EP0098477B2 - Kontinuierliches Trockenspinnverfahren für Acrylnitrilfäden und -fasern - Google Patents

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EP0098477B2
EP0098477B2 EP83106170A EP83106170A EP0098477B2 EP 0098477 B2 EP0098477 B2 EP 0098477B2 EP 83106170 A EP83106170 A EP 83106170A EP 83106170 A EP83106170 A EP 83106170A EP 0098477 B2 EP0098477 B2 EP 0098477B2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
spinning
weight
stretching
solvent
filaments
Prior art date
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EP83106170A
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EP0098477B1 (de
EP0098477A1 (de
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Ulrich Dr. Reinehr
Hans Dr. Uhlemann
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Bayer AG
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Bayer AG
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Publication date
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/18—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of unsaturated nitriles, e.g. polyacrylonitrile, polyvinylidene cyanide
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/04—Dry spinning methods

Definitions

  • the invention relates to a continuous process for the production of crimped threads and fibers from acrylonitrile polymers with at least 40% by weight of acrylonitrile units.
  • a “continuous process” is understood to mean that the threads are spun, stretched, crimped, shrunk, fixed and optionally cut into staple fibers in one operation without interruption using the dry spinning method.
  • Acrylic fibers are usually produced using wet spinning, dry spinning and melt spinning technologies. While continuous processes have already become known in the production of acrylic fibers using the wet spinning and melt spinning technique, for example the wet spinning process according to Textile Technology 26 (1976), pages 479-483 or the melt extrusion process according to DE-A 2 627 457 which have no restriction whatsoever with regard to Ribbon weights are subjected to hitherto, only a continuous process for the production of acrylic fibers after the dry spinning process has become known, which is only applicable to multifilament yarns with low ribbon weights, so-called acrylic silk, and under which certain conditions must be met (US-A2811 409) not suitable for the production of acrylic cables with high tape weights
  • the wet spinning process in which the spinning solution is spun into a precipitation bath, where it coagulates to form threads which are washed, drawn, dried and prepared without interrupting the process, nozzles with a large number of holes of approximately 10,000 are used.
  • the spinning speed is relatively low at 5 to 20 m / min.
  • the dry spinning process is therefore interrupted before drawing, the spinning material is collected in cans, from which it is then fed to further post-treatment (Bela von Falkai, Synthesefaser, Verlag Chemie, Weinheim / Deerfield Beach, Florida / Basel (1981), p. 204-206; R. Wiedermann, acrylic fiber spinning and after-treatment processes in man-made fibers / textile industry, June 1981, pp. 481-484, in particular p. 482 left column above).
  • a batch process is e.g. B. from DE-A 1494 553, in which work is carried out with take-off speeds of over 300 m / min and a stretching factor of 1: 4.5.
  • the threads After leaving the spinning shaft, the threads are provided with an aqueous, antistatic preparation. After the process has been interrupted, the threads are drawn, washed and finished in the usual way.
  • the object of the present invention to provide a continuous process for the production of acrylic fibers by the dry spinning method, in which all process stages of the thread formation to the ready-to-ship fiber take place in one work process without any interruption or intermediate storage, and which can be applied to spinning cables with high strip weights.
  • the preparation of the spinning solution should be able to be integrated into the continuous process.
  • the spinning delay of the process is greater than 2, in particular it is between 2 and 12.
  • the spinning solution at 100 ° C. has a viscosity of 15 to 50 falling ball seconds (6.56 to 21.85 Pa.s)
  • the solvent content of the threads when leaving the spinning shaft is max. 20% by weight, in particular max. 10% by weight, based on the fiber solids content and the strip temperature, is 100 to 180 ° C. during stretching.
  • the stretching ratios are in particular between 2 and 12, the preferred range for copolymers 3 to 6 and for homopolymers 5 to 12.
  • the method according to the invention it is possible to produce spinning tow with a ribbon weight of 100,000 dtex and more with such a low content of residual solvent that after hot stretching and a subsequent crimping and shrinking process, the residual solvent content in the finished fiber or in the continuous cable is clearly below 1% by weight lies without the spinning material coming into contact with an extracting agent for the spinning solvent, apart from the water content of the spinning preparation.
  • the threads obtained according to the invention have fiber strengths of over 2 cN / dtex.
  • Suitable acrylonitrile polymers are all acrylonitrile homopolymers and copolymers which can be spun into so-called acrylic fibers or modacrylic fibers, preferably acrylonitrile copolymers with at least 85% by weight of acrylonitrile units. Homopolymers and terpolymers made from 89 to 95% by weight of acrylic, 4 to 10% by weight of a non-ionic comonomer and 0.5 to 3% by weight of an ionogenic comonomer are particularly preferred, the comonomers being methyl acrylate and methyl methacrylate and vinyl acetate and, on the other hand, methallyl sulfonate and styrene sulfonate are preferred. The polymers are known.
  • the process according to the invention differs from the process of US Pat. No. 2,811,409 in that the spinning solution has a different viscosity, which should not be less than 400 poise at 100 ° C., corresponding to 91 ball falling seconds at 100 ° C., individual examples also being 300 poise go down corresponding to 69 falling ball seconds, and due to the delay, which is mostly between 0.5 and 1.5. Examples with higher delays have extremely high viscosities. As mentioned, the process is limited to very low strip weights and requires a complicated spinning shaft.
  • the method according to the invention is preferably carried out with a spinning shaft, in which the hot air used to evaporate the spinning solvent is blown in at the head of the spinning shaft, at most 50 cm below the spinneret, in the longitudinal and / or transverse direction to the threads.
  • the spinning material d. H. the spinning cable leaving the spinning shaft has a residual solvent content of less than 40% by weight, in particular between 2 and 10% by weight, based on the dry weight of the fiber, because spun material with residual solvent contents of more than 40% by weight, for example of dimethylformamide, sticks together during the subsequent hot stretching via godets at strip temperatures from around 120 ° C. If, to avoid this, one stays at strip temperatures below 100 ° C, then an undesirable cold expansion of the material takes place, i. H. an uneven and imperfect stretching under not exactly defined conditions, the stretching degree being limited to a maximum of 3: 1.
  • the spun material with residual solvent contents below 40% by weight can be stretched over godets or into a steaming zone without sticking and tearing at belt temperatures of up to 180 ° C, it being necessary for the spinning material to be in a hot state before stretching, preferably at the end of the Wet the spin shaft, either inside or immediately behind the spin shaft, with a preparation that contains a lubricant and an antistatic, and hot stretch it directly without cooling.
  • the lubricant allows perfect stretching of even thick cables of 100,000 dtex and more.
  • the preparation can also contain water as an ingredient, but care must be taken that the cable does not absorb more than 10% by weight of moisture. If the cable contains large amounts of water, it cools down strongly and unevenly, and during the subsequent hot stretching, no faulty stretching is achieved despite the high stretching temperatures of 200 ° C. and more.
  • the cable shows tears or windings on the godets.
  • Suitable lubricants are glycols, their derivatives, silicone oils, ethoxylated fatty acids, alcohols, esters, amides, alkyl ether sulfates, and mixtures thereof.
  • the preparation can contain a corresponding commercially available preparation, for example a customary cation-active, anion-active or nonionic compound, such as a long-chain ethoxylated, sulfated and neutralized alcohol.
  • the preparation expediently has a temperature of 50-90 ° C. in order to prevent the hot thread sheet from cooling.
  • the manhole tapes spun by a spinning machine with, for example, 20 spinning chutes and having a total titer of 100,000 dtex or more are prepared in this way, bundled and fed via a take-off device to a pair of rollers which can be heated inductively to over 200.degree.
  • a clamping point is produced by looping the pair of rollers one or more times, if necessary by means of an additional roller.
  • a coolable withdrawal quintet or septet serves as the second clamping point, which is arranged at a distance of approx. 3 m from the inductively heated pair of rollers and causes the cable to be stretched by a correspondingly higher speed.
  • the cooling of the rollers on the second stretching element is necessary in order to avoid caking and rigidity in the subsequent crimping process, which are observed in the case of acrylic fibers at temperatures above approximately 130 ° C.-140 ° C.
  • the spinning solvent residues escaping during hot drawing are suctioned off and recovered via a cooling system.
  • Septet rollers which are heatable at the beginning and coolable at the end have proven to be preferred stretching members.
  • a tube heated with superheated steam or hot air can advantageously be integrated between the septet rollers.
  • spinning take-off speeds of 50-100 m / min are completely sufficient to keep the residual solvent content in the spun material clearly below 10% by weight, so that at speeds of 300-1000%, final speeds of 150 to 1000 m / min are achieved are technically manageable.
  • the cable is then crimped in a stuffer box or fed at speeds above 300-400 m / min to a high-performance texturing nozzle, in which crimping is preferably carried out with the aid of superheated steam of at least 105 ° C.
  • the crimped cable is relaxed with saturated steam, superheated steam or even in dry heat for shrinkage removal, for example over a wire belt or U-tubular steaming boots.
  • the shrunk cable is then packaged or cut into staple fibers and pressed into bales as required.
  • the process is particularly suitable for the production of spun-dyed threads and fibers by adding soluble dyes, in particular cationic dyes or pigments, to the spinning solution, because when the color is changed due to the special work-up, considerably less rejects are obtained.
  • Solution preparation can also be easily integrated into the continuous process; using conventional solution preparations or in particular the following method:
  • a suspension is first prepared at room temperature from the spinning solvent, the polymer and optionally a non-solvent for the polymer which is miscible with the spinning solvent, for example water in an amount of 2 to 20 g per 100 g of polymer.
  • This suspension is heated to a temperature which is at least 30 and at most 60 ° C above the temperatures at which the Sus pension is optically homogeneous, i.e. a solution is formed, held at this temperature for 1 to 15 minutes and then immediately fed to the spinning.
  • the method according to the invention is also suitable for the continuous production of bicomponent threads and fibers, in which the post-treatment steps are modified accordingly in accordance with the known technology for bicomponent threads.
  • dimethylformamide (DMF) are mixed in a kettle at room temperature with stirring, with 300 kg of an acrylonitrile copolymer made from 93.6% acrylonitrile, 5.7% methyl acrylate and 0.7% sodium methallylsulfonate with a K value of 81.
  • the suspension is pumped via a gear pump into a spinning kettle equipped with an agitator. Then the suspension is heated in a double-walled tube with steam of 4.0 bar. The dwell time in the tube is 5 minutes.
  • the spinning solution which has a temperature of 138 ° C at the tube outlet and a viscosity of 19 falling ball seconds (8.30 Pa.s), measured at 100 0 C, is filtered, cooled to 90 ° C after leaving the heating device and filtered directly to a spinning plant fed with 20 spinning shafts.
  • the spinning solution is dry spun from 1264 perforated nozzles, nozzle hole diameter 0.2 mm, with a take-off speed of 50 m / min and a spin delay of 7.2.
  • the dwell time of the spinning threads in the spinning shafts is 5 seconds.
  • the shaft temperature is 200 ° C and the air temperature is 350 ° C.
  • the throughput of air is 40 m 3 / h for each shaft, which is blown in at the head of the shaft in the longitudinal directions to the threads.
  • the spinning material with a total titre of 310,000 dtex, which still has a residual solvent content of 11.1% by weight, based on the solids content, is wetted with an 80-90 ° C warm, aqueous, oil-containing, antistatic preparation in this way immediately after leaving the spinning shafts that the oil content of the threads is 0.16% by weight, the antistatic content is 0.04% by weight and the moisture is 1.1% by weight, based on the fiber solids content.
  • the preparation is dosed via gear pumps.
  • the warm cable is then sent over a pair of rollers heated inductively to 20 ° C., with a contact time of approx. 2 seconds being achieved by looping several times over a feed roller.
  • the cable assumes a strip temperature of 156 ° C, measured with the KT 15 radiation thermometer.
  • the cable is stretched by 500%, with a stretch septet with coolable rollers serving as the second clamping point.
  • the strip temperature after the stretching process is 80 ° C.
  • the cable is crimped in a stuffer box and relaxed in a tube which is fed with saturated steam.
  • the dwell time in the steam pipe is approx. 4 minutes.
  • the fully shrunk cable is then cut into staple fibers with a cutting length of 60 mm, blown and fed to a packing press.
  • the acrylic fibers produced in this way in a continuous process have a single fiber final titer of 3.3 dtex.
  • the fiber strength is 3.4 cN / dtex and the elongation is 48%.
  • the fibers are completely vacuole-free, have a density of 1.181 g / cm 3 and a completely smooth, structureless fiber surface.
  • Yarns made from the fibers on a high-performance card at 140 m / min have a yarn strength of 17.5 RKm, an elongation of 19.4% and a yarn boiling shrinkage of 2.2%.
  • the following table 1 shows the running method for different degrees of stretching and strip temperatures for spinning material of the same total titer 310 00 dtex with different DMF contents.
  • the various DMF contents in the spinning material were produced by varying the shaft, air temperature, air volume and the residence time in the spinning shaft.
  • the table for residual solvent contents in the spun material above approx. 40% by weight, it is no longer possible to achieve reasonable modes of operation with sufficient fiber strengths.
  • the spun material cakes or is only stretched cold.
  • a spinning solution according to Example 1 is dry spun from 380 perforated nozzles, nozzle hole diameter 0.2 mm, with a take-off speed of 166.6 m / min and a spin delay of 5.7.
  • the dwell time of the spinning threads in the spinning shafts is 1.5 seconds.
  • the shaft temperature is 160 ° C and the air temperature is 300 ° C, the throughput of air is 40 m 3 / h for each shaft.
  • the viscosity of the spinning solution is again 19 ball falling seconds (8.30 Pa. S), measured at 100 ° C.
  • the oil content of the threads is 0.18% by weight
  • the antistatic content is 0.04% by weight
  • the moisture content is 1.9% by weight, based on the solids content.
  • the warm cable is again warmed, as described in Example 1, stretched 3.6 times with a belt temperature of 133 ° C, cooled via septet rollers and crimped with a belt temperature of 66 ° C and relaxed in a tube with saturated steam.
  • the shrunk cable is then cut into staple fibers with a cutting length of 60 mm, blown and fed to a packing press.
  • the acrylic fibers produced in this way by a continuous process have a single fiber denier of 5.0 dtex.
  • the strength is 2.1 cN / dtex and the elongation is 39%.
  • the density is 1.182 g / cm 3 .
  • the fiber surface is completely smooth and streak-free.
  • Yarns made from the fibers on the high-performance card at 130 m / min have a yarn strength of 12.2 RKm, an elongation of 19.4% and a yarn boil shrinkage of 3.0%.
  • a spinning solution according to Example 1 is dry spun from 1264 hole nozzles, hole diameter 0.2 mm, with a take-off speed of 125 m / min and a spinning delay of 6.3.
  • the dwell time of the Spinning threads in the spinning shafts is 2 seconds.
  • the shaft temperature is 200 ° C and the air temperature is 350 ° C.
  • the throughput of air is 40 m 3 / h for each shaft.
  • the viscosity of the spinning solution is again 19 ball falling seconds (8.30 Pa.s), measured at 100 ° C.
  • the spinning material with a total titre of 356,000 dtex, which still has a residual solvent content of 24.1% by weight of DMF, is treated at the end of the spinning shaft with an 80-90 ° C.
  • the warm cable is heated up to a strip temperature of 145 ° C via septet rollers and subjected to superheated steam of 122 ° C in a 5 m long tube.
  • the cable is stretched in the steam pipe by 900%, with a stretch septet with coolable rollers serving as the second clamping point.
  • the cable is crimped by a blow nozzle with superheated steam of 140 ° C and relaxed on a screen belt with hot air at 190 0 C.
  • the residence time is 2.5 minutes.
  • the escaping residual solvent vapors are recovered via an extraction system and a cooling system.
  • the shrunk cable is then cut into staple fibers with a cutting length of 60 mm and fed to a pack press.
  • the acrylic fibers thus produced in a continuous process have a single fiber final titre of 1.9 dtex.
  • the fiber strength is 4.7 cN / dtex and the elongation is 13%.
  • the fibers are completely vacuole-free and have a density of 1.181 g / cm 3 .
  • Yarns made from the fibers on a high-performance card at 140 m / min have a yarn strength of 22.7 RKm, an elongation of 17.5% and a yarn boiling shrinkage of 2.3%.
  • Example 755 kg of dimethylformamide (DMF) were mixed in a kettle at room temperature with stirring, with 245 kg of an acrylonitrile homopolymer having a K value of 91.
  • the suspension is dissolved, filtered and fed directly to a spinning plant with 20 spinning chutes.
  • the viscosity of the spinning solution measured at 100 ° C, is 38 falling ball seconds (16.6 Pa.s).
  • the spinning solution is dry spun from 380 perforated nozzles, nozzle hole diameter 0.2 mm, with a take-off speed of 41.6 m / min and a spin delay of 4.8.
  • the dwell time of the spinning threads in the spinning shafts is 6 seconds.
  • the shaft and air temperatures correspond to the information in Example 1.
  • the air volume is 45 m 3 / h.
  • the acrylic fibers produced in this way in a continuous process have a final fiber titer of 1.6 dtex, a fiber strength of 5.2 cN / dtex and an elongation of 11%.
  • the fibers are completely vacuole-free and have a density of 1.184g / cm 3 .
  • Yarns made from the fibers on the high-performance card at 120 m / min have a yarn strength of 24.7 RKm, a yarn elongation of 14.6% and a yarn boiling shrinkage of 3.4%.
  • a spinning solution according to Example 1 is dry spun from 1264 perforated nozzles, nozzle hole diameter 0.2 mm, with a take-off speed of 208.3 m / min and a spin delay of 7.2.
  • the dwell time of the spinning threads in the spinning shafts is 1.2 seconds.
  • the shaft temperature is 160 ° C and the air temperature is 260 ° C.
  • the air volume is 35 m 3 / h for each shaft.
  • the warm cable, as described in Example 1 is sent over a pair of rollers heated inductively to 200 ° C. and, as indicated there, stretched 1: 5 times.
  • the belt temperature is 179 ° C.
  • the cable is glued and there are constant runs and tears in the plug-in area on the rollers and the idler roller.
  • a further increase in temperature up to 240 ° C, with a measured strip temperature of 204 ° c, as well as a reduction in the degree of insertion does not improve the running behavior.
  • the fibers have a single fiber final titer of 4.5 dtex and a fiber strength of only 1.3 cN / dtex at an elongation of 123%.
  • a cold expansion of the cable containing a lot of residual solvent If the stretching is carried out over septet rolls with an intermediate steam tube under the conditions as described in Example 3, the same results are obtained.
  • a spinning solution according to Example 1 is, as described there, dry spun from 1264 perforated nozzles.
  • Example 6 Another part of the spun material from Example 6 is again drawn by 500% at a roll temperature of 240 ° C.
  • the strip temperature is 139 ° C.
  • the cable is then crimped directly in a stuffer box without cooling and, as described in Example 1, relaxed.
  • the cable is baked streaky and has a water rigidity. After cutting, there are large amounts of undissolved cut bandages.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung gekräuselter Fäden und Fasern aus Acrylnitrilpolymerisaten mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrieinheiten. Unter »kontinuierlichem Verfahren« wird erfindungsgemäß verstanden, daß die Fäden in einem Arbeitsgang ohne Unterbrechung nach der Methode des Trockenspinnens ersponnen, verstreckt, gekräuselt, geschrumpft, fixiert und gegebenenfalls zu Stapelfasern geschnitten werden.
  • Die Herstellung von Acrylfasern erfolgt überlicherweise nach Naßspinn , Trockenspinn- und Schmelzspinn-Technologien. Während bei der Herstellung von Acrylfasern nach der Naßspinn und Schmelzspinn Technik bereits kontinuierlich arbeitende Verfahren bekannt geworden sind, beispiels weise der Naßspinnprozeß nach Textiltechnik 26 (1976), Seiten 479-483 oder das Schmelzextrusionsverfahren nach DE-A 2 627 457 die keinerlei Beschränkung hinsichtlich der Bandgewichte unterworfen sind, ist bisher nur ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren zur Erzeugung von Acrylfasern nach dem Trockenspinnprozeß bekannt geworden, das nur für Multifilamentgarne mit niedrigen Bandgewichten, sogenannter Acrylseide anwendbar ist und bei dem bestimmte Bedingungen erfüllt sein müssen (US-A2811 409) Dieses Verfahren ist zur Herstellung von Acrylkabeln Mit hohen Bandgewichten nicht geeignet
  • Die beiden heute großtechnisch verwendeten Verfahren, das Naß- und das Trockenspinnverfahren, sind im Laufe ihrer Entwicklung unterschiedliche Wege gegangen. Beim Naßspinnverfahren, bei dem die Spinnlösung in ein Fällbad gesponnen wird, wo sie zu Fäden koaguliert, die ohne Unterbrechung des Verfahrens gewaschen, verstreckt, getrocknet und präpariert werden, werden Düsen mit hoher Lochzahl von ca. 10 000 verwendet. Die Spinngeschwindigkeit ist mit 5 bis 20 m/min relativ niedrig. Beim Trockenspinnverfahren kann wegen der Gefahr derVerklebung der Fäden im mehrere Meter langen Spinnschacht nur Mit Düsen niedrigerer Lochzahlen, normalerweise 200 bis 1000 Loch, gesponnen werden, jedoch sind wesentlich höhere Abzugsgeschwindigkeiten, üblicherweise zwischen 200 und 1000 m/min möglich, so daß im Prinzip ähnlich hohe Produktionsleistungen wie beim Naßspinnverfahren erzielt werden. Wegen der hohen Spinngeschwindigkeiten ist es jedoch beim Trockenspinnverfahren nicht möglich, das Gesamtverfahren bei hohen Bandgewichten kontinuierlich durchzuführen, da durch das Verstreckverhältnis von etwa 1 : 4 Endgeschwindigkeiten resultieren würden, die technisch nur sehr schwierig oder gar nicht zu bewältigen sind. Das Trockenspinnverfahren wird daher vor der Verstreckung unterbrochen, das Spinngut wird in Kannen gesammelt, aus denen es dann der weiteren Nachbehandlung zugeführt wird (Bela von Falkai, Synthesefasern, Verlag Chemie, Wein heim/Deerfield Beach, Florida/Basel (1981 ), S. 204-206; R. Wiedermann, Acrylfaser Spinn- und Nach behandlungsverfahren in Chemiefasern/Textilindustrie, Juni 1981, S. 481-484, insbesondere S. 482 linke Spalte oben).
  • Ein diskontinuierliches Verfahren ist z. B. aus DE-A 1494 553 bekannt, bei dem mit Abzugsgeschwindigkeiten von über 300 m/min und einem Verstreckungsfaktor von 1 : 4,5 gearbeitet wird. Die Fäden werden nach Verlassen des Spinnschachtes Mit einer wäßrigen, antistatischen Präparation versehen. Nach der Unterbrechung des Verfahrens werden die Fäden verstreckt, gewaschen und in üblicher Weise fertiggestellt.
  • Da die Ablage des Spinngutes in Kannen bezüglich der Gleichmäßigkeit des Spinngutes, als auch aus ökonomischen und ökologischen Gründen nachteilig ist, war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Acrylfasern nach der Trockenspinnmethode zur Verfügung zu stellen, bei dem sämtliche Verfahrensstufen von der Fadenbildung bis zur versandfertigen Faser in einem Arbeitsprozeß ohne irgendeine Unterbrechung oder Zwischenlagerung ablaufen, und das sich auf Spinnkabel Mit hohen Bandgewichten anwenden läßt. Vorzugsweise sollte die Herstellung der Spinnlösung in den kontinuierlichen Prozeß einbindbar sein.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man eine Spinnlösung bestimmter Viskosität verwendet, im Spinnschacht den Anteil des Lösungsmittels im Spinngut durch die Art der Lösungsmittelentfernung unter bestimmte Werte drückt, die Fäden vor dem Verstrecken mit einer Präparation versieht, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält, vorzugsweise eine wäßrige Präparation ist, wobei jedoch die Wasseraufnahme (Feuchte) der Fäden unter bestimmten Werten bleibt, und die Fäden vor dem Verstrecken mit keiner weiteren Lösungsmittelextraktionsflüssigkeit als dem Wasser der Präparation in Kontakt bringt.
  • Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Fäden und Fasern aus Acrylnitrilpolymerisaten mit mindestens 40 Gew. % Acrylnitrileinheiten in kontinuierlicher Arbeitsweise durch Verspinnen einer Spinnlösung des Polymerisates in einen Spinnschacht, Verdampfen mindestens eines Teils des Spinnlösungsmittels im Spinnschacht, Präparieren, Verstrecken, Kräuseln, Fixieren und gegebenenfalls Schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß
    • a) eine Spinnlösung versponnen wird, deren Viskosität bei 100°C 10 bis 60 Kugelfallsekunden (4,37 bis 26,22 Pa . s) beträgt,
    • b) die Verdampfung des Lösungsmittels im Spinnschacht so gesteuert wird, daß der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes maximal 40 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, beträgt, und der Spinnverzug des Verfahrens größer als 2 ist,
    • c) die Fäden vor dem Verstrecken mit einer 50 - 90 °C, vorzugsweise 80 - 90 °C warmen Präparation versehen werden, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält und den Fäden einen Feuchtegehalt von maximal 10 Gew % bezogen auf Faserfeststoffgehalt verleiht und
    • d) man die Verstreckung direkt nach der Präparation in heißem Zustand, mit Kalbelbändern von mindestens 100 000 dtex und bei Kabelbandtemperaturen von 100 - 180 °C vornimmt und
    • e) die Fäden während des gesamten Verfahrens mit keiner weiteren Extraktionsflüssigkeit für das Spinnlösungsmittel als dem Wasser der Präparation in Kontakt treten.
  • Der Spinnverzug des Verfahrens ist größer als 2, insbesondere liegt er zwischen 2 und 12. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Spinnlösung bei 100°C eine Viskosität von 15 bis 50 Kugelfallsekunden (6,56 bis 21,85 Pa . s) auf, der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes beträgt max. 20 Gew.-%, insbesondere max. 10 Gew. %, bezogen auf Faserfeststoffgehalt und die Bandtemperatur beträgt beim Verstrecken 100 bis 180°C. Die Verstreckverhältnisse liegen insbesondere zwischen 2 und 12, wobei für Copolymerisat 3 bis 6 und für Homopolymerisate 5 bis 12 der bevorzugte Bereich ist.
  • Der Spinnverzug V ist definiert als Verhältnis von AbzugsgeschwindigkeitAzurAusspritzgeschwindigkeit S:
    Figure imgb0001
    Die Ausspritzgeschwindigkeit S ergibt sich zu:
    Figure imgb0002
    mit
    • F = Fördermenge (cm3/min)
    • Z = Anzahl der Düsenlöcher pro Düse
    • d = Düsenlochdurchmesser (cm)
  • Die Fördermenge (Pumpenvolumen mal Umdrehungen pro Minute) läßt sich nach folgender Gleichung rechnen:
    Figure imgb0003
    mit
    • GST = Gesamtspinntiter (dtex = g/10 000 m)
    • P = Pumpenvolumen (cm3)
    • U = Umdrehungen pro Minute (min-')
    • K = Konzentrationen der spinnlösung (g/cm3)
    • A = Abzugsgeschwindigkeit (m/min)
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Spinnkabel mit einem Bandgewicht von 100 000 dtex und mehr mit so niedrigem Gehalt an Restlösungsmittel zu erzeugen, daß nach einer Heißverstreckung und einem anschließenden Kräusel- und Schrumpfprozeß der Restlösungsmittelgehalt in der fertigen Faser bzw. im Endloskabel deutlich unter 1 Gew.-% liegt, ohne daß das Spinngut mit einem Extraktionsmittel für das Spinnlösungsmittel in Berührung gekommen ist, sieht man von den Wasseranteilen der Spinnpräparation ab. Die erfindungsgemäß erhaltenen Fäden weisen Faserfestigkeiten von über 2 cN/dtex auf.
  • Als Acrylnitrilpolymerisate sind alle zu sogenannten Acrylfasern, bzw. Modacrylfasern verspinnbaren Acrylnitrilhomo- und -copolymerisäte geeignet, vorzugsweise Acrylnitrilcopolymerisate mit mindestens 85 Gew. % Acrylnitrileinheiten. Besonders bevorzugt sind Homopolymerisate und Terpolymerisate aus 89 bis 95 Gew. -°% Acrylmtril, 4 bis 10 Gew.-% eines nicht ionogenen Comonomeren und 0,5 bis 3 Gew.-% eines ionogenen Comonomeren, wobei als Comonomere zum einen Acrylsäuremethylester, Methacrylsäuremethylester und Vinylacetat und zum anderen Methallylsulfonat und Styrolsulfonat bevorzugt sind. Die Polymerisate sind bekannt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren der US-A 2 811 409 durch die unterschiedliche Viskosität der Spinnlösung, die dort nicht unter 400 Poise bei 100°C, entsprechend 91 Kugelfallsekunden bei 100°C betragen soll, wobei einzelne Beispiele auch auf 300 Poise entsprechend 69 Kugelfallsekunden heruntergehen, sowie durch den Verzug, der überwiegend zwischen 0,5 und 1,5 liegt. Beispiele mit höheren Verzügen weisen extrem hohe Viskositäten auf. Das Verfahren ist, wie erwähnt, auf sehr niedrige Bandgewichte beschränkt und bedarf eines komplizierten Spinnschachtes.
  • Erfindungsgemäß kann zwar auch mit niedrigen Verzügen gefahren werden, jedoch liegt der wirtschaftliche Vorteil gerade darin, daß im Gegensatz zum Stand der Technik hohe Verzüge von 10 und mehr möglich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit einem Spinnschacht ausgeführt, bei dem die zur Verdampfung des Spinnlösungsmittels benutzte Heißluft am Kopf des Spinnschachtes, maximal 50 cm unterhalb der Spinndüse in Längs- und/oder Querrichtung zu den Fäden eingeblasen wird.
  • Wesentlich für daß erfindungsgemäße Verfahren ist, daß das Spinngut, d. h. das Spinnkabel, das den Spinnschacht verläßt, ein Restlösungsmittelgehalt von unter 40 Gew.-%, insbesondere zwischen 2 und 10 Gew.-%, bezogen auf Faserstoff Trockengewicht aufweist, denn Spinngut mit Restlösungsmittelgehalten über 40 Gew.-%, beispielsweise an Dimethylformamid, verklebt beim anschließenden Heißverstrecken über Galetten bei Bandtemperaturen ab etwa 120°C. Bleibt man, um dies zu vermeiden, bei Bandtemperaturen unterhalb 100° C, so findet eine unerwünschte Kaltverdehnung des Materials statt, d. h. eine ungleichmäßige und unvollkommene Verstreckung unter nicht exakt definierten Bedingungen, wobei die Streckgradhöhe auf maximal 3: 1 begrenzt ist. Hingegen läßt sich das Spinngut mit Restlösungsmittelgehalten unter 40 Gew.-% über Galetten oder in eine Dämpfzone ohne Verklebungen und Abrisse bei Bandtemperaturen bis 180° C verstrecken, wobei es erforderlich ist, das Spinngut vor der Verstreckung in noch heißem Zustand, vorzugsweise am Ende des Spinnschachtes, entweder innerhalb oder unmittelbar hinter dem Spinnschacht, mit einer Präparation zu benetzen, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält, und direkt ohne Abkühlung heiß zu verstrecken. Das Gleitmittel erlaubt eine einwandfreie Verstreckung selbst dicker Kabel von 100 000 dtex und mehr. Die Präparation kann auch Wasser als Bestandteil enthalten, jedoch ist darauf zu achten, daß das Kabel nicht über 10 Gew.-% Feuchte aufnimmt. Enthält das Kabel größere Anteile an Wasser, so kühlt es stark und ungleichmäßig ab und beim anschließenden Heißverstrecken wird trotz hoher Verstrecktemperaturen von 200°C und mehr keine einwandfreie Verstreckung mehr erzielt. Das Kabel zeigt Abrisse oder Wickel bildungen an den Galetten.
  • Als geeignete Gleitmittel kommen Glykole, deren Derivate, Siliconöle, ethoxylierte Fettsäuren, -alkohole, -ester, -amide, -alkylethersulfate, sowie deren Mischungen in Frage. Die Präparation kann als Antistatikum ein entsprechendes handelsübliches Präparat enthalten, beispielsweise eine übliche kationaktive, anionenaktive oder nichtionogene Verbindung, wie einen langkettigen ethoxilierten, sulfierten und neutralisierten Alkohol. Zweckmäßigerweise hat die Präparation eine Temperatur von 50-90°C, um eine Abkühlung der heißen Fadenschar zu verhindern. Die von einer Spinnmaschine mit beispielsweise 20 Spinnschächten ersponnenen Schachtbändchen vom Gesamttiter 100 000 dtex und mehr werden auf diese Weise präpariert, gebündelt und über einem Abzugsorgan einem induktiv auf über 200°C heizbarem Walzenpaar zugeführt. Durch ein- oder mehrfaches Umschlingen des Walzenpaares, gegebenenfalls mittels einer Beilaufrolle, wird ein Klemmpunkt hergestellt. Als zweiter Klemmpunkt dient ein kühlbares Abzugsquintett oder -septett, welches im Abstand von ca. 3 m zum induktiv beheizten Walzenpaar angeordnet ist und durch eine entsprechend höher eingestellte Geschwindigkeit die Verstreckung des Kabels bewirkt. Die Kühlung der Walzen am zweiten Streckorgan ist notwendig, um beim anschließenden Kräuselprozeß Verbackungen und Bandstarre, welche durch Temperaturen oberhalb von ca. 130° C-140° C bei Acrylfasern beobachtet werden, zu vermeiden. Die bei der Heißverstreckung entweichenden Spinnlösungsmittelreste werden abgesaugt und über ein Kühlsystem zurückgewonnen. Als bevorzugte Streckorgane haben sich Septettwalzen, die eingangs beheizbar und am Ende kühlbarsind, bewährt. Zurgleichmäßigen- Durchführung des Streckvorganges, namentlich bei hohen Bandgewichten, läßt sich zwischen den Septettwalzen vorteilhafterweise ein mit überhitztem Dampf oder Heißluft erwärmtes Rohr integrieren.
  • Im allgemeinen reichen Spinnabzugsgeschwindigkeiten von 50-100 m/min vollkommen aus, um den Restlösungsmittelgehalt im Spinngut deutlich unter 10 Gew.-% zu halten, so daß bei Streckgraden von 300-1000% Endgeschwindigkeiten von 150 bis 1000 m/min erzielt werden, die technisch beherrschbar sind.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Kabel anschließend je nach Geschwindigkeit in einer Stauchkammer gekräuselt oder bei Geschwindigkeiten oberhalb 300-400 m/min einer Hochleistungstexturierdüse zugeführt, in der vorzugsweise mit Hilfe von überhitztem Dampf von mindestens 105° C gekräuselt wird. Im weiteren kontinuierlichen Verfahrensablauf wird das gekräuselte Kabel zwecks Schrumpfentfernung mit Sattdampf, überhitztem Dampf oder auch in Trockenhitze relaxiert, beispielsweise über einem Siebband, oder U-rohrförmigen Dämpfstiefel. Das ausgeschrumpfte Kabel wird anschließend - je nach Bedarf - verpackt oder zu Stapelfasern geschnitten und in Ballen gepreßt. Das Verfahren ist insbesondere für die Herstellung spinngefärbter Fäden und Fasern durch Zusatz von löslichen Farbstoffen, insbesondere kationischen Farbstoffen oder Pigmenten zur Spinnlösung geeignet, weil beim Farbwechsel durch die spezielle Aufarbeitung wesentlich weniger Ausschußmaterial anfällt.
  • Auch die Lösungsbereitung läßt sich ohne Mühe in das kontinuierliche Verfahren integrieren; wobei konventionelle Lösungsbereitungen oder insbesondere das folgende Verfahren Verwendung finden:
  • Zunächst wird bei Raumtemperatur aus dem Spinnlösungsmittel, dem Polymeren und gegebenenfalls einem Nichtlösungsmittel für das Polymer, das mit dem Spinnlösungsmittel mischbar ist, beispielsweise Wasser in einer Menge von 2 bis 20 g pro 100 g Polymer, eine Suspension hergestellt. Diese Suspension wird auf eine Temperatur aufgeheizt, die mindestens 30 und höchstens 60°C über den Temperaturen liegt, bei der die Suspension optisch homogen wird, also eine Lösung entsteht, 1 bis 15 Minuten bei dieser Temperatur gehalten und danach unmittelbar der Verspinnung zugeführt.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Lösungspolymerisation im verwendeten Spinnlösungsmittel, z. B. Dimethylformamid vorgeschaltet, so daß nach entsprechender Aufkonzentration und Monomerentfernung über Dünnschichtverdampfer erstmals ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren zur Herstellung von Acrylfasern nach einem Trockenspinnprozeß mit höchstmöglichem Automatisierungsgrad erreicht wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur kontinuierlichen Herstellung von Bicomponentenfäden und -fasern, bei denen die Nachbehandlungsschritte entsprechend der bekannten Technologie für Bicomponentenfäden entsprechend modifiziert werden.
  • Die Viskosität in Kugelfallsekunden, gemessen bei 100°C, wurde nach der Methode von K. Jost, Reologica Acta, Band 1 (1958), Seite 303, bestimmt. Es gilt dabei die Umrechnungsformel: 1 Kugelfallsekunde entspricht 4,37 Poise (437 mPa . s).
  • Sämtliche Temperaturen, die im Zuge des kontinuierlichen Herstellungsprozesses von Acrylfasern ab der Spinnmaschine erfaßt wurden, sind mit dem Strahlungsthermometer KT 15 (Hersteller: Fa. Heimann GmbH, Wiesbaden, BRD) berührungslos gemessen worden.
    • Beispiel 1
  • 700 kg Dimethylformamid (DMF) werden in einem Kessel bei Raumtemperatur unter Rühren mit 300 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 93,6% Acrylnitril, 5,7% Acrylsäuremethylester und 0,7% Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 81 vermischt. Die Suspension wird über eine Zahnradpumpe in einen mit einem Rührwerk versehenen Spinnkessel gepumpt. Dann wird die Suspension in einem doppelwandigen Rohr mit Dampf von 4,0 bar erhitzt. Die Verweilzeit im Rohr beträgt 5 Minuten. Die Spinnlösung, welche am Rohrausgang eine Temperatur von 138° C aufweist und eine Viskosität von 19 Kugelfallsekunden (8,30 Pa . s), gemessen bei 1000 C, besitrt, wird nach Verlassen derAufheizvorrichtung auf 90° C abgekühlt filtriert und direkt einer Spinnanlage mit 20 Spinnschächten zugeführt.
  • Die Spinnlösung wird aus 1264 Lochdüsen, Düsenlochdurchmesser 0,2 mm, mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 50 m/min und einem Spinnverzug von 7,2 trocken versponnen. Die Verweilzeit der Spinnfäden in den Spinnschächten beträgt 5 Sekunden. Die Schachttemperatur liegt bei 200°C und die Lufttemperatur beträgt 350°C. Die durchgesetzte Luftmenge beträgt 40 m3/h für jeden Schacht, die am Kopf des Schachtes in Längsrichtungen zu den Fäden eingeblasen wird.
  • Das Spinngut vom Gesamttiter310 000 dtex, welches noch einen Restlösungsmittelgehalt von 11,1 Gew.- %, bezogen auf den Feststoffgehalt, besitrt, wird unmittelbar nach Verlassen der Spinnschächte mit einer 80-90° C warmen, wäßrigen, ölhaltigen, antistatischen Präparation derart benetzt, daß der Ölgehalt der Fäden 0,16 Gew. %, der Gehalt an Antistatikum bei 0,04 Gew.-% und die Feuchte 1,1 Gew. %, bezogen auf den Faserfeststoffgehalt, ausmacht. Die Dosierung der Präparation gechieht über Zahnradpumpen. Dann wird das warme Kabel überein induktiv auf 200°C beheiztes Walzenpaargeschickt, wobei durch mehrfaches Umschlingen über eine Beilaufrolle eine Kontaktzeit von ca. 2 Sekunden erzielt wird. Das Kabel nimmt dabei eine Bandtemperatur von 156°C, gemessen mit dem Strahlungsthermometer KT 15, an. Das Kabel wird um 500% verstreckt, wobei als zweiter Klemmpunkt ein Streckseptett mit kühlbaren Walzen dient. Die Bandtemperatur nach dem Streckvorgang beträgt 80°C. Unmittelbar hierauf wird das Kabel in einer Stauchkammer gekräuselt und in einem Rohr, welches mit Sattdampf beschickt wird, relaxiert. Die Verweilzeit im Dämpfrohr beträgt ca. 4 Minuten. Das fertig ausgeschrumpfte Kabel wird anschließend zu Stapelfasern von 60 mm Schnittlänge geschnitten, verblasen und einer Packpresse zugeführt. Die auf diese Art und Weise in einem kontinuierlichen Prozeß hergestellten Acrylfasern haben einen Einzelfaserendtiter von 3,3 dtex. Die Faserfestigkeit beträgt 3,4 cN/dtex und die Dehnung 48%. Die Fasern sind vollkommen vakuolenfrei, haben eine Dichte von 1,181 g/cm3 und eine völlig glatte strukturlose Faseroberfläche. Aus den Fasern auf einer Hochleistungskarde mit 140 m/min hergestellte Garne besitzen eine Garnfestigkeit von 17,5 RKm, eine Dehnung von 19,4% und einen Garnkochschrumpf von 2,2%.
  • In der folgenden Tabelle 1 ist für Spinngut vom gleichen Gesamttiter 310 00 dtex mit verschiedenen DMF-Gehalten die Laufweise für verschiedene Streckgrade und Bandtemperaturen wiedergegeben. Die verschiedenen DMF-Gehalte im Spinngut wurden durch Variation der Schacht, Lufttemperatur, Luftmenge und der Verweilzeit im Spinnschacht hergestellt. Wie man der Tabelle entnehmen kann, sind für Restlösungsmittelgehalte im Spinngut oberhalb ca. 40 Gew.-% keine vernünftigen Laufweisen mit ausreichenden Faserfestigkeiten mehr zu erzielen. Das Spinngut verbackt bzw. wird nur kalt verdehnt.
  • In der folgenden Tabelle II wird für Spinnfäden aus verschieden konzentrierten Spinnlösugen eines Acrylnitrilcopolymerisates der Zusammensetzung aüs Beispiel 1 vom K-Wert 81 das Spinn- und Nachbehandlungsverfahren und die Faserfestigkeiten und Dehnungen wiedergegeben. Es wurde jeweils der gleiche Gesamttiter von 310 000 dtex durch Variation der Fördermenge der Spinnpumpe bei verschiedenen Konzentrationen eingestellt. Die Spinn- und Nachbehandlungsparameter entsprechen ansonsten den Angaben von Beispiel 1. Die Viskositäten der Spinnlösungen, gemessen in Kugelfallsekünden, wurden wiederum bei 100° C ermittelt. Dem Fachmann ist bekannt, daß sich die Konzentrationen der Spinnlösungen in Abhängigkeit vom K-Wert der Polymerisate auch außerhalb der Angaben von Tabelle 11 beeinflussen lassen. So lassen sich beispielsweise um so höhere Spinnlösungskonzentrationen zu Fäden verspinnen, je niedriger der K-Wert ist, und umgekehrt.
  • Entscheidend für die Fadenbildung ist jedoch jeweils die Viskosität. Hier wurden die in Tabelle II aufgeführten Grenzwerte für das Verspinnen von Spinnlösungen aus Acrylnitrilpolymerisaten zu Fäden gefunden.
    Figure imgb0004
    Figure imgb0005
    • Beispiel 2
  • Eine Spinnlösung gemäß Beispiel 1 wird aus 380 Lochdüsen, Düsenlochdurchmesser 0,2 mm, mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 166,6 m/min und einem Spinnverzug von 5,7 trocken versponnen. Die Verweilzeit der Spinnfäden in den Spinnschächten beträgt 1,5 Sekunden. Die Schachttemperatur liegt bei 160°C und die Lufttemperatur beträgt 300°C, die durchgesetzte Luftmenge liegt bei 40 m3/h für jeden Schacht. Die Viskosität der Spinnlösung liegt wieder bei 19 Kugelfallsekunden (8,30 Pa . s), gemessen bei 100° C. Die Spinnfäden vom Gesamttiter 118 000 dtex, welche noch einen Restlösungsmittelgehalt von 39,4 Gew.- %3 an DMF besitzen, werden innerhalb der unteren Schachtverschlüsse mit einerwäßrigen, ölhaltigen, antistatistischen 80-90° C warmen Präparation angesprüht. Der Ölgehalt der Fäden beträgt 0,18 Gew.-%, der Gehalt an Antistatikum bei 0,04 Gew.- % und die Feuchte 1,9 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt. Dann wird das warme Kabel wiederum - wie im Beispiel 1 beschrieben - durchwärmt, mit einer Bandtemperatur von 133°C 3,6fach verstreckt, über Septettwalzen gekühlt und mit einer Bandtemperatur von 66°C gekräuselt und in einem Rohr mit Sattdampf relaxiert. Anschließend wird das ausgeschrumpfte Kabel zu Stapelfasern von 60 mm Schnittlänge geschnitten, verblasen und einer Packpresse zugeführt. Die auf diese Weise nach einem kontinuierlichen Verfahren hergestellten Acrylfasern haben einen Einzelfaserenditer von 5,0 dtex. Die Festigkeit beträgt 2,1 cN/dtex und die Dehnung 39%. Die Dichte liegt bei 1,182 g/cm3. Die Faseroberfläche ist völlig glatt und riefenfrei. Aus den Fasern auf der Hochleistungskarde mit 130 m/min hergestellte Garne besitzen eine Garnfestigkeit von 12,2 RKm, eine Dehnung von 19,4% und einen Garnkochschrumpf von 3,0%.
    • Beispiel 3
  • Eine Spinnlösung gemäß Beispiel 1 wird aus 1264 Lochdüsen, Lochdurchmesser 0,2 mm, mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 125 m/min und einem Spinnverzug von 6,3 trocken versponnen. Die Verweilzeit der Spinnfäden in den Spinnschächten beträgt 2 Sekunden. Die Schachttemperatur liegt bei 200° C und die Lufttemperatur beträgt 350° C. Die durchgesetzte Luftmenge beträgt 40 m3/h für jeden Schacht. Die Viskosität der Spinnlösung beträgt wiederum 19 Kugelfallsekunden (8,30 Pa . s), gemessen bei 100°C. Das Spinngut vom Gesamttiter 356 000 dtex, welches noch einen Restlösungsmittelgehalt von 24,1 Gew.-% an DMF besitzt, wird am Spinnschachtende mit einer 80-90°C warmen, wäßrigen, ölhaltigen, antistatischen Präparation derart beaufschlagt, daß der Ölgehalt der Fäden 0,15 Gew.-%, der Gehalt an Antistatikum bei 0,04 Gew.-% und die Feuchte 2,1 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, beträgt. Dann wird das warme Kabel über Septettwalzen auf eine Bandtemperatur von 145°C aufgewärmt und in einem 5 m langen Rohr mit Heißdampf von 122°C beaufschlagt. Das Kabel wird in dem Dampfrohr um 900% verstreckt, wobei als zweiter Klemmpunkt wiederum ein Streckseptett mit kühlbaren Walzen dient. Unmittelbar hierauf wird das Kabel durch eine Blasdüse mit überhitztem Dampf von 140° C gekräuselt und auf einem Siebband mit Heißluft von 1900 C relaxiert. Die Verweilzeit beträgt 2,5 Min. Die entweichenden Restlösungsmitteldämpfe werden über eine Absaugung und ein Kühlsystem zurückgewonnen. Das ausgeschrumpfte Kabel wird anschließend zu Stapelfasern von 60 mm Schnittlänge geschnitten und einer Packpresse zugeführt. Die auf diese Weise in einem kontinuierlichen Prozeß hergestellten Acrylfasern haben einen Einzelfaserendtitervon 1,9 dtex. Die Faserfestigkeit ist 4,7 cN/dtex und die Dehnung beträgt 13%. Die Fasern sind völlig vakuolenfrei und haben eine Dichte von 1,181 g/cm3. Aus den Fasern auf einer Hochleistungskarde mit 140 m/min hergestellte Garne besitzen eine Garnfestigkeit von 22,7 RKm, eine Dehnung von 17,5% und einen Garnkochschrumpf von 2,3%.
    • Beispiel 4
  • 755 kg Dimethylformamid (DMF) wurden in einem Kessel bei Raumtemperatur unter Rühren mit 245 kg eines Acrylnitrilhomopolymerisates vom K-Wert 91 vermischt. Die Suspension wird, wie im Beispiel 1 beschrieben, gelöst, filtriert und direkt einer Spinnanlage mit 20 Spinnschächten zugeführt. Die Viskosität der Spinnlösung, gemessen bei 100°C, beträgt 38 Kugelfallsekunden (16,6 Pa . s). Die Spinnlösung wird aus 380 Lochdüsen, Düsenlochdurchmesaer 0,2 mm, mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 41,6 m/min und einem Spinnverzug von 4,8 trocken versponnen. Die Verweilzeit der Spinnfäden in den Spinnschächten beträgt 6 Sekunden. Die Schacht- und Lufttemperaturen entsprechen den Angaben von Beispiel 1. Die Luftmenge liegt bei 45 m3/h.
  • Das Spinngut vom Gesamttiter 114 000 dtex, welches noch einen Restlösungsmittelgehaltvon 6,7 Gew.-% an DMF besitrt, wird wieder direkt am Spinnschachtende mit einer 80-90°C warmen, wäßrigen, ölhaltigen, antistatischen Präparation benetzt, so daß der Ölgehalt bei 0,22 Gew.-%, der Gehalt an Antistatikum bei 0,05 Gew.-% und die Feuchte bei 1,7 Gew. %, bezogen auf den Feststoffgehalt, liegt. Dann wird nach Beispiel 1 10fach verstreckt. Die Bandtemperatur ist 174° C. Anschließend wird wieder gekühlt, gekräuselt, relaxiert und zu Stapelfasern von 60 mm Schnittlänge geschnitten. Die auf diese Weise in einem kontinuierlichen Prozeß hergestellten Acrylfasern haben einen Faserendtiter von 1,6 dtex, eine Faserfestigkeit von 5,2 cN/dtex und eine Dehnung von 11 %. Die Fasern sind vollkommen vakuolenfrei und haben eine Dichte von 1,184g/cm3. Aus den Fasern auf der Hochleistungskarde mit 120 m/min hergestellte Garne besitzen eine Garnfestigkeit von 24,7 RKm, eine Garndehnung von 14,6% und einen Garnkochschrumpf von 3,4%.
    • Beispiel 5 (Vergleich)
  • Eine Spinnlösung gemäß Beispiel 1 wird aus 1264 Lochdüsen, Düsenlochdurchmesser 0,2 mm, mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 208,3 m/min und einem Spinnverzug von 7,2 trocken versponnen. Die Verweilzeit der Spinnfäden in den Spinnschächten beträgt 1,2 Sekunden. Die Schachttemperatur liegt bei 160° C und die Lufttemperatur bei 260° C. Die Luftmenge beträgt 35 m3/h für jeden Schacht.
  • Das Spinngut vom Gesamttiter312 000 dtex, welches noch einen Restlösungsmittelgehalt von 43,5 Gew.- % an DMF besitzt, wird wiederum unmittelbar nach Verlassen der Spinnschächte mit einer 80-90°C warmen, wäßrigen, ölhaltigen, antistatischen Präparation so benetzt, daß der Ölgehalt der Fäden 0,18 Gew.-%, der Gehalt an Antistatikum bei 0,04 Gew.-% und die Feuchte 1,7%, besogen auf den Feststoffgehalt, beträgt. Dann wird das warme Kabel, wie im Beispiel 1 beschrieben, über ein induktiv auf 200°C beheiztes Walzenpaar geschickt und, wie dort angegeben, 1 : 5fach verstreckt. Die Bandtemperatur beträgt 179° C. Das Kabel verklebt und es kommt zu ständigen Aufläufern und Abrissen im Steckbereich an den Walzen und der Beilaufrolle. Eine weitere Temperatursteigerung bis auf 240° C, bei einer gemessenen Bandtemperatur von 204° c, sowie eine Zurücknahme des Steckgrades bringt keine Verbesserung im Laufverhalten. Erst bei einer Bandtemperatur des Kabels unterhalb 100°C, gemessen mit dem Strahlungsthermometer KT 15, läßt sich das Material wieder 1 : 5 verstrekken und auf die im Beispiel 1 beschriebene Art und Weise kontinuierlich zu Fasern nachbehandeln. Die Fasern haben einen Einzelfaserendtiter von 4,5 dtex und eine Faserfestigkeit von nur 1,3 cN/dtex bei einer Dehnung von 123%. Offenbar findet hauptsächlich nur eine Kaltverdehnung des stark restlösungsmittelhaltigen Kabels statt. Nimmt man die Verstreckung über Septettwalzen mit zwischengeschaltetem Dampfrohr unter den Bedingungen, wie im Beispiel 3 beschrieben, vor, so gelangt man zu den gleichen Ergebnissen.
    • Beispiel 6 (Vergleich)
  • Eine Spinnlösung gemäß Beispiel 1 wird, wie dort beschrieben, aus 1264 Lochdüsen trocken versponnen.
  • Ein Teil des Spinngutes vom Gesämttiter 310 000 dtex, welches noch einen Restlösungsmittelgehalt von 11,1 Gew.-% an DMF besitzt, wird unmittelbar nach Verlassen der Spinnschächte mit einer 80-90° C warmen, wäßrigen, ölhaltigen antistatischen Präparation derart benetzt, daß der Feuchtegehalt im Spinngut bei 56,4 Gew.-%, der Ölgehalt bei 0,22 Gew.-% und der Gehalt an Antistatikum bei 0,04 Gew.- %, bezogen auf den Feststoffgehalt, liegt. Beim anschließenden Streckvorgang, wie im Beispiel 1 beschrieben, wird nur noch eine Bandtemperatur von 86°C erreicht. Es kommt ständig zu Abrissen im Streckfeld, so daß keine kontinuierliche Nachbehandlung möglich war.
    • Beispiel 7 (Vergleich)
  • Ein weiterer Teil des Spinngutes von Beispiel 6 wird bei einer Walzentemperatur von 240° C wiederum um 500% verstreckt. Die Bandtemperatur beträgt 139° C. Dann wird das Kabel ohne Kühlung direkt in einer Stauchkammer gekräuselt und, wie im Beispiel 1 beschrieben, relaxiert. Das Kabel ist strähnig verbacken und besitzt eine Wasserstarre. Nach dem Schneiden liegen größere Mengen an unaufgelösten Schnittverbänden vor.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus Acrylnitrilpolymerisaten mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrileiheiten in kontinuierlicher Arbeitsweise durch Verspinnen einer Spinnlösung des Polymerisates in einen Spinnschacht, Verdampfen mindestens eines Teils des Spinnlösungsmittels im Spinnschacht, Präparieren, Verstrecken, Kräuseln, Fixieren und gegebenenfalls Schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß
a) eine Spinnlösung versponnen wird, deren Viskosität bei 100°C 10-60 Kugelfallsekunden (4,37 bis 26,22 Pa . s) beträgt,
b) die Verdampfung des Lösungsmittel im Spinnschacht so gesteuert wird, daß der Losungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes maximal 40 Gew.-% bezogen auf Faserfeststoffgehalt, beträgt und der Spinnverzug des Verfahrens größer als 2 ist,
c) die Fäden vor dem Verstrecken einer 50-90°C, vorzugsweise 80-90°C warmen Präparation versehen werden, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält und dem Faden einen Feuchtegehalt von maximal 10 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, verleiht,
d) man die Verstreckung direkt nach der Präparation, in heißem Zustand mit Kabelbändern von mindestens 100.000 dtex und bei Kabelbandtemperaturen von 100-180°C vornimmt und
e) die Fäden während des gesamten Verfahrens mit keiner weiteren Extraktionsflüssigkeit für das Spinnlösungsmittel als dem Wasser der Präparation in Kontakt treten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösung eine Viskosität von 15-50 Kugelfallsekunden bei 100°C (6,56 bis 21,85 Pa . s) aufweist und der Lösungsmittelgehalt beim Verlassen des Spinnschachtes maximal 20 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstreckverhältnis 2 bis 12 beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösungsherstellung in den kontinuierlichen Prozeß eingebunden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spinnlösung durch Lösungspolymerisation im verwendeten Spinnlösungsmittel hergestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Spinnlösung lösliche Farbstoffe oder Pigmente zusetzt und spinngefärbte Fäden und Fasern erzeugt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verdampfung des Spinnlösungsmittels benutzte Heißluft am Kopf des Spinnschachtes, maximal 50 cm unterhalb der Spinndüse in Längs-und/oder Querrichtung zu den Fäden eingeblasen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Streckgeschwindigkeiten oberhalb 300 m/min. in einer Blasdüse mit überhitztem Dampf von mindestens 105°C gekräuselt wird.
EP83106170A 1982-07-06 1983-06-24 Kontinuierliches Trockenspinnverfahren für Acrylnitrilfäden und -fasern Expired - Lifetime EP0098477B2 (de)

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DE3225266 1982-07-06
DE19823225266 DE3225266A1 (de) 1982-07-06 1982-07-06 Kontinuierliches trockenspinnverfahren fuer acrylnitrilfaeden und - fasern

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0098477A1 EP0098477A1 (de) 1984-01-18
EP0098477B1 EP0098477B1 (de) 1985-12-04
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