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Verfahren zur Herstellung von Kunstfäden nach dem Trockenspinnverfahren
Nach einem bekannten Verfahren sollen beim Trockenspinnen Fäden von hoher Festigkeit
und gutem Querschnitt erhalten werden, wenn man die Spinnlösung in vorgewärmtem.
Zustand durch die Düsen auspreßt und auf die frischgesponnenen Fäden einen kühlen
Gasstrom auftreffen läßt, der die Fäden wenigstens auf einem Teil ihres Weges durch
die Spinnzelle begleitet.
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Es wurde nun gefunden, daß man gleichfalls zu Erzeugnissen von vorzüglicher
Qualität bezüglich Querschnitt und Reißfestigkeit gelangt und dabei noch den Vorteil
genießt, die Fäden in einem für eine nachträgliche Verstreckung besonders geeigneten
Zustand zu erhalten, wenn man die zweckmäßig warme Spinnlösung in einer Spinnzelle
mit verhältnismäßig niedriger Temperatur im oberen Teil verspinnt und den Spinnfäden
unmittelbar unterhalb der Düse einen kräftigen kühlen oder mäßig warmen Trockengasstrom
zubläst, diesen aber nicht gleichsinnig mit den Fäden nach unten strömen läßt, sondern
in entgegengesetzter Richtung nach oben absaugt zusammen mit einem zweiten Gasstrom,
der unten in die Spinnzelle eintritt und den Spinnfäden entgegen von unten nach
oben geführt wird. Das Volumenverhältnis der gemeinsam abgesaugten Teilströnie kann
in weiten Grenzen schwanken, z. B. je nach der in der Zeiteinheit zu: verdampfenden
Lösungsmittelmenge, dem gewünschten Einzeltiter, der Temperatur von Lösung und Zelle
und sonstigen für die Erstarrungsgeschwindigkeit der Fäden maßgebenden Faktoren.
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Vorzugsweise wird die Menge des unten in die Zelle eintretenden Teilstromes,
kurz Zellenstrom genannt, relativ niedrig gehalten im Verhältnis zu der in der Düsengegend
zugeführten Gasmenge, die im folgenden als Düsenstrom bezeichnet wird.
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Der Düsenstrom entfaltet seine Wirkung an der Stelle kräftigster Verdampfung
und nimmt bereits einen wesentlichen Teil der Lösungsmitteldämpfe mit sich, so daß
die Einzelfäden beim Eintritt in die folgende Zone- mit niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit
der Gesamtatmosphäre und gegebenenfalls auch entsprechend hoher Beladung an Lösungsmitteldämpfen
hinreichend erstarrt sind und keine Querschnittsveränderungen oder gar Verklebungen
mehr erleiden können. Dabei bleiben die Fäden in plastischem Zustand und lassen
sich erforderlichenfalls innerhalb der Spinnzelle nachstrecken. Zu diesem Zweck
kann man Bremsfadenführer, Rollen oder sonstige zur Verstreckung von Fäden geeignete
Vorrichtungen an zugänglicher Stelle in die Spinnzelle einbauen.
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Um die Fäden nach der Verstreckung möglichst weitgehend vom Lösungsmittel
zu befreien, ist es zweckmäßig, den unteren Teil der Spinnzelle auf höherer Temperatur
zu halten, bei Verwendung eines Z.;ösungsmittelgemisches,
das vorzugsweise
aus Aceton besteht, z. B. auf etwa 6o°. Auch k4nn man die Fäden nach dem Verlassen,
der Zelle noch durch eine besondere, gegebenenfalls unten offene Kammer oder Röhre
führen, die beheizt ist oder von warmer Luft durchströmt wird. Damit die hierbei
aufgenommenen Lösungsmitteldämpfe nicht verlorengehen, kann man die zum Nachtrocknen
verwendete Luftmenge zur Speisung der beiden Teilströme verwenden oder mitverwenden.
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Um die jeder einzelnen Spinnzelle insgesamt zugeführte Gasmenge, im
einfachsten Fall atmosphärische Luft, möglichst wirtschaftlich auzunutzen, d. h.
ein an Lösungsmitteln möglichst angereichertes Abgas zu erhalten, kann man die Zufuhr
von frischem Trockengas auf die Düsengegend beschränken und die Austrocknung in
der Spinnzelle mit Hilfe eines Zirkulationsstromes bewirken, der aus der gemeinsamen
Absaugeleitung oberhalb der Düse abgezweigt wird. Die in der eigentlichen Zelle
auftretende Beladung mit Lösungsmitteldämpfen hängt dann ab vom Verhältnis der Frischgasmenge
zur Menge des Zirkulationsstromes und kann je nach Erfordernis in weiten Grenzen
variiert werden. Da in diesem Fall der Gasdurchsatz in der Zelle keine die Wiedergewinnung
der Lösungsmittel erschwerende Verdünnung der Endkonzentration bewirkt, so steht
es frei, die umlaufende Gasmenge beliebig zu vergrößern, was von Wichtigkeit sein
kann, wenn eine zusätzliche Verstreckung nicht beabsichtigt ist und eine rasche
möglichst vollständige Trocknung gewünscht wird.
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Um zu vermeiden, daß durch den stark vermehrten Gasdurchsatz in der
Gegend der Spinndüse eine Beunruhigung des Spinnprozesses eintritt, besonders bei
der Herstellung von Fäden mit starkem Gesamttiter, die entsprechend große Trockengasmengen
zur Austrocknung erfordern, kann man auch den Zirkulationsstrom von der oberen Absaugung
unabhängig machen und die Absaugestelle des ersteren tiefer legen, beispielsweise
30 cm unterhalb der Düse. Man ist auch dann nicht daran gebunden, den Zirkulatiönsstrom
von unten nach oben zu leiten, sondern kann ihn auch den umgekehrten Weg gehen lassen.
Der Überschuß kann zusammen mit dem Düsenstrom nach oben weggesaugt werden, er kann
aber auch auf der Druckseite des Zirkulationsstromes abgezweigt und in die Absaugeleitung
gedrückt werden, wenn man bei starker Anreicherung des Zellengases dieses möglichst
von der Düsengegend fernhalten will.
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Es ist einleuchtend, daß bei Verwendung eines unabhängigen Kreislaufes
leichter höhere Beladungen in der eigentlichen Zelle erzielt werden können, so daß
besonders in diesem Falle die Abscheidung des Lösungsüberschusses auch aus dem Kreislauf
direkt, z. B. durch Kondensation erfolgen kann. Das Kondensationsverfahren bietet
hierbei den Vorteil, daß man durch passende Einstellung der Kondensationstemperatur
jeden gewünschten Beladungszustand aufrechterhalten kann.
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Will man die Vermischung von Zellenstrom und Düsenstrom nach Möglichkeit
vermeiden, so kann man auch nach einem früheren Vorschlag an geeigneter Stelle der
Zelle Trennorgane, z. B. ein blendenförmiges Diaphragma o. dgl., anbringen. ' Wie
eingangs bereits bemerkt, ist es bekannt, oberhalb der Spinndüsen ein kühles Gas
in die Spinnzelle einzuführen, dieses, Gas dann parallel mit den Spinnfäden nach
abwärts zu führen und es in einem mittleren Teil der Zelle zusammen mit einem von
unten aufsteigenden warmen Gasstrom wieder abzuführen. Abgesehen davon, daß das
Einführen eines Trockengases oberhalb der Düsen keine wesentliche Beeinflussung
des Fadenquerschnittes zur Folge haben kann, tritt auch eine Abkühlung der Spinnmasse
ein, die dem beim vorliegenden Verfahren angestrebten Effekt gerade entgegenwirkt.
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Es ist ferner bekannt, einen Teil des aus der Spinnzelle entfernten,
mit Lösungsmittel beladenen Trockengases zweckmäßig nach erneuter Erwärmung in der
Nähe der Spinndüsen wieder in die Zelle einzuführen. Diese Gasmenge soll aber nicht
nach oben abgesaugt, sondern im Gleichstrom mit den Fäden nach unten geleitet werden.
Einer besonderen Wirkung des Gases auf die Spinnfäden unmittelbar unterhalb der
Spinndüse ist dabei keine Bedeutung beigemessen. Nach der bekannten Anordnung, bei
welcher die Luftzufuhr etwa io cm unterhalb der Düse erfolgt, ist eine wesentliche
Einwirkung auf die-Spinnfäden im ersten Trockenstadium auch nicht erreichbar. Die
Bedeutug einer besonders gesteigerten Belüftung in unmittelbarer Nähe der Spinndüse
ist erst viel später erkannt worden. Beispiel .Eine 2,1 °/oige Lösung einer hochviscosen
Acetylcellulose in einem Gemisch von Aceton-Alkohol im Verhältnis 85 :,5 wird mit
einer Temperatur von 6o° durch eine Düse mit 25 Bohrungen von 0,07 mm Durchmesser
in eine Spinnzelle ausgepreßt, deren Temperatur im oberen Teil, etwa io cm unter
der Düse gemessen, etwa 30° beträgt. Die Pumpenlieferung ist so geregelt, daß bei
einem Abzug von Zoo m/Min. ein Gesamttiter von 75 den. erhalten wird. Den Spinnfäden
wird unmittelbar unterhalb der - Düse ein ebenfalls 3o° warmer, lösungmitteldampffreier
Luftstrom
in einer Menge von 5 cbm/Std. aufgeblasen. Eine weitere
Luftmenge von i cbm/Std. wird den Fäden entgegen durch die Spinnzelle geleitet und
zusammen mit den übrigen 5 cbm mit Lösungsmitteldampf beladenen oberhalb der Düse
abgesaugt und zur Wiedergewinnungsanlage geführt. Man erhält trotz verhältnismäßig
sehr niedriger Konzentration der Spinnlösung einen Faden von sehr völligem Querschnitt
mit einer Festigkeit von ungefähr i,4 g/den. und einer Bruchdehnung v011 241/,.
Diese Werte beziehen sich auf eine relative Luftfeuchtigkeit von 6o'/, im Prüfraum.
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Eine zur Ausübung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in schematischer
Weise in der Zeichnung dargestellt. Die Spinnlösung wird von einer in der Zeichnung
nicht angedeuteten Spinnpumpe durch die Röhre a und Heizpatrone b zur Düse c gefördert.
Die aus dieser austretenden Fäden d durchlaufen die röhrenförmige Spinnzelle e und
verlassen sie wieder in trockenem Zustand durch eine enge Austrittsdüse
f.- Unmittelbar unterhalb der Düse ist ein Lochring g befestigt mit der Zuleitung
h, die durch einen Schlauch i mit der Druckleitung j verbunden ist. Ein Hahn oder
Ventil k gestattet die Menge der aus den Löchern des Ringes g gegen die Fäden geblasene
Luft- oder Gasmenge genau zu regeln. Zur Kontrolle ist das Manometer l angebracht.
Beim Anspinnen oder Düsenwechsel wird der Lochring nach oben verschoben. Um seine
Lage zu sichern, ist, abgesehen von der Stopfbüchse m, in welcher das Zuleitungsrohr
befestigt ist, noch ein Stift 7a vorgesehen, der in der geschlossenen Hülse o geführt
ist. p1 ist eine Klappe mit Fenster, durch welche das Innere des Schachtes zugänglich
ist. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich das Fenster q.
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Die den Fäden durch den Ring zugeblasene Gasmenge und ein bestimmtes
Gasvolumen aus der Zelle wird durch die Öffnungen r und die Kammer s durch den Ventilator
t abgesaugt. Dieser befördert ein dem Düsenstrom entsprechendes, um die aufgenommene
Lösungsmitteldampfmenge vermehrtes Volumen zur Absaugleitung aa, in die ein Hahn
oder Ventil k1 eingeschaltet sein kann, während der Rest durch den Ringraum v in
den zylindrischen Mantel w gedrückt wird. In diesem strömt das Gas an dem Zellenheizmantel
x entlang, wird dabei entsprechend vorgewärmt ilnd -gelangt schließlich durch y
wieder in die Spinnzelle. Ihr unteres Ende ist durch eine Fensterklappe p, im Querstück
z zugänglich.