte infolge des Anstieges der Luftvolumentemperatur in der Druckluftabschreckanlage korrigiert.
  • Eine Appretur wurde bei 450 (in 4) aufgebracht, und die Filamente wurden zu einem Garn bei Verwendung einer Lötösenführung 455 konvergiert, die stromabwärts von der Appreturwalze 450 angeordnet ist. Das Garn wurde mittels einer Zuführwalzenbaugruppe 465 zum ersten Streckwalzenpaar 470 weiterbewegt. Die Zuführwalzenbaugruppe 465 zeigte eine Umfangsgeschwindigkeit von 1087 Meter pro Minute und eine Oberflächentemperatur von 50°C. Das erste Streckwalzenpaar 470 zeigte eine Walzenoberflächentemperatur von 170°C. Die Umfangsgeschwindigkeit betrug das 3,2-fache der Zuführwalzengeschwindigkeit.
  • Die Filamente wurden danach zu einem zweiten Streckwalzenpaar 480 bewegt, wobei sie das heiße Rohr 475 umgehen, das bei diesem Beispiel nicht verwendet wird. Die Streckwalze 480 mit einer Oberflächentemperatur von 212°C und einer Umfangsgeschwindigkeit von 5000 Meter pro Minute lieferte ein Gesamtstreckverhältnis von 4,6. Das Gesamtstreckverhältnis wurde durch Dividieren der Umfangsgeschwindigkeit der Streckwalze 480 durch die Umfangsgeschwindigkeit der Zuführwalze 465 berechnet. Das 34-Filament-Garn wurde in der Geschwindigkeit bei 485 um 7,4% entspannt und mit einer Geschwindigkeit von 4600 Meter pro Minute aufgewickelt. Das resultierende 110-den Garn zeigte eine Festigkeit von 9,1 Gramm pro Denier (8,0 cN/dtex), eine Bruchdehnung von 20,6% und eine Heißluftschrumpfung von 6,7%. Die gemessene RV des Garnes betrug 70.
  • BEISPIEL 2
  • Bei Verwendung der Spinnmaschinenanordnung in 4 wurde die gleiche Nylon 6,6-Polymerflocke, die im Vergleichsbeispiel A verwendet wurde, verarbeitet, aus der Schmelze extrudiert und zu einer Spinnbaugruppe 410 für eine Extrudierung durch eine Spinndüse transportiert, um 34 Filamente zu bilden. Die frisch extrudierten Filamente 420 wurden in Luft entsprechend der vorliegenden Erfindung bei Verwendung der Druckluftabschreckvorrichtung abgeschreckt, die in 3 gezeigt wird. Das Verfahren mit der gekoppelten Mehrstufenstreckwalze und dem heißen Rohr 475, in 4 gezeigt, wurde zur Anwendung gebracht. Mit Bezugnahme auf 3 zeigte das Abschrecksieb 345 einen Durchmesser von 4,0 in. (10,2 cm) mit einer Abschrecklänge B von 8,1 in. (20,6 cm); eine Abschreckverzögerungshöhe A betrug 6,6 in. (16,8 cm); ein Abschreckverbindungsrohr 355 zeigte eine Höhe C1 von 5,0 in. (12,7 cm); der Durchmesser D2 des Verbindungsrohres 355 betrug 1,5 in. (3,8 cm); ein Verbindungskegel 325 zeigte eine Höhe C2 von 4,8 in. (12,2 cm); das Abschreckrohr 330 zeigte eine Rohrhöhe C3 von 15 in. (38 cm); und das Verhältnis der Luftgeschwindigkeit zur Geschwindigkeit der Zuführwalzenbaugruppe betrug 1,05. Die Filamente konvergierten bei 455 zu einem Garn bei Aufbringung eines Appreturschmälzmittels bei 450. Das Garn 460 wurde mittels einer Zuführwalzenbaugruppe 465 zu einem ersten Streckwalzenpaar 470 weiterbewegt. Die Zuführwalzenbaugruppe 465 zeigte eine Umfangsgeschwindigkeit von 1064 Meter pro Minute und eine Walzenoberflächentemperatur von 50°C. Das erste Streckwalzenpaar 470 zeigte eine Walzenoberfläche mit Umgebungstemperatur und eine Umfangsgeschwindigkeit der Walze vom 2,7-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit.
  • Die Filamente wurden danach mit einem heißen Rohr 475 in Kontakt gebracht, identisch mit jenem heißen Rohr, das im U.S.Patent Nr. 4880961 offenbart wird. Das Garn wurde spiralförmig in Reibungskontakt mit dem heißen Rohr transportiert, wobei es einundeinehalbe Umwicklung um das innen erhitzte heiße Rohr annimmt. Die Oberflächentemperatur des heißen Rohres 475 als Streckhilfselement betrug 181°C. Als Nächstes wurde das Garn zu einem zweiten Streckwalzenpaar 480 mit einer Walzenoberflächentemperatur von 215°C transportiert. Das gesamte Streckverhältnis betrug das 4,7-fache der Umfangsgeschwindigkeit der Zuführwalze 465 mit der zweiten Streckwalzenbaugruppe 480 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5000 Meter pro Minute. Das 34-Filament-Garn wurde in der Geschwindigkeit um 7,0% in der Relaxationswalzenbaugruppe 485 entspannt und auf einen Garnkörper 495 mit einer Geschwindigkeit von 4615 Meter pro Minute aufgewickelt. Das gestreckte Garn von 110 Denier (122 dtex–34 Filamente) zeigte eine Festigkeit von 9,8 Gramm pro Denier (8,6 cN/dtex), eine Bruchdehnung von 16,3% und eine Heißluftschrumpfung von 7,3%. Die gemessene RV in Ameisensäure des Garnes betrug 70.
  • BEISPIEL 3
  • Eine Nylon 6,6-Polymerflocke mit einer RV von 38, der 1 Gew.-% der Anataseform des Titandioxides (HOMBITAN(R) LO-CR-S-M, Sachtleben Chemie GmbH, Duisburg, Deutschland) enthält, wurde in der gleichen Weise wie beim Beispiel 2 bei Verwendung der gekoppelten Extrudier- und Streckvorrichtung, die in 4 gezeigt wird, aus der Schmelze extrudiert und verarbeitet. Eine identische Spinnbaugruppe und Spinndüse wurden verwendet, um 34 Filamente zu bilden. Die frisch extrudierten Filamente wurden in Luft bei Verwendung der in 3 gezeigten Druckluftabschreckvorrichtung abgeschreckt. Die Messungen der Druckluftabschreckvorrichtung waren mit jenen des Beispieles 2 identisch. Das Verhältnis der Luftgeschwindigkeit im Rohr 330 (3) zur Geschwindigkeit der Zuführwalzenbaugruppe 465 betrug 1,1. Wie vorangehend wurden die Filamente mittels einer Führung 455 zu einem Garn bei Aufbringung eines Appreturschmälzmittels bei 450 konvergiert. Die Zuführwalzenbaugruppe 465 bewegte das Garn weiter zu einem ersten Streckwalzenpaar 470. Die Zuführwalze 465 zeigte eine Umfangsgeschwindigkeit von 1087 Meter pro Minute und eine Walzenoberflächentemperatur von 50°C. Das erste Streckwalzenpaar 470 zeigte eine Walzenoberfläche auf Umgebungstemperatur und eine Umfangsgeschwindigkeit vom 2,7-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit. Das Garn wurde zu einem heißen Rohr weiterbewegt, wie beim Beispiel 2. Das Garn wurde spiralförmig in Reibungskontakt mit dem heißen Rohr transportiert, wobei es einundeinehalbe Umwicklung um das innen erhitzte heiße Rohr annimmt. Die Oberflächentemperatur des Streckluftelementes 475 betrug 181°C. Als Nächstes wurde das Garn zu einem zweiten Streckwalzenpaar 480 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5000 Meter pro Minute und einer Walzenoberflächentemperatur von 215°C transportiert, wodurch ein Gesamtstreckverhältnis vom 4,6-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit bewirkt wird. Das 34-Filament-Garn wurde in der Geschwindigkeit um 6,5% bei Verwendung der Relaxationswalzenbaugruppe 485 entspannt und mit einer Geschwindigkeit von 4645 Meter pro Minute aufgewickelt, um einen Garnkörper 495 zu bilden. Das resultierende Garn von 110 Denier (122 dtex–34 Filamente) zeigte eine Festigkeit von 8,7 Gramm pro Denier (7,7 cN/dtex), eine Bruchdehnung von 17,6% und eine Heißluftschrumpfung von 7,1%. Die gemessene RV in Ameisensäure des Garnes betrug 78.
  • VERGLEICHSBEISPIEL B
  • Eine Nylon 6,6-Polymerflocke mit einem RV von 38, identisch mit der, die beim Beispiel 1 verwendet wurde, wurde bei Benutzung der gekoppelten Spinn- und Mehrstufenstreckvorrichtung aus 1 aus der Schmelze extrudiert. Die Spinnbaugruppe 20 enthielt eine Spinndüse mit 34 Kapillaren, und es wurden 34 Filamente ersponnen. Jedes Filament zeigte eine Feinheit von 6 Denier (6,6 dtex) nach dem Mehrstufenstrecken. Die Filamente (30 in 1) wurden bei Anwendung eines Querstromes von Abschreckluft 40 entsprechend dem bekannten Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik abgekühlt und verfestigt. Die Filamente wurden zu einem Garn bei Aufbringung eines Appreturschmälzmittels bei 50 konvergiert. Das Garn 60 wurde zu einem ersten Streckwalzenpaar 80 mittels einer Zuführwalzenbaugruppe 70 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 560 Meter pro Minute und einer Walzenoberflächentemperatur von 50°C weiterbewegt. Das erste Streckwalzenpaar 80 zeigte eine Walzenoberflächentemperatur von 170°C und eine Umfangsgeschwindigkeit vom 3,0-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit. Es wurde kein heißes Rohr 90 verwendet. Das Garn wurde danach zu einem zweiten Streckwalzenpaar 100 mit einer Walzenoberflächentemperatur von 215°C zugeführt, was ein Gesamtstreckverhältnis vom 5-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit oder 2800 Meter pro Minute lieferte. Das 34-Filament-Garn wurde in der Geschwindigkeit um 8,0% entspannt und mit einer Geschwindigkeit von 2562 Meter pro Minute aufgewickelt. Das gestreckte Garn von 210 Denier (233 dtex) zeigte eine Festigkeit von 9,4 Gramm pro Denier (8,3 cN/dtex), eine Bruchdehnung von 17,5% und eine Heißluftschrumpfung von 6,7%. Die gemessene RV in Ameisensäure des Garnes betrug 70.
  • BEISPIEL 4
  • Bei Verwendung der mit Druckluft abgeschreckten gekoppelten Spinn- und Streckvorrichtung aus 4 (ohne dem heißen Rohr 475) wurde ein Nylon 6,6-Polymer identisch mit dem Vergleichsbeispiel A vor der Spinnbaugruppe verarbeitet und durch eine Spinndüse aus der Schmelze extrudiert, um 34 Filamente zu bilden. Die frisch extrudierten Filamente wurden in Luft bei Verwendung einer Druckluftabschreckvorrichtung der Erfindung, wie in 3 gezeigt wird, und der gekoppelten Mehrstufenstreckwalzenbaugruppe, wie in 4 gezeigt wird, abgeschreckt.
  • Mit Bezugnahme auf 3 zeigte das Abschrecksieb 345 einen Durchmesser von 4,0 in. (10,2 cm) mit einer Abschreckhöhe B von 6,5 in. (16,5 cm); eine Abschreckverzögerungshöhe A betrug 6,6 in. (16,8 cm); ein Abschreckverbindungsrohr 355 zeigte eine Höhe C1 von 12,5 in. (31,7 cm); der Durchmesser D2 des Verbindungsrohres betrug 1,5 in. (3,8 cm); ein Verbindungskegel 325 zeigte eine Höhe C2 von 4,8 in. (12,2 cm); und das Abschreckrohr 330 zeigte eine Höhe C3 von 15 in. (38 cm). Das Verhältnis der Luftgeschwindigkeit im Abschreckrohr 330 zur Geschwindigkeit der Zuführwalzenbaugruppe 465 (in 4) betrug 0,87.
  • Die Filamente 420 wurden zu einem Garn bei 455 bei Aufbringung eines Appreturschmälzmittels bei 450 konvergiert. Das Garn 460 wurde mittels einer Zuführwalze 465 zu einem ersten Streckwalzenpaar 470 weiterbewegt. Die Zuführwalze zeigte eine Umfangsgeschwindigkeit von 1042 Meter pro Minute und eine Walzenoberflächentemperatur von 50°C. Das erste Streckwalzenpaar 470 zeigte eine Walzenoberflächentemperatur von 170°C und eine Umfangsgeschwindigkeit vom 2,8-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit. Das Garn wurde danach zu einem zweiten Streckwalzenpaar 480 mit einer Walzenoberflächentemperatur von 220°C zugeführt, wobei das heiße Rohr 475 umgangen wurde. Die zweite Streckwalze 480 lieferte ein Gesamtstreckverhältnis vom 4,8-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit oder 5000 Meter pro Minute. Das 34-Filament-Garn wurde in der Geschwindigkeit um 7,0% entspannt und mittels einer Relaxationswalzenbaugruppe 485 mit einer Geschwindigkeit von 4620 Meter pro Minute aufgewickelt. Nach dem Strecken zeigte das Garn von 210 Denier (233 dtex–34 Filamente) eine Festigkeit von 10,0 Gramm pro Denier (8,8 cN/dtex), eine Bruchdehnung von 17,9% und eine Heißluftschrumpfung von 6,8%. Die gemessene RV in Ameisensaure des Garnes betrug 70.
  • BEISPIEL 5
  • Bei Verwendung der mit Druckluft abgeschreckten gekoppelten Spinn- und Streckvorrichtung aus 4 mit dem heißen Rohr (Unterstützungselement 475 für das Strecken) wurde ein Nylon 6,6-Polymer identisch mit dem Vergleichsbeispiel A vor der Spinnbaugruppe verarbeitet und durch eine Spinndüse aus der Schmelze extrudiert, um 34 Filamente zu bilden. Die frisch extrudierten Filamente wurden in Luft bei Verwendung einer Druckluftabschreckvorrichtung der Erfindung, wie in 3 gezeigt wird, und der gekoppelten Mehrstufenstreckwalzenbaugruppe, wie in 4 gezeigt wird, abgeschreckt.
  • Mit Bezugnahme auf 3 zeigte das Abschrecksieb 345 einen Durchmesser von 4,0 in. (10,2 cm) mit einer Abschreckhöhe B von 6,5 in. (16,5 cm); eine Abschreckverzögerungshöhe A betrug 6,6 in. (16,8 cm); ein Abschreckverbindungsrohr 355 zeigte eine Höhe C1 von 12,5 in. (31,7 cm); der Durchmesser D2 des Verbindungsrohres betrug 1,5 in. (3,8 cm); ein Verbindungskegel 325 zeigte eine Höhe C2 von 4,8 in. (12,2 cm); und das Abschreckrohr 330 zeigte eine Höhe C3 von 15 in. (38 cm). Das Verhältnis der Luftgeschwindigkeit im Abschreckrohr 330 zur Geschwindigkeit der Zuführwalzenbaugruppe 465 (in 4) betrug 1,12.
  • Die Filamente wurden zu einem Garn in der Führung 455 bei vorheriger Aufbringung eines Appreturschmälzmittels bei 450 konvergiert. Das Garn wurde mittels einer Zuführwalzenbaugruppe 465 zu einem ersten Streckwalzenpaar 470 und danach zu einem Streckhilfselement 475 weiterbewegt. Die Zuführwalzenbaugruppe 465 zeigte eine Umfangsgeschwindigkeit von 1087 Meter pro Minute und eine Walzenoberflächentemperatur von 50°C. Das erste Streckwalzenpaar 470 zeigte eine Walzenoberfläche mit Umgebungstemperatur und eine Umfangsgeschwindigkeit vom 2,8-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit. Das Garn wurde spiralförmig in Reibungskontakt mit dem Streckhilfselement 475 transportiert, wobei einundeinehalbe Umwicklung um das innen erhitzte heiße Rohr angenommen wurde. Die Oberflächentemperatur des Streckhilfselementes 475 betrug 181°C.
  • Als Nächstes wurde das Garn zu einem zweiten Streckwalzenpaar 480 mit einer Walzenoberflächentemperatur von 215°C transportiert, wobei ein Gesamtstreckverhältnis von mindestens dem 5-fachen der Zuführwalzengeschwindigkeit oder etwa 5000 Meter pro Minute bewirkt wird. Das 34-Filament-Garn wurde in der Geschwindigkeit um 6,5% mittels einer Relaxationswalzenbaugruppe 485 entspannt und mit einer Geschwindigkeit von 4630 Meter pro Minute zu einem Garnkörper 495 aufgewickelt. Nach dem Strecken zeigte das resultierende Garn von 210 Denier (233 dtex–34 Filamente) eine Festigkeit von 9,9 Gramm pro Denier (8,7 cN/dtex), eine Bruchdehnung von 18% und eine Heißluftschrumpfung von 7,9%. Die gemessene RV in Ameisensäure des Garnes betrug 70.
  • VERGLEICHSBEISPIEL C
  • Eine Nylon 6,6-Polymerflocke mit einer RV von 60 (Quelle: E.I. du Pont de Nemours, Waynesboro, Virginia), die etwa 0,1% Kupferjodid enthält, wurde getrocknet und wie beim Vergleichsbeispiel A aus der Schmelze extrudiert. Eine Schmelzextrudier- und gekoppelte Mehrstufenstreckbaugruppe bei Anwendung eines Querstromabschrecksystems (230 in 2) nach dem bisherigen Stand der Technik wurde bei diesem Vergleichsbeispiel verwendet. Die Spinndüse (in der Spinnbaugruppe 210 enthalten) zeigte 34 Kapillaren. Ein 34-Filament-Multifilgarn wurde hergestellt. Das Garn wurde bei 240 geschmälzt und zu einem Garn konvergiert und mittels der Zuführwalze 260 mit einer Oberflächentemperatur von 60°C weiterbewegt. Die Oberflächentemperatur des Streckwalzenpaares 270 der ersten Stufe betrug 170°C. Die Oberflächentemperatur des Streckwalzenpaares 275 der zweiten Stufe betrug 215°C. Die wahlfreie Streckwalzenbaugruppe 280 in 2 wurde nicht verwendet. Die Garnspinngeschwindigkeit wurde durch die Umfangsgeschwindigkeit der Walzenbaugruppe 275 bestimmt. Ein Garn mit 6 Nenndenier (6,7 dtex) pro Filament wurde mit drei verschiedenen Spinngeschwindigkeiten, drei maximalen Streckverhältnissen (Geschwindigkeit der Walze 275, dividiert durch die Geschwindigkeit der Walze 260) und der dazugehörenden prozentualen Relaxation bei der Spinngeschwindigkeit hergestellt, was durch die Walzenbaugruppe 285 und die Spulmaschine 295 bewirkt wird. Die gemessene RV in Ameisensäure des Garnes betrug 60. Die Festigkeit und die Bruchdehnung für jeden Spinngeschwindigkeitsversuch werden in der Tabelle 1 vorgelegt.
  • Diese Werte in der Tabelle 1 entsprechen den Grenzen der Querstromabschreckung nach dem bisherigen Stand der Technik. Gut veranschaulicht wird die Abnahme des maximalen Streckverhältnisses, das ohne grundlegende Verfahrensunterbrechungen vorhanden ist, beispielsweise hohe Niveaus an gerissenen Filamenten, während die Spinngeschwindigkeit erhöht wurde. Da ein höheres Streckverhältnis nicht angewandt werden könnte, nahm die erreichbare Garnfestigkeit ab, während die Spinngeschwindigkeit erhöht wurde. TABELLE 1
    Vergleichsbeispiel C
    Spinngeschw.(Umfangsgeschw.d.Walze 275 in Fig.2,Meter pro Minute) 2660 3660 4655
    Streckverhältnis (Geschwindigk.275/Geschwindigk.260) 5,5 4,5 2,5
    Festigkeit in Gramm/Denier (cN/dtex) 8,9 (7,8) 8,5 (7,5) 6,6 (5,8)
    Bruchdehnung, % 15,0 14,9 19,6
    Relaxation auf Walze 285, % 6,6 5,2 0,1
  • BEISPIEL 6
  • Eine Nylon 6,6-Polymerflocke mit einer RV von 60 (Quelle: E.I. du Pont de Nemours, Waynesboro, Virginia), die etwa 0,1% Kupferjodid enthält, wurde getrocknet und wie im Vergleichsbeispiel A aus der Schmelze extrudiert. Die Schmelzextrudier- und gekoppelte Mehrstufenstreckbaugruppe aus 5 wurde bei Anwendung des in 3 veranschaulichten Druckluftabschrecksystems verwendet, um ein Garn am 34 Filamenten zu erspinnen und zu strecken. Die Spinndüse, die in der Spinnbaugruppe 510 enthalten ist, zeigte 34 Kapillaren. Die Druckluftabschreckbaugruppe (3) mit den in Tabelle 2 vorgelegten Abmessungen wurde verwendet. Die Filamente wurden nach dem Druckluftabschrecken bei 530 geschmälzt und zum Multifilgarn in der Lötösenführung 535 konvergiert. Das Garn wurde durch eine zweistufige Streckwalzenbaugruppe mittels einer Zuführwalzenbaugruppe 540 mit einer Oberflächentemperatur von 60°C geführt. Die Oberflächentemperatur der Streckwalze 545 der ersten Stufe betrug 170°C, und die Oberflächentemperatur der Streckwalze 550 der zweiten Stufe betrug 215°C. Ein Garn von 210 Denier (233 dtex–34 Filamente) wurde bei Anwendung von 3 verschiedenen Spinngeschwindigkeiten hergestellt. Das Gesamtstreckverhältnis war gleich der Geschwindigkeit der Walze 550, dividiert durch die Geschwindigkeit der Walze 540, und die prozentuale Relaxation in der Geschwindigkeit in der Spulmaschine wird in der Tabelle 2 angegeben. Die gemessene RV in Ameisensäure des Garnes betrug 60.
  • Die Festigkeit und Bruchdehnung für jeden Spinngeschwindigkeitsversuch werden in der Tabelle 2 vorgelegt. Wie beim Vergleichsbeispiel C ist das Streckverhältnis das maximale Streckverhältnis, das durch die Verfahrenskontinuität gestattet wird, beispielsweise übermäßige zerrissene Filamente. TABELLE 2
    Beispiel 6
    Spinngeschw.(Walzenbaugr. 550 in Fig.5 2660 Meter pro Minute 3660 Meter pro Minute 4660 Meter pro Minute
    A Abschreckverzögerungshöhe 20,3 cm 20,3 cm 20,3 cm
    B Abschrecksiebhöhe 15,2 cm 15,2 cm 15,2 cm
    C1, Verbindg.rohrhöhe 20,3 cm 20,3 cm 20,3 cm
    C2,Verbindg.kegelhöhe 12,2 cm 12,2 cm 12,2 cm
    C3, Rohrhöhe 38,1 cm 38,1 cm 38,1 cm
    D1 Abschrecksiebdurchmesser 10,2 cm 10,2 cm 10,2 cm
    D3 Rohrdurchm.von1,5 in. (3,8cm) 3,8 cm 3,8 cm 3,8 cm
    Verh.d.Luftgeschew. zur Geschw.d.Zuführwalze (540) Gleichung 1 0,97 1,1 0,88
    Streckverh.Geschw. Walze 550/Geschw. Walze 540 5,8 5,5 4,7
    Festigkeit Gramm/Denier (cN/dtex) 9,5 (8,4) 9,3 (8,2) 8,6 (7,6)
    Bruchdehnung, % 16,2 15,2 17,3
    Relaxation,%Änderung Geschw.der Walze 560 zur Walze 550 6,4 5,5 0,9
  • Das Beispiel 6, das mit Druckluft abgeschreckte gekoppelte Spinn-Streck-System zur Herstellung eines stark gestreckten Garnes, zeigt auffallend die Wirkung des Druckluftabschreckspinnverfahrens gegenüber der Querstromabschreckung nach dem bisherigen Stand der Technik beim Vergleichsbeispiel C. Bei den zwei niedrigsten Spinngeschwindigkeiten, die zur Anwendung kamen, 2660 und 3660 Meter pro Minute, sind die Garnfestigkeit und die Bruchdehnung für die Querstromabschreckung (Tabelle 1) und die Druckluftabschreckung (Tabelle 2) unterschiedlich. Dieser Unterschied ist darauf zurückzuführen, dass die mit Druckluft abgeschreckten Garne bis zu einem höheren Streckverhältnis ohne Filamentspinnbrüche gestreckt werden, d. h., einem Verlust an Verfahrenskontinuität.
  • Das mit dem Querstrom abgeschreckte Garn (Tabelle 1) könnte zu einem geringeren Grad mit 3660 Meter pro Minute gestreckt werden, weil die Filamentbrüche die Spinnkontinuität unterbrechen. Bei den höchsten Spinngeschwindigkeiten, die verglichen wurden, 4660 Meter pro Minute (siehe Tabellen 1 und 2), könnte ein viel höheres Streckverhältnis ohne Filamentbrüche beim Druckluftabschrecken angewandt werden. Dieses Streckverhältnis gestattet die Herstellung eines hochfesten Garnes im Vergleich zu einem Garn, das bei Anwendung einer Querstromabschreckbaugruppe ersponnen wurde.
  • VERGLEICHSBEISPIEL D
  • Eine Nylon 6,6-Polymerflocke mit einer RV von 60 von der E.I. du Pont de Nemours and Co., Waynesboro, Virginia, die etwa 0,1% Kupferjodid-Antioxidationsmittel enthält, wurde getrocknet und bei Verwendung einer Spinnmaschine aus der Schmelze extrudiert, wie sie in 2 gezeigt wird, wobei ein Querstromabschrecksystem nach dem bisherigen Stand der Technik zur Anwendung kam. Die Spinnbaugruppe 210 enthielt eine Spinndüse mit 34 Löchern. Die Oberflächentemperatur der Zuführwalze 260 war die Umgebungstemperatur. Die Streckwalze 270 der ersten Stufe und die Streckwalze 275 der zweiten Stufe wurden nicht verwendet. Das Garn wurde von der Zuführwalzenbaugruppe 260 sofort nach dem Weiterbewegen aufgenommen. Vier Garne wurden bei Anwendung von 4 verschiedenen Zuführwalzenspinngeschwindigkeiten und 4 verschiedenen Massendurchsätzen pro Spinndüsenloch pro Minute hergestellt. Diese Maßnahmen hielten den Filamentdenier auf der Zuführwalze bei allen Geschwindigkeits- und Durchsatzkombinationen konstant. Die Garne wurden nicht gestreckt. Die gemessene RV in Ameisensäure des Garnes im ersponnenen Zustand betrug 60. Doppelbrechungsmessungen wurden an den Garnproben vorgenommen.
  • BEISPIEL 7
  • Das gleiche Polymer wie beim Vergleichsbeispiel D wurde zu einer gekoppelten Spinn-Streck-Filamentspinnmaschine der Erfindung extrudiert, wie in 5 gezeigt wird. Mit Ausnahme eines Wechsels der Abschreckeinrichtung von Querstrom- zu Druckluftabschreckung (wie in 3) wurden die Versuchsbedingungen des Vergleichsbeispieles D zur Anwendung gebracht. Die mit Druckluft abgeschreckten 34 Filamentgarne wurden direkt nach der Zuführwalzenbaugruppe 540 aufgenommen. Die Doppelbrechung der Garne wurde gemessen, die unter den gleichen vier Bedingungen der Zuführwalzengeschwindigkeit und des Massendurchsatzes pro Spinndüsenloch hergestellt wurden, wie sie beim Vergleichsbeispiel D zur Anwendung kamen. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 3 vorgelegt.
  • Die in der Tabelle 3 vorgelegten Ergebnisse, die das Beispiel 7 der Erfindung mit dem Vergleichsbeispiel D vergleichen, veranschaulichen eindeutig den Vorteil der Druckluftfilamentabschreckung gegenüber den Querstromabschrecksystemen nach dem bisherigen Stand der Technik. Für das Vergleichsbeispiel D ist die Filamentdoppelbrechung, die an der Zuführwalze gemessen wird, für jede Geschwindigkeit und jeden Polymerdurchsatz höher als die Doppelbrechung, die für das Druckluftabschrecken unter identischen Bedingungen gemessen wird. Die Doppelbrechung des mit Druckluft abgeschreckten Garnes verweist auf ein weniger ausgerichtetes Polymer, d. h., ein Polymer, das weiter gestreckt werden kann, und das stärker ausgerichtet wird. Bin gestrecktes Garn aus einem stärker ausgerichteten Polymer wird eine höhere Festigkeit und niedrigere Bruchdehnung als ein gestrecktes Garn aus einem weniger ausgerichteten Polymer aufweisen. Die mit Druckluft abgeschreckten Filamente, die an der Zuführwalze aufgenommen werden, zeigen eine übereinstimmend niedrigere Doppelbrechung als die mit dem Querstrom abgeschreckten Filamente. Tatsächlich weisen die mit Druckluft abgeschreckten Filamente, die mit der höchsten Spinngeschwindigkeit aufgenommen werden, eine Doppelbrechung von nur etwa 18% mehr als die Doppelbrechung des mit dem Querstrom abgeschreckten Garnes auf das bei der niedrigsten Spinngeschwindigkeit aufgenommen wird. Da die mit Druckluft abgeschreckten Filamente beim Abschreckverfahren weniger ausgerichtet werden, selbst bei höheren Spinngeschwindigkeiten, ist ein Spinn- und mechanisches Streckverfahren mit höherer Produktivität bei Anwendung des Druckluftabschreckens möglich. TABELLE 3
    Durchsatz pro Spinndüsenloch (Gramm/min.) Zuführwalzengeschw. (Meter pro Minute) Vergleichsbeisp.D Doppelbrechg.f.Querstromabschreckung Beispiel 7, Doppelbrechung f.Druckluftabschreckung
    1,69 532 0,00975 0,00211
    2,32 732 0,01323 0,00448
    3,05 960 0,01688 0,01027
    3,81 1200 0,01982 0,01152
  • VERGLEICHSBEISPIEL E
  • Eine Nylon 6,6-Polymerflocke mit einer RV von 60 von der E.I. du Pont de Nemours and Co., Waynesboro, Virginia, die etwa 0,1% Kupferjodid-Antioxidationsmittel enthält, wurde getrocknet und wie bei den vorhergehenden Beispielen zu einer Spinnmaschine mit zwei gekoppelten Streckstufen aus der Schmelze extrudiert, wie in 2 gezeigt wird. Die Querstromabschreckeinrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik wurde eingesetzt. Die Spinnbaugruppe enthielt eine Spinndüse mit 34 Löchern, und es wurde ein 34-Filament-Garn hergestellt. Das Garn 250 wurde mittels einer Zuführwalze 260 mit einer Oberflächentemperatur von 60°C weiterbewegt. Die Oberflächentemperatur der Streckwalze 270 der ersten Stufe betrug 170°C, und die Oberflächentemperatur der Streckwalze 275 der zweiten Stufe betrug 215°C. Ein Garn mit 210 Nenndenier (233 dtex–34 Filamente) wurde bei Anwendung von drei unterschiedlichen Spinngeschwindigkeiten (die Geschwindigkeit der Streckwalzenbaugruppe 275) und Gesamtstreckverhältnissen (das Geschwindigkeitsverhältnis der Walze 275, dividiert durch die Zuführwalze 260) hergestellt. Die gemessene RV in Ameisensäure des Garnes betrug 60. Die Garnfestigkeit für jeden Spinngeschwindigkeitsversuch wird in der Tabelle 4 vorgelegt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL F
  • Die gleiche wie die Nylon 6,6-Polymerflocke mit einer RV von 60 wie beim Vergleichsbeispiel E wurde getrocknet und zu einer Spinnmaschine mit drei gekoppelten Streckstufen aus der Schmelze extrudiert, wie in 2 gezeigt wird. Das gleiche Querstromabschrecksystem nach dem bisherigen Stand der Technik wurde zur Anwendung gebracht. Die Oberflächentemperatur der Zuführwalze 260 betrug 60°C. Die Oberflächentemperaturen der ersten Streckwalze 270, der zweiten Streckwalze 275 und der Streckwalze 280 der dritten Stufe betrugen jeweils 170°C, 230°C und 230°C. Die Spinndüse, die in der Spinnbaugruppe 210 enthalten war, zeigte 34 Lacher, und ein 34-Filament-Garn (210 Denier oder 233 dtex–34 Filamente) wurde bei Anwendung von drei verschiedenen Spinngeschwindigkeiten (die Geschwindigkeit der Streckwalze 280 mit der höchsten Geschwindigkeit) und Gesamtstreckverhältnissen (das Geschwindigkeitsverhältnis der Walze 280, dividiert durch die Zuführwalze 260) hergestellt. Die D gemessene RV in Ameisensäure des Garnes betrug 60. Die Garnfestigkeit für jeden Spinngeschwindigkeitsversuch wird in der Tabelle 4 angegeben. TABELLE 4
    Spinngeschw. 2660 Meter pro Minute Festigkeit Gramm pro Denier (cN/dtex) Spinngeschw. 3660 Meter pro Minute Festigkeit Gramm pro Denier (cN/dtex) Spinngeschw. 4660 Meter pro Minute Festigkeit Gramm pro Denier (cN/dtex)
    Vergleichsbeisp.E,Querstrom;2-Stufen-Strecken Streckverhältnis = 5,5 9,5 (8,4) Streckverhältnis = 4,3 8,6 (7,6) Streckverhältnis = 2,6 6,0 (5,3)
    Vergleichsbeisp.F,Querstrom;3-Stufen-Strecken Streckverhältnis = 5,5 9,5 (8,4) Streckverhältnis = 4,7 8,8 (7,8) Streckverhältnis = 3,0 7,7 (6,8)
  • BEISPIEL 8
  • Bei diesem Beispiel der Erfindung wurde die identische Nylon 6,6-Polymerflocke mit einer RV von 60, wie sie in den Vergleichsbeispielen E und F verwendet wird, getrocknet und zu der gekoppelten Spinn-Streck-Maschine, wie sie in 5 veranschaulicht wird, und bei Anwendung des in 3 veranschaulichten Druckluftabschrecksystems aus der Schmelze extrudiert. Es wurden nur zwei Streckstufen zur Anwendung gebracht; die Walzenbaugruppe 555 wurde umgangen. Die Spinndüse, die in der Spinnbaugruppe 510 enthalten war, zeigte 34 Löcher. Die Filamente 515 wurden auf der Faserappreturwalze 530 geschmälzt und zu einem Garn aus 34 Filamenten in der Lötösenführung 535 konvergiert. Dieses Garn wurde mittels der Zuführwalze 540, die mit einer Oberflächentemperatur von 60°C arbeitet, zum gekoppelten Paar der Streckstufen weiterbewegt. Die Oberflächentemperatur der Streckwalze 545 der ersten Stufe und der Streckwalze 550 der zweiten Stufe betrugen jeweils 170°C und 215°C. Drei Garne von 210 Denier (233 dtex–34 Filamente) wurden mit drei verschiedenen Spinngeschwindigkeiten (die Spinngeschwindigkeit war die Geschwindigkeit der Walzenbaugruppe 550) und Gesamtstreckverhältnissen (das Gesamtstreckverhältnis war die Geschwindigkeit der Walze 550, dividiert durch die Geschwindigkeit der Walze 540) hergestellt. Das Garn wurde in der Geschwindigkeit um einen Wert gleich der Differenz der Geschwindigkeiten der Walzenbaugruppen 560 und 550, dividiert durch die Geschwindigkeit der Walzenbaugruppe 550, entspannt. Die gemessene RV in Ameisensäure des Garnes betrug 60.
  • Die Garneigenschaften für jeden Spinngeschwindigkeitsversuch werden in der Tabelle 5 vorgelegt.
  • BEISPIEL 9
  • Das Beispiel 8 wurde mit identischem Polymer und Spinndüse bei Anwendung der Vorrichtung aus 5 und der drei Stufen von Streckwalzen (die Walzenbaugruppe 555 wurde einbezogen) wiederholt. Die Oberflächentemperaturen der Streckwalze 545 der ersten Stufe, der Streckwalze 550 der zweiten Stufe und der Streckwalze 555 der dritten Stufe betrugen jeweils 170°C, 230°C und 230°C. Drei Garne von 210 Denier (233 dtex–34 Filamente) wurden mit drei verschiedenen Spinngeschwindigkeiten (die Spinngeschwindigkeit war die Geschwindigkeit der Walzenbaugruppe 555) und Gesamtstreckverhältnissen (das Gesamtstreckverhältnis war die Geschwindigkeit der Walze 555, dividiert durch die Geschwindigkeit der Walze 540) hergestellt. Das Garn wurde in der Geschwindigkeit um einen Wert gleich der Differenz der Geschwindigkeiten der Walzenbaugruppen 560 und 555, dividiert durch die Geschwindigkeit der Walzenbaugruppe 555, entspannt. Die gemessene RV in Ameisensäure des Garnes betrug 60.
  • Die Garneigenschaften für jeden Spinngeschwindigkeitsversuch werden in der Tabelle 5 angegeben. TABELLE 5
    Spinngeschw. 2660 Meter pro Minute Festigkeit Gramm pro Denier (cN/dtex) Spinngeschw. 3660 Meter pro Minute Festigkeit Gramm pro Denier (cN/dtex) Spinngeschw. 4660 Meter pro Minute Festigkeit Gramm pro Denier (cN/dtex)
    Beisp.8,Druckluftabschrecken;2-Stufen-Strecken Streckverhältnis = 6,0 9,6 (8,5) Streckverhältnis = 5,2 9,2 (8,1) Streckverhältnis = 4,8 8,3 (7,3)
    Beisp.9,Druckluftabschrecken;3-Stufen-Strecken Streckverhältnis = 6,4 10,7 (9,4) Streckverhältnis = 5,8 9,9 (8,7) Streckverhältnis = 5,2 9,3 (8,2)
  • Die Daten der Tabellen 4 und 5 zeigen die bessere Produktivität, die mit dem Druckluftabschrecksystem und der gekoppelten Spinn-Streck-Einrichtung gegenüber dem Querstromabschrecksystem mit gekoppelten Spinn-Streck-Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik erreichbar ist. Im Ergebnis dessen können höhere Gesamtspinngeschwindigkeiten zur Anwendung gebracht werden, wobei Gesamtstreckverhältnisse infolge der zunehmenden Anzahl von zerrissenen Filamenten bei Anwendung der Querstromabschreckung, ungeachtet der Anzahl der Stufen für das Strecken, nicht möglich sind, um hochfeste Polyamidfilamentgarne herzustellen.
  • BEISPIEL 10
  • Die gekoppelte Spinn-Streck-Vorrichtung aus 4 wurde bei diesem Beispiel mit zwei Stufen von Streckwalzen verwendet, und das heiße Rohr 475 wurde nicht verwendet. Ein Nylon 6,6-Polymer von DuPont Canada mit einer RV von 70 wurde aus der Schmelze in eine Spinnbaugruppe 410 extrudiert, die eine Spinndüsenplatte mit 34 Kapillaren enthielt. Die 34 Filamente wurden mit Druckluft mit der Vorrichtung abgeschreckt, die schematisch in 3 gezeigt wird. Die Filamente wurden bei 450 geschmälzt und zu einem 34-Filament-Garn in der Lötösenführung 455 konvergiert. Dieses Garn wurde mittels der Zuführwalzenbaugruppe 465 zu zwei Stufen des gekoppelten Streckens bei Anwendung der Streckwalzenbaugruppen 470 und 480 und Umgehen des heißen Rohres 475 weiterbewegt. Die Spinngeschwindigkeit (die Geschwindigkeit der Streckwalzenbaugruppe 480 mit der höchsten Geschwindigkeit) wurde von 2660 Meter pro Minute auf 6000 Meter pro Minute verändert, wie in Tabelle 6 gezeigt wird. Die Temperaturen der Zuführwalzenbaugruppe 465, der Streckwalze 470 der ersten Stufe und der Streckwalze 480 der zweiten Stufe betrugen jeweils 50°C, 170°C und 215°C. Das Streckverhältnis war das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten der Walzenbaugruppe 480 zu der der Walzenbaugruppe 465. Der Relaxationsgrad wurde durch die Differenz der Umfangsgeschwindigkeit zwischen den Walzenbaugruppen 480 und 485, dividiert durch die Umfangsgeschwindigkeit der Walzenbaugbruppe 480, erhalten. Die Versuche mit 5000 Meter pro Minute und 6000 Meter pro Minute wurden mit einem verringerten Polymerdurchsatz durchgeführt, um Garne von 110 Denier (122 dtex–34 Filamente) anstelle der Garne von 210 Denier (233 dtex–34 Filamente) bereitzustellen, die bei den niedrigeren Spinngeschwindigkeiten geliefert wurden. Die Garnrelaxation (Geschwindigkeitsreduzierung) wurde durch die Walzenbaugruppe 485 vor dem Aufwickeln zu Garnkörpern 495 bewirkt. Die Ausnahme beim Aufwickeln der Garnkörper waren Garne, die mit 6000 Meter pro Minute ersponnen wurden. Diese Garne wurden nicht aufgewickelt, sondern in eine Garnaufhängevorrichtung angesaugt, die im Fachgebiet bekannt ist.
  • Die Tabelle 6 fasst die Eigenschaften der fünf mit Druckluft abgeschreckten und gestreckten Garnproben zusammen, die hergestellt wurden.
  • Bei Vergleichsversuchen, die mit dem identischen Polymer durchgeführt wurden, das im Beispiel 10 der Erfindung verwendet wird, wurden gestreckte Garne bei Anwendung einer Querstromabschreckeinrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik mit einer gekoppelten zweistufigen Streckwalzenbaugruppe hergestellt, wie in 1 gezeigt wird, wobei aber das heiße Rohr 90 umgangen wird. Die Spinndüse zeigte 34 Löcher wie vorangehend. Die Filamente wurden bei 50 geschmälzt und zu einem 34-Filament-Garn konvergiert. Dieses Garn wurde mittels der Zuführwalzenbaugruppe 70 zu zwei Stufen des gekoppelten Streckens bei Verwendung der Streckwalzenbaugruppen 80 und 100 und Umgehen des heißen Rohres 90 weiterbewegt. Die Spinngeschwindigkeit (die Geschwindigkeit der Streckwalzenbaugruppe 100 mit der höchsten Geschwindigkeit) wurde von 2660 Meter pro Minute in 4200 Meter pro Minute verändert, wie in Tabelle 6 gezeigt wird. Das Streckverhältnis war das Umfangsgeschwindigkeitsverhältnis der Streckwalzenbaugruppe 100 zu der der Zuführwalzenbaugruppe 70. Die Temperaturen der Zuführwalzenbaugruppe 70, der Streckwalze 80 der ersten Stufe und der Streckwalze 100 der zweiten Stufe betrugen jeweils 50°C, 170°C und 215°C. Der Relaxationsgrad wird durch die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den Walzenbaugruppen 120 und 100, dividiert durch die Geschwindigkeit der Walzenbaugruppe 100, erhalten. Ein Garn von 210 Denier (233 dtex) wurde zu einem Garnkörper 140 nach der Relaxation in der Geschwindigkeit bei Verwendung der Walzenbaugruppe 120 aufgewickelt.
  • Die Tabelle 6 fasst die Eigenschaften der drei im Querstrom abgeschreckten und gestreckten Garnproben zusammen, die hergestellt wurden. TABELLE 6
    Abstrecklufteinrichtung Spinngeschwindigk. Meter pro Minute Verh.d.Druckluftgeschw.zur Züführwalzengeschwindigk. (Gleichung 1) Garndenier nach dem Strecken (34 Filamente) Festigkeit Gramm pro Denier (cN/dtex)u.proz.Bruchdehnung Streckverh. (Maximum) Relaxation auf Ablasswalze 120
    Querstrom 2660 ... 210 10,6 (9,3) 15,1% 5,6 6,5%
    Querstrom 3660 ... 210 9,6 (8,5) 17,5% 4,8 3,3%
    Querstrom 4200 ... 210 8,8 (7,8) 19,9% 3,6 2,6%
    Druckluft 2660* 1,20 210 10,4 (9,2) 17,3% 6,0 6,5%
    Druckluft 3660* 1,00 210 11,2 (9,9) 15,0% 6,0 4,4%
    Druckluft 4200* 1,05 210 10,6 (9,4) 16,3% 5,6 2,6%
    Druckluft 5000** 0,88 110 10,2 (9,0) 12,9% 5,6 3,4%
    Druckluft 6000** 1,12 110 ... 5,6 ...
    • *Hierbei zeigte das Abschrecksieb einen Durchmesser D1 von 4 in. (10,2 cm) mit einer Abschrecksiebhöhe B von 6,5 in. (16,5 cm); eine Abschreckverzögerungshöhe A betrug 6 in. (15,2 cm); eine Abschreckverbindungsrohrhöhe C1 12,5 in. (31,8 cm); ein Verbindungsrohrdurchmesser D3 1,5 in. (3,8 cm); eine Verbindungskegelhöhe C2 von 4,8 in. (12,2 cm); und eine Rohrhöhe C3 15 in. (38 cm).
    • **In diesen zwei Fällen waren alle vorangehenden Parameter die gleichen mit Ausnahme der Höhe C1 des Abschreckverbindungsrohres von 5 in. (12,7 cm).
  • Diese Ergebnisse in der Tabelle 6 zeigen, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit Spinngeschwindigkeiten von etwa 6000 Meter pro Minute zur Anwendung gebracht werden kann. Das gekoppelte Spinn-Streck-Verfahren bei Anwendung der Querstromabschreckeinrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik brachte keine gute Spinnkontinuität infolge der übermäßigen Spinnbrüche bei Geschwindigkeiten von nur etwa 4200 Meter pro Minute. Bei Spinngeschwindigkeiten von 5000 Meter pro Minute lieferte das mit der Druckluftabschreckung gekoppelte Spinnstreckverfahren ein Garn mit einer hohen Festigkeit (9,0 cN/dtex) bei Anwendung eines mechanischen Streckverhältnisses von nur 5,6. Die Einrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik war in der Lage, ein Garn mit etwa der gleichen Festigkeit bei einer Spinngeschwindigkeit von 2660 Meter pro Minute zu liefern, erforderte aber ein maximales Gesamtstreckverhältnis von 6,6. Diese 34-Filament-Garne von 233 dtex sind im Wesentlichen gleichwertig und in ihrer Ausgeglichenheit der Eigenschaften. Das gekoppelte Spinn-Streck-Verfahren der Erfindung liefert dieses Garn jedoch mit einer Verbesserung der Produktivität von etwa 88%. Diese Verbesserung der Produktivität ist eindeutig ein kommerzieller Vorteil und den Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik überlegen. Dieses Beispiel zeigt, dass die Druckluftabschreckeinrichtung kombiniert mit einem gekoppelten Mehrstufenstreckverfahren höhere Spinngeschwindigkeiten und höhere Gesamtstreckverhältnisse gestattet, während eine hohe Garnfestigkeit und robuste prozentuale Bruchdehnungseigenschaften des Garnes beibehalten werden, die bei Verwendung der Querstromabschreckeinrichtung nicht erreichbar sind.
  • VERGLEICHSBEISPIEL G
  • Bei einem weiteren Vergleichsversuch, der mit dem identischen Polymer durchgeführt wurde, das im Beispiel 10 der Erfindung verwendet wurde, wurden gestreckte Garne bei Verwendung einer Querstromabschreckeinrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik mit einer gekoppelten zweistufigen Streckwalzenbaugruppe hergestellt, wie in 1 gezeigt wird.
  • Hierbei wurde das heiße Rohr 90 umgangen, und es wurden zwei Stufen des gekoppelten Strecken angewandt, die Walzenbaugruppen 80 und 100. Die Spinngeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit der Walze 100) betrog 2800 Meter pro Minute, und das Gesamtstreckverhältnis (Verhältnis der Geschwindigkeiten der Walze 100 zur Walze 70) betrug 4,1. Nach dem Strecken zeigte das resultierende Garn von 110 Denier (122 dtex–34 Filamente) eine Festigkeit von 8,3 Gramm pro Denier (7,3 cN/dtex) und eine Bruchdehnung von 14%. Die Deniergleichmäßigkeit entlang der Länge („längs des Fadens") einer jeden hergestellten Garnprobe betrug 3,7%.
  • BEISPIEL 11
  • Bei einem Beispiel der Erfindung wurden mit dem identischen Polymer, das im Beispiel 10 der Erfindung verwendet wurde, gestreckte Garne bei Verwendung der Druckluftabschreckeinrichtung, die in 3 veranschaulicht wird, und der gekoppelten zweistufigen Streckwalzenbaugruppe, die in 4 gezeigt wird, aber ohne das heiße Rohr 475, hergestellt. Das Abschrecksieb zeigte einen Durchmesser D1 von 4,0 in. (10,1 cm) mit einem Abschrecksieb B von 6,5 in. (16,5 cm); eine Abschreckverzögerungshöhe A betrug 6,6 in. (16,8 cm); eine Abschreckverbindungsrohrhöhe C1 12,5 in. (31,8 cm); ein Verbindungsrohrdurchmesser D3 1,5 in. (3,8 cm); eine Verbindungskegelhöhe C2 4,8 in. (12,2 cm); und eine Rohrhöhe C3 15 in. (38 cm). Das Verhältnis der Luftgeschwindigkeit zur Geschwindigkeit der Zuführwalzenbaugruppe, durch die Gleichung 1 angegeben, betrug 1,02. Die Spinndüse zeigte 34 Löcher. Die Spinngeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit der Walzenbaugruppe 480) betrug 5000 Meter pro 1 Minute, und das Gesamtstreckverhältnis (Verhältnis der Geschwindigkeiten der Walze 480 zur Walze 465) betrug 4,6. Das resultierende Garn von 110 Denier (122 dtex–34 Filamente) zeigte eine Festigkeit von 8,4 Gramm pro Denier (7,4 cN/dtex) und eine Bruchdehnung von 22%. Die Deniergleichmäßigkeit entlang der Länge („längs des Fadens") einer jeden hergestellten Garnprobe betrug 1,1%.
  • Das Vergleichen des Beispieles 11 der Erfindung mit dem Vergleichsbeispiel G veranschaulicht die bessere Deniergleichmäßigkeit längs des Fadens, die bei Anwendung der Druckluftabschreckeinrichtung mit gekoppeltem Spinn-Streck-Verfahren, das mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, erreicht wurde. Die 34-Filament-Garne von 122 dtex sind in der Festigkeit im Wesentlichen die gleichen, jedoch wurde das sehr gleichmäßige mit Druckluft abgeschreckte Garn mit einer Spinnproduktivität von mehr als dem 1,7-fachen der des Garnes hergestellt, das mit der Abschreckeinrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik hergestellt wurde.
  • Während die Erfindung mit Bezugnahme auf spezifische und bevorzugte Ausführungen veranschaulicht wurde, werden jene Fachleute erkennen, dass Veränderungen und Abwandlungen durch eine routinemäßige Versuchsdurchführung und praktische Anwendung der Erfindung vorgenommen werden können. Daher soll die Erfindung nicht auf die vorangegangene Beschreibung beschränkt werden, sondern durch die als Anhang beigefügten Patentansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.

Claims (19)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Polyamidgarnes, das die folgenden Schritte aufweist: Extrudieren einer Polymerschmelze (400; 500) durch eine Spinnbaugruppe (410; 510), um zumindest ein Filament (420; 515) zu bilden; und Führen des Filamentes zu einer Druckluftabschreckkammer (430; 520), wo ein Abschreckgas (440; 525) zum Filament geliefert wird, um das Filament abzukühlen und zu verfestigen, wobei das Abschreckgas auf eine Bewegung in der gleichen Richtung wie die Richtung des Filamentes ausgerichtet ist, gekennzeichnet durch Führen des mindestens einen Filamentes (420; 515) zu mindestens einer mechanischen Streckstufe, wo das Filament gestreckt und ausgedehnt wird, um ein Garn (460) herzustellen, worin bei einer Spinngeschwindigkeit von 2600 bis 5000 m/min. das Verhältnis der Geschwindigkeit des Kühlgases (440; 525) im Austritt der Abschreckkammer (430; 520) zu einer ersten Walze (465; 540), die die Filamente zieht, 0,6 bis 2,0 beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das mindestens eine Filament eine Vielzahl von Filamenten (420; 515) aufweist, das außerdem das Konvergieren der Vielzahl der Filamente zu einem Multifilgarn (460) und das Führen des Garnes zu einer mechanischen Streckstufe aufweist, wo das Garn gestreckt und ausgedehnt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das mindestens eine Filament (420; 515) ein einzelnes Filament pro Garn aufweist und das Garn ein Monofilgarn ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Filament (420; 515) mit einem Streckverhältnis von 3 zu 6 gestreckt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Filament (420; 515) durch die Abschreckkammer (430; 520) mit einer Geschwindigkeit von weniger als 1500 m/min. gelangt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Geschwindigkeit des Filamentes (420; 515) durch die Endstreckstufe größer ist als 2600 m/min.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Filament (420; 515) durch die Endstreckstufe mit einer Geschwindigkeit von mehr als 4500 m/min. gelangt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Garn (460) zu einem Garnkörper (495; 570) mit einer Spulgeschwindigkeit gewickelt wird, die von einer Spinngeschwindigkeit um einen Wert von 0,1 Prozent bis 7 Prozent der Spinngeschwindigkeit verringert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Streckschritt das Strecken über einem heißen Rohr (475) aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Filament (420; 515) einen dtex pro Filament von zwischen 2,5 und 9 aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Doppelbrechung des Filamentes (420; 515) zwischen 0,002 und 0,012 liegt, bevor das Filament gestreckt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die polymere Schmelze (400; 500) Farb- oder Mattierungsteilchen enthält.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Teilchen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Titandioxid, Zinksulfid und Farbpigmenten besteht.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Polymerschmelze 0,01 bis 1,2 Gew.-% an Farb- oder Mattierungsteilchen enthält.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das gestreckte Garn (460) eine Festigkeit von mindestens 5 Gramm pro Denier (4,5 cN pro Dezitex) aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das gestreckte Garn (460) eine Festigkeit von 7 bis 10 cN/Dezitex (7,9 bis 11,3 Gramm pro Denier) über einen Spinngeschwindigkeitsbereich von 2600 m/min. bis mehr als 5000 m/min. aufweist.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das gestreckte Garn (460) eine Bruchdehnung von 15% bis 22% aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das gestreckte Garn (460) eine Denierschwankung von weniger als 3,7% aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das gestreckte Garn (460) eine Heißluftschrumpfung von weniger als 10% aufweist.
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