DE752214C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kuenstlich geformten Gebilden, wie Faeden und Baender, aus organischen Polymeren nach dem Schmelzspinnverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von künstlich geformten Gebilden, wie Fäden und Bänder, aus organischen Polymeren nach dem Schmelzspinnverfahren.

Das Spinnen von Fäden aus geschmolzenen organischen faserbildenden Massen ist eine verhältnismäßig neue Technik und bietet zahlreiche Schwierigkeiten. Einige von diesen Schwierigkeiten ergeben sich aus der leichten Zersetzlichkeit mancher faserbildender Massen. Diese Zersetzlichkeit ist nicht nur wegen der aus dem Abbau der Masse sich ergebenden nachteiligen Wirkung auf die Eigenschaften der gebildeten Fäden schädlich, sondern auch deswegen, weil oft Gase gebildet werden, die zur Entstehung von Blasen in der geschmolzenen Masse und mithin zur Bildung von Fäden mit ungleichförmigem Titer Anlaß geben. Auch führt die Zersetzlichkeit häufig zu einer Veränderung der Viskosität der

faserbildenden AIassc, die gleichfalls Titerschwankungen zur Folge hat. Bei gewissen Polymeren kann auch bei der Spinntemperatur eine Weiterpolymerisation auftreten, was eine Viskositätssteigerung mit sich bringt.

Die Nachteile werden nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß man die festen organischen faserbildenden Massen auf eine Heizfläche fördert, auf der sie mit einer Geschwindigkeit geschmolzen werden, die im wesentlichen der Abzugsgeschwindigkeit der geschmolzenen Masse gleich ist, und die geschmolzene Masse in einen Auffangbehälter von beschränktem Volumen fließen läßt, aus dem sie durch eine Öffnung beliebigen Durchmessers abgezogen werden kann, um hierauf verfestigt und in dieser Form in gewünschter Weise gesammelt zu werden.

Um die Erfindung zu erläutern, sei sie an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. ι ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Schmelzspinnen nach der Erfindung ;

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform; Fig. 3 und 4 zeigen im Seitenschnitt Ausführungsformen des für die Vorrichtung nach der Erfindung verwendeten Schmelzrostes. In Fig. ι bezeichnet 11 eine zylindrische

Kammer, die isoliert oder mit einer Heiz- | vorrichtung versehen sein kann. Die Kam- | mer 11 ist mit einem Rost 12 in Form einer flachen, spiralförmigen Metallschlaiige versehen. Der Rost 12 ist als Rohrschlange gebaut und besteht zweckmäßig aus korrosionsbeständigem Metall, wie rostfreiem Stahl. Er kann durch einen elektrischen Heizwiderstand, der im Innern angeordnet ist, oder j durch ein umlaufendes Heizmittel beheizt werden. Feste Stücke, z. B. Schnitzel 15, der organischen faserbildenden Masse, die bei 13 gezeigt ist, läßt man zweckmäßig mit gleichförmiger Geschwindigkeit aus dem Schnitzeltrichter T4 über der Kammer auf den Rost fallen. Gegebenenfalls kann in der Kammer 11 eine Atmosphäre eines inerten Gases aufrechterhalten werden. Die Schnitzel fallen auf den Rost 12. der über den Schmelzpunkt der organischen faserbildenden .Masse erhitzt wird. Die Schnitzel schmelzen auf der Oberfläche des Rostes 12, und die geschmolzene Alasse tröpfelt zwischen den Windungen des Rostes ab. wie man bei 16 erkennt. Die Tropfen fallen in den Sumpf 17, von wo die Schmelze z. B. durch eine Pumpe, insbeson- . dere eine Zahnradpumpe, wie sie beim Spinnen von Fäden aus Viskose verwendet wird, abgepumpt wird. Die Pumpe führt die geschmolzene Alasse der Spinndüse in abgemessenen Mengen zu, aus der sie dann in Form von Fäden, Bändern od. dgl. austritt.

Die. Schnitzel sollen vorzugsweise im wesentlichen gleichmäßig geformt und etwas größer sein als die Zwischenräume zwischen den Windungen des Schmelzrostes 12. Dadurch wird vermieden, daß ungeschmolzenes Gut durch den Rost hindurchfällt. E> ist jedoch zu bemerken, daß, wenn einmal das Schmelzen eingesetzt hat und die viskose geschmolzene Alasse durch den Rost tropft, die Schnitzel nicht die Neigung haben, ungeschmolzen durchzufallen, obgleich sie dann etwas kleiner als die Abstände des Rostgitters sind, und zwar weil sie von der viskosen Masse festgehalten werden. Obgleich die Abstände der Windungen des Rostes beträchtlich geändert werden können, was von der Größe der Schnitzel der Masse abhängt, so ist der Mindestabstand der Windungen des Rostes eine kritische Größe; er hängt von der 8( Viskosität der geschmolzenen Masse ab. Wenn die Windungen des'Rostes zu .-ehr genähert sind, so läuft das Schmelzgut nicht genügend ab. Es ist daher notwendig, zwischen den Rostwindungen ausreichende Ab- 8; stände zu lassen, um ein angemessenes Ablaufen der geschmolzenen faserbildenden Alasse zu ermöglichen, und Schnitzel der festen faserbildenden Masse von angemessener Größe im Verhältnis zu den Abständen gc der Rostwindungen zu wählen.

Es ist nicht nur von Wichtigkeit, daß die Schnitzel der faserbildenden Alasse eine gewisse Mindestgröße haben, sondern es ist auch von Bedeutung, daß sie gleichmäßig 9; groß und nur etwas größer als die Zwischenräume zwischen den Windungen des Rostes sind. Es gibt dafür verschiedene Gründe. L'm ein gleichmäßiges Schmelzen und eine Mindestbehandlungszeit bei höherer Temperatur ιοί herbeizuführen, ist es erwünscht, daß eine möglichst große Oberfläche des Schnitzels in Berührung mit dem Schmelzrost kommt, was durch eine möglichst kleine Schnitzelgröiie erzielt wird. Um das Schmelzen mit gleich- 10; förmiger Geschwindigkeit durchzuführen, was für die Ausführung der Erfindung wesentlich ist, sollen die Teilchen gleichförmig gestaltet sein, damit sie im wesentlichen mit derselben Geschwindigkeit schmelzen. Auch 11t wird die Förderung der Schnitzel auf den Schmelzrost durch Verwendung kleiner gleichförmig gestalteter Schnitzel erleichtert. Es ist gewöhnlich zweckmäßig, eine Schmelzvorrichtung für jede Spinndüse vor- 11; zusehen, da es wünschenswert ist, eine .Mindestmenge der faserbildenden .Masse im geschmolzenen Zustand zu erhalten. Selbstverständlich jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, denn wenn man eine Anzahl 12c von Spinndüsen in ganz enger Nachbarschaft zum Schmelzrost anordnet, kann eine

Schmelzvorrichtung eine Mehrzahl von Spinndüsen versorgen.

Obgleich man erwarten könnte, daß in dem Maße, wie jedes einzelne Schnitzel schmilzt und in seiner Größe abnimmt, ein fester Rückstand in die unten vorliegende Schmelzmasse ungeschmolzen abtropfen würde, so ist dies doch nicht der Fall. Die Viskosität und die anderen physikalischen Eigenschaften der

ίο geschmolzenen Masse sind so beschaffen, daß das feste Teilchen an der Rostoberfläche festklebt, bis es vollständig geschmolzen ist.

Wenngleich die Geschwindigkeit, mit der

die Schnitzel dem Rost zugeführt werden, genau auf die Auspreßgeschwindigkeit der geschmolzenen Masse eingestellt werden kann, so ist es erwünscht, die Menge an flüssiger Masse zu kennen, die jeweils im Sumpf vorliegt, da das geschmolzene Gut möglichst kurze Zeit erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden soll. Dies kann in verschiedener Weise erfolgen, z. B. durch Steigrohre, Fenster u. dgl. Ein besonders geeignetes Verfahren, die Menge der Flüssigkeit im Sumpf zu bestimmen, besteht in einer Leitfähigkeitsmessung, da organische faserbildende Massen für eine solche Messung genügend elektrische Leitfähigkeit zeigen. Dies kann so geschehen, daß man eine vertikale Elektrode 18 durch den Boden der Schmelzkammer 11 mittels einer Isolierung 20 hindurchführt. Die Elektrode ist durch ein kalibriertes Milliamperemeter 22 mit einer Batterie 24 oder einer anderen Stromquelle und von da mit den Wänden der Schmelzkammer verbunden, welche die andere Elektrode bildet. Der Stromkreis wird über die geschmolzene Masse geschlossen. Ein Steigen des Flüssigkeitsspiegels hat gleichzeitig eine Zunahme des Meßstromes zur Folge.

Es ist zweckmäßig, die Menge der Schmelze im Sumpf auf die Mindestmenge herabzusetzen, die erforderlich ist, um die Spinndüse oder andere Auspreßvorrichtungen fort-

4-5 laufend mit Schmelzgut zu versorgen. Das zulässige Höchstvolumen hängt von der Natur der faserbildenden Alasse und der Geschwindigkeit der Auspressung ab. Im allgemeinen soll das Volumen nicht jenes übersteigen, das aus dem Sumpf in einer Stunde, zweckmäßiger in 15 Minuten, abgezogen wird. Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser Figur ist 26 eine zylindrische Kammer, die zweckmäßig von innen z. B. durch Dampf von höherem Druck beheizt wird, der durch Kanäle 28 strömt. Ein Schmelzrost 30 wird durch Heißdampf von innen erhitzt. Er ist mit einer Metallkappe 32 versehen, welche den oberen freien Raum, der von der innersten Windung der Schlange frei gelassen wird, abdeckt. Die unbeheizte zylindrische Kammer 34 wird mi Schnitzeln gefüllt. Die Kammer 34 ist zweck mäßig mit einem Verschluß 36 versehen. L vielen Fällen ist es erwünscht, die Schnitze der faserbildenden Masse in dieser Kamme: vorzuwärmen. Das steigert die Schmelz geschwindigkeit, wenn die Schnitzel den Ros erreichen, und entfernt überschüssige Feuchtigkeit, die sich auf den Schnitzeln kondensiert haben kann. Diese Vorwärmung kam: durch Erhitzen der Kammer oder in änderet Weise durchgeführt werden. In keinem Fallt soll die Temperatur nahe an den Schmelzpunkt der faserbildenden Masse herankommen.

Die auf dem Rost 30 geschmolzene Masse fließt in den Trichter 38, aus dem sie durch einen Kanal 40 und eine Zahnradpumpe 42 in eine Spinndüsenpackung 44 und eine Spinndüse 46 durch Leitung 48 gelangt. Das geschmolzene Gut wird durch die Spinndüse 46 in Form von Fäden, Bändern u. dgl. ausgepreßt. Soll eine Atmosphäre eines inerten Gases, wie Stickstoff, Kohlendioxyd und Wasserstoff, in der Kammer aufrechterhalten werden, so kann dies durch Einleiten des Gases bei 50 und Abziehen bei 52 und 54 geschehen.

Diese Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich λόπ der in Fig. 1 beschriebenen insofern, als der Schmelzspiegel selbsttätig aufrechterhalten wird. Der Trichter 38 füllt sich vollständig. Ein weiteres Schmelzen führt zur Bildung einer dünnen Schicht der geschmolzenen faserbildenden Masse auf dem Schmelzrost. Da die Wärmeleitfähigkeit des geschmolzenen Gutes sehr niedrig ist, so wird nicht genügend Wärme durch die dünne Schicht des geschmolzenen Gutes geleitet, um den darüberliegenden festen Anteil zu schmelzen. Demgemäß wird der Schmelzvorgang· unterbrochen, bis genügend geschmolzenes Gut durch Spinnen verbraucht ist, wobei sich der Schmelzspiegel unter die Höhe des Rostes senkt. Dadurch kommt der feste Anteil wieder mit dem Rost in Berührung. Diese Bauart der Vorrichtung ermöglicht die Aufrechterhaltung einer konstanten Mindestmenge an geschmolzenem Gut. Wenn man mit gleichbleibender Geschwindigkeit spinnt, wird das geschmolzene Gut auch mit beständiger Geschwindigkeit verbraucht, so daß es immer gleich kurze Zeit einer erhöhten Temperatur ausgesetzt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Mindestgröße der Schnitzel nicht so entscheidend, da die festen Teile schwimmen und so nicht in die Schmelmasse unter dem Schmelzrost gelangen.

Das Verfahren sei nun an Hand der Fig. 2 für das Verspinnen von Polyhexamethyienadipinsäureamid beschrieben.

Mit Schnitzeln von Polyhexamethylenadipinsäureamid mit den Abmessungen o,6 X o,6 X 0,3 cm wird die Kammer 34 vollständig gefüllt. Die Schnitzel ruhen auf dem Schmelzrost, der aus Rohren aus Edelstahl von 0,3 cm Durchmesser besteht. Die Rohrwindungen haben einen gleichmäßigen Abstand voneinander, der etwas geringer ist als 0,3 cm. Der Durchmesser des Rostes beträgt 15 cm. Das Fassungsvermögen der Kammer für die Schnitzel beträgt annähernd 20 1. Oben wird die Kammer 34 dicht verschlossen; man leitet Stickstoff bei 50 in sie ein und entspannt durch Hähne in den Auslässen 52 und 54. Diese Ableitung des Stromes des inerten Gases ermöglicht die Aufrechterhaltung einer inerten Atmosphäre in allen Teilen der Kammer. Wenn das inerte Gas in der Nähe des Rostes vorbeiströmt, dann nimmt es die Gase mit, die beim Schmelzen in Freiheit gesetzt werden. Es wird ein Überdruck von etwa einer Atmosphäre Stickstoff in der Kammer aufrechterhalten, um eine Diffusion von Luft in den Apparat zu verhindern und ein Wiederauffüllen ohne Spinnunterbrechung zu ermöglichen.

Die Kanäle 28 in den Wänden der Kammer 26 und der Schmelzrost 30 werden auf 285° C gehalten. Die Schnitzel schmelzen in Berührung mit dem Rost, und die Masse wird in den Trichter 38 abgezogen. Sie gelangt dann durch den Ablaß 40 in die Zahnradpumpe 42, die sie in die Spinndüsen-Filterpackung 44 sowie in die Spinndüse 46 preßt, welche sie mit einer Geschwindigkeit von 15 g in der Minute zu Fäden spinnt. Das Gesamtvolumen der Schmelzmasse in dem Trichter 38, in den Ablaßkanälen 40 und 48, in der Pumpe 42 und in der Spinndüsen-Filterpackung 44 beträgt annähernd 200 ecm, so daß die Schmelze für etwa 10 Minuten Spinnen ausreicht. Die Menge wird somit ständig in Vorrat gehalten. Die Erfindung ist auf Schmelzrosteinheiten in Spiralform mittels elektrischer Wider-Standserhitzung oder mit innerer, durch Umlauf einer heißen Flüssigkeit erzielter Beheizung nicht beschränkt. Die Schmelzrosteinheit kann in Form eines Hohlkegels aus Stangen oder Rohren gebaut sein (vgl. Fig. 3). Bei dieser Ausführung ist es erwünscht, die Spitze des Kegels mit einer Kappe 62 zu versehen. Auch kann die Schmelzrosteinheit aus einem Paar gelochter Metallplatten 64 bestehen, welche gegen die Wandung der Schmelzkammer 66 verkeilt sind (vgl. Fig. 4). Eine Anzahl Rohre 6S kann zwischen den Platten 64 angeordnet sein. Die Platten 64 und Rohre 68 kann man durch Wärmeleitung von der Außenseite der Schmelzkammer her erhitzen. Auch kann man eine lunenerliitzung durch Umlauf heißer Dämpfe oder Gase oder eine elektrische Widerstandserhitzung vorsehen. Ferner können die Roste durch in einem elektrostatischen Feld induzierten Strom beheizt werden.

Weiterhin kann der Rost in Form von parallelen Gliedern angeordnet sein, die ein Gebilde mit Zwischenräumen von gleichförmiger Größe ergeben, durch welche die geschmolzene Masse abziehen kann, die aber die festen Teilchen nicht durchlassen. Wenn spiralförmige Roste verwendet werden, so kann man sie aus mehr als einer Rohrwindung bilden. Auch ist es in einigen Fällen erwünscht, mehr als einen Rost zu verwenden. Alan kann ein zweites Heizelement in die flüssige Schmelze eintauchen, um sie auf der gewünschten Temperatur zu erhalten.

Die Schmelzroste können nach der Erfindung auf jeder geeigneten Temperatur er haiten werden. Zweckmäßig ist es jedoch, die Temperatur nicht höher als 40⁰ C über den Schmelzpunkt der zu verspinnenden faserbildenden Masse steigen zu lassen. Man kann unter gewissen Umständen die faserbildcnde Masse bei einer weit über dem Schmelzpunkt liegenden Temperatur schmelzen und notfalls die Schmelze vor ihrem Auspressen abkühlen, wodurch die Aufschmelzgeschwindigkeit ohne wesentliche Zersetzung erhöht wird.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer Zahnradpumpe zum Fördern der geschmolzenen faserbildenden Masse in die Spinndüse beschränkt. Man kann auch Schraubenpumpen, Kolbenpumpen oder Pumpen anderer Art oder Gasdruck und Pumpen für diesen Zweck verwenden. Gegebenenfalls benutzt man eine Vereinigung von zwei Pumpen der gleichen Art oder verschiedener Arten in Reihe.

Die Erfindung ist ganz allgemein auf das Spinnen \·οη Fasern aus der Schmelze anwendbar, die aus faserbildenden synthetischen Linearpolymeren besteht, insbesondere aus synthetischen linearen Polyamiden. Diese synthetischen Linearpolymeren besitzen einen bestimmten Schmelzpunkt und bilden Schmelzen, welche leicht vom Schmelzrost abtropfen, so daß die Überwachung des Schmelzen» erleichtert und die Neigung zur Zersetzung bei erhöhten Temperaturen vermindert wird. Andere synthetische Linearpolymere sind die Polyester, Polyäther, Polyacetale, gemachte Polyester-Polyamide u. dgl., wie sie z. 13. durch Kondensationspolymerisation hergestellt werden können (vgl. die USA.-Patentschrift 2 071 250).

Die Erfindung ist auch mit Vorteil auf -ia» Spinnen von Fasern u. dgl. aus Polymeren anwendbar, die durch Hochdruckpolymerisation von Äthylen hergestellt bind, da -iiese ebenfalls im festen Zustand kristallin sind.

Die Erfindung läßt sich außerdem auf das Spinnen von anderen organischen faserbildenden Massen anwenden, die sich aus der Schmelze verspinnen lassen, insbesondere auf das Auspressen solcher Stoffe, welche die Neigung haben, ihre chemische Zusammensetzung im geschmolzenen Zustand zu ändern. Als Beispiele für derartige faserbildende Massen sind zu erwähnen: Vinylpolytnere, Polystyrol und Polyacrylsäurederivate. Cellulosederivate, z. B. Celluloseacetat, das in geeigneter Weise plastisch gemacht ist, lassen sich nach der Erfindung auch verspinnen.

Die Erfindung ist ferner nicht auf das Spinnen von Bändern und Fasern beschränkt. Die geschmolzene Masse kann z. B. zur Herstellung eines fortlaufenden Überzuges mit synthetischen Linearpolymeren auf Gegenständen, wie Draht, abgezogen werden, wodurch eine elektrische Isolierung erzielt wird.

Die in dem Verfahren nach der Erfindung verwendete faserbildende Masse kann Veredelungsmittel, z. B. Glanzveredelungsstoffe, Weichmacher, Pigmente und Farbstoffe, Antioxydationsmittel und Harze enthalten.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Verfahren zur Herstellung von künstlich geformten Gebilden aus organischen Polymeren, insbesondere Polyamiden, aus der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß man die Masse mit praktisch gleichmäßiger Geschwindigkeit schmilzt und sie mit gleicher Geschwindigkeit in dem Maße, wie sie schmilzt, auspreßt, wobei vorzugsweise die Temperatur 40⁰ C über dem Schmelzpunkt nicht übersteigt und das Volumen der geschmolzenen Masse so überwacht wird, daß es die Menge nicht übersteigt, einer Stunde ausgepreßt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, d; gekennzeichnet, daß kleine Stücl· Masse- auf einen Schmelzrost gei werden, λόιι dem sie geschmolzen i Vorratskammer abtropfen, aus d< Masse zum Verspinnen entnommen
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 c dadurch gekennzeichnet, daß das ( einer Atmosphäre eines inerten Gasi Stickstoff, gehalten wird.
4. 4. Vorrichtung zur Ausführun Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bestehend aus einem Schmelzrost Einrichtungen zu seiner Beheizun einer darunter befindlichen, zur Auf der geschmolzenen Masse dienend« ratskammer, die entweder unmr oder über eine Zahnradpumpe mit Spinndüse in Verbindung steht.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch durch gekennzeichnet, daß die Vc kammer unmittelbar unter dem Sei rost angeordnet ist, so daß bei Ül lung der Vorratskammer die Sei masse den Heizrost bedeckt und ei: teres Schmelzen infolge der geringei fähigkeit der geschmolzenen Mass hindert.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegen vom Stand der Technik sind im Ertei verfahren folgende Druckschriften in Be gezogen worden:

   Deutsche Patentschriften Xr. 585 76 626198;

   französische Patentschrift Mr. 790 5: französische Zusatzpatentschrift Nr. 48 742 (Zusatz zur französ Patentschrift Nr. 790521).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   O 309 679/1 8. 63