EP0098485A2 - Kontinuierliches Trockenspinnverfahren für hochschrumpffähige Acrylnitrilfäden und -fasern - Google Patents

Kontinuierliches Trockenspinnverfahren für hochschrumpffähige Acrylnitrilfäden und -fasern Download PDF

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EP0098485A2
EP0098485A2 EP83106188A EP83106188A EP0098485A2 EP 0098485 A2 EP0098485 A2 EP 0098485A2 EP 83106188 A EP83106188 A EP 83106188A EP 83106188 A EP83106188 A EP 83106188A EP 0098485 A2 EP0098485 A2 EP 0098485A2
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EP
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spinning
threads
solvent
fibers
weight
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EP0098485B1 (de
EP0098485B2 (de
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Ulrich Dr. Reinehr
Toni Herbertz
Hermann-Josef Jungverdorben
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Bayer AG
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Bayer AG
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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

Definitions

  • the invention relates to a continuous process for the production of crimped, highly shrinkable threads and fibers from acrylonitrile copolymers with at least 40% by weight of acrylonitrile units.
  • a “continuous process” is understood to mean that the threads are spun, drawn, crimped and optionally cut into staple fibers in one operation without interruption using the dry spinning method.
  • Acrylic fibers are usually manufactured using wet spinning, dry spinning and melt spinning technologies. While continuous processes have become known in the production of acrylic fibers by the wet spinning and melt spinning technology, for example the wet spinning process according to Textile Technology 26 (1976), pages 479-483 or the melt extrusion process according to DE-OS 26 27 457, which are not subject to any restrictions subject to the tape weights is up to only a continuously operating process for the production of acrylic fibers after the dry spinning process has become known, which can only be used for multifilament yarns with low strip weights, so-called acrylic silk, and under which certain conditions must be met, in particular a high viscosity of the spinning solution (US Pat. No. 2,811,409 ). This process is not suitable for the production of acrylic cables with high tape weights. It is also not suitable for the production of shrink threads and fibers.
  • Highly shrinkable threads and fibers are understood to mean threads and fibers with a shrinkage of more than 35%. Such fibers are produced at low degrees of stretching and at low drawing temperatures (DE-OS 1 435 611 and 2 504 079).
  • 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 post-treatment processes in man-made fibers / textile industry, June 1981, pp. 481-484, in particular p. 482 left column above).
  • the object of the present invention to provide a continuous process for the production of highly shrinkable acrylic fibers by the dry spinning method, in which all process stages from the formation of the thread to the fiber ready for dispatch in one working 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.
  • this object can be achieved if a spinning solution of a certain viscosity is used, the proportion of the solvent in the spinning material in the spinning chute presses below certain values by the type of solvent removal, which provides the threads with a preparation prior to stretching which is a lubricant and contains an antistatic, preferably an aqueous preparation, but the water absorption (moisture) of the threads remains below certain values and does not bring the threads into contact with any other solvent extraction liquid before and during stretching.
  • the spinning delay of the process is preferably greater than 2, in particular 2 to 12.
  • the spinning solution at 100 ° C. has a viscosity of 15 to 50 falling ball seconds
  • the solvent content of the threads when leaving the spinning shaft is max. 5% by weight, based on the fiber solids content
  • the draw ratio is 1: 2 to 1: 3.5.
  • the threads preferably do not come into contact with a further extraction liquid for the spinning solvent during the entire process.
  • Spinning delay V is defined as the ratio of take-off speed A to ejection speed S:
  • the method of the invention it is possible to produce high-shrinkable spinning tow with a tape weight of 100,000 dtex and more with such a low content of residual solvent that after the hot stretching and your subsequent crimping process, which is carried out at a maximum of 100 ° C, the residual solvent content in the finished fiber or in continuous cable is clearly below 5 wt .-%, without the spinning material having come 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 1.5 cN / dtex and more.
  • Suitable acrylonitrile copolymers are all acrylonitrile copolymers spinnable into so-called acrylic fibers or modacrylic fibers, preferably acrylonitrile copolymers with at least 85% by weight of acrylonitrile units.
  • the polymers are known.
  • the spinning material i.e. the spinning cable leaving the spinning shaft has a residual solvent content of less than 10% by weight, in particular between 2 and 5% by weight, based on the dry fiber weight, because spun material with higher residual solvent contents, for example of dimethylformamide, adheres during subsequent stretching Godets at belt temperatures around 100 ° C or there is an undesirable cold expansion of the material ie an uneven and imperfect hiding under not exactly defined conditions. It is also necessary to wet the spun material before stretching, while still hot, preferably at the end of the spinning shaft, either inside or immediately behind the spinning shaft, with a preparation which contains a lubricant and an antistatic, and to 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 stretching, the cable shows tears or wrap formation 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 with a total titer of 100,000 dtex and more are prepared, bundled and fed to an inductively heatable roller pair via a take-off device.
  • a clamping point is produced by looping the pair of rollers one or more times, possibly using a lead 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 achieve the desired shrinkage level in the subsequent crimping process.
  • 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 maximum degrees of speed of 350 m / min are achieved at stretching levels of up to 350%, which are technically manageable are.
  • the crimping is preferably carried out in a stuffer box.
  • the crimped cable is then cut into staple fibers and pressed into bales.
  • 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 polymerization in the spinning solvent used e.g. Dimethylformamide upstream, so that after a corresponding concentration and monomer removal via thin-film evaporator, a continuously working process for the production of high-shrinkable acrylic fibers is achieved for the first time after a dry spinning process with the highest possible degree of automation.
  • the spinning solvent used e.g. Dimethylformamide upstream
  • a great advantage of the method is that no washing process is required, which means that the drying process previously required is also eliminated.
  • the fibers obtained according to the invention have a density of over 1.165 g / cm 3 and are vacuole-stable. Since the high-shrink cable can also be crimped in the dry state, an extraordinarily high adhesion and a very high carding speed, which is not otherwise known for acrylic high-shrink fibers, usually over 100 m / min, is achieved in the secondary spinning mill. Another advantage of dry heat drawing is the very good stack distribution with extremely low short and long fiber content. All of these advantages are not achieved in conventional processes for producing high-shrinkage fibers as a result of intermediate washing processes for removing spinning solvents.
  • 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, measured at 100 ° C, is cooled to 90 ° C after leaving the heating device, filtered and fed directly to a spinning system with 20 spinning shafts.
  • the spinning solution is dry spun from 1264-hole nozzles, nozzle hole diameter 0.2 mm, with a take-off speed of 50 m / min and a spin delay of 2.4.
  • 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 360 ° C.
  • the throughput of air is 40 m 3 / h for each shaft.
  • the spinning material with a total titer of 343,000 dtex, which still has a residual solvent content of 2.8% by weight, based on the solids content, is heated with an 80-90 ° C, immediately after leaving the spinning shafts and before entering the tube connected behind it.
  • aqueous, oil-containing, antistatic preparation so wetted that the oil content of the threads 0.16 wt .-%, the antistatic content 0.04 wt .-%, and the moisture te 1.1% by weight, based on the fiber solids content.
  • the preparation is dosed via gear pumps.
  • the tube connected behind the spinning chutes is fed with hot air at 300 ° C in countercurrent to the direction of the thread to remove the DMF.
  • the warm cable is sent over a roller septet heated inductively to 145 ° C.
  • the cable assumes a strip temperature of 85 ° C, measured with the KT 15 radiation thermometer.
  • the cable is then stretched by 250%, with a stretch septet with coolable rollers serving as the second clamping point.
  • the strip temperature after the stretching process is 39 ° C.
  • the cable is crimped in a stuffer box and subjected to cold air at room temperature in a U-tube-shaped boot in order to maintain the shrinkage level.
  • the high-shrinkable acrylic cable is cut into staple fibers 80 mm long and fed to a packing press.
  • the high-shrinkable acrylic fibers produced in this way in a continuous process have a single fiber final titer of 5.0 dtex.
  • the fiber cooking shrinkage, determined in boiling water, is 44.4%.
  • the density before cooking is 1.174 g / cm 3 and after cooking at 1.171 g / cm 3 .
  • the fiber strength is 1.8 cN / dtex and the fiber elongation is 70%.
  • the fibers are vacuole stable and have a completely smooth, structureless fiber surface.
  • the fibers could be processed on a high-performance card at 120 m / min.
  • the short and long fiber content in the stack diagram is less than 2%.
  • Table I shows the shrinkage behavior for spun material of the same total denier 343,000 dtex for different strip temperatures and degrees of stretch.
  • the manufacture of the high-shrink fibers otherwise corresponded to the information in Example 1.
  • a suspension according to Example 1 is in the spinning kettle with 1.18% by weight, based on solids, of the red dye of the formula: and 0.11% by weight, based on solids, of the yellow dye of the formula: added to achieve a crimson color and then, as described in Example 1, heated, transferred to a spinning solution and spun to crimson high-shrinkage fibers and aftertreated.
  • the high shrinkage fibers have a single fiber end titer of 5.1 dtex.
  • the fiber cook shrinkage was 44.8%.
  • the density of the crimson high shrink fibers before cooking is 1.172 g / cm 3 and after cooking at 1.166 g / cm 3 .
  • the fiber strength is 1.7 cN / dtex and the fiber elongation is 66%.
  • the fibers could be processed on a high-performance card at 110 m / min.
  • a suspension according to Example 1 was mixed with 0.04% by weight of carbon black, based on solids, 0.02% by weight of pigment red and 0.09% by weight of pigment yellow to achieve a beige color and as described in Example 1 , heated, transferred to a spinning solution and aftertreated. However, it was stretched 1: 3.5 times at a belt temperature of 100 ° C.
  • the beige high-shrink fibers with a single final titre of 3.8 dtex have a boiling shrinkage of 35.3%.
  • the fiber strength is 2.3 cN / dtex and the elongation is 50%.
  • the density is 1.172 g / cm 3 before cooking and 1.165 g / cm 3 after cooking.
  • the fibers could be processed on the high-performance card at 100 m / min.

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Abstract

Versandfertige hochschrumpffähige Fäden und Fasern aus Acrylnitrilcopolymerisaten lassen sich nach der Methode des Trockenspinnens kontinuierlich erzeugen, indem a) eine Spinnlösung versponnen wird, deren Viskosität bei 100 °C 10-60 Kugelfallsekunden beträgt, b) die Verdampfung des Lösungsmittels im Spinnschacht so gesteuert wird, daß der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes maximal 10 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, beträgt, c) die Fäden vor dem Verstrecken mit einer 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) die Fäden vor und während des Verstreckens mit keiner weiteren Extraktionsflüssigkeit für das Spinnlösungsmittel in Kontakt treten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung gekräuselter, hochschrumpffähiger Fäden und Fasern aus Acrylnitrilcopolymerisaten mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrileinheiten. Unter "kontinuierlichem Verfahren" wird erfindungsgemäß verstanden, daß die Fäden in einem Arbeitsgang ohne Unterbrechung nach der Methode des Trockenspinnens ersponnen, verstreckt, gekräuselt und gegebenenfalls zu Stapelfasern geschnitten werden.
  • Die Herstellung von Acrylfasern erfolgt üblicherweise 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, beispielsweise der Naßspinnprozeß nach Textiltechnik 26 (1976), Seiten 479-483 oder das Schmelzextrusionsverfahren nach DE-OS 26 27 457, 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, insbesondere eine hohe Viskosität der Spinnlösung (US-PS 2 811 409). Dieses Verfahren ist zur Herstellung von Acrylkabeln mit hohen Bandgewichten nicht geeignet. Es ist ferner nicht zur Erzeugung von Hochschrumpffäden und -fasern geeignet.
  • Unter "hochschrumpffähigen" Fäden und Fasern werden Fäden und Fasern mit einem Kochschrumpf von über 35 % verstanden. Solche Fasern werden bei niedrigen Verstreckgraden und niedrigen Verstrecktemperaturen hergestellt (DE-OS 1 435 611 und 2 504 079).
  • 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 der Verklebung 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/mih möglich, so daß im Prinzip ähnlich hohe Produktionsleistungen wie beim Naßspinnverfahren erzielt werden. Wegen der hohen Spinngeschwindigkeiten ist es jedoch beim Trockenspinnverfahren bisher nicht möglich gewesen, das Gesamtverfahren bei hohen Bandgewichten kontinuierlich durchzuführen, da es in der kurzen Zeit nicht gelang, den Lösungsmittelgehalt unter bestimmte geforderte Werte zu senken. 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, Weinheim/Deerfield Beach, Florida/Basel (1981), S. 204-206; R. Wiedermann, Acrylfaser Spinn- und Nachbehandlungsverfahren in Chemiefasern/Textilindustrie, Juni 1981, S. 481-484, insbesondere S. 482 linke Spalte oben).
  • 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 hochschrumpffähigen 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 und während dem Verstrecken mit keiner weiteren Lösungsmittelextraktionsflüssigkeit in Kontakt bringt.
  • Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von hochschrumpffähigen Fäden und Fasern aus Acrylnitrilcopolymerisaten mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrileinheiten durch Verspinnen einer Spinnlösung des Copolymerisates in einen Spinnschacht, Verdampfen mindestens eines Teils des Spinnlösungsmittels im Spinnschacht, Präparieren, Verstrecken bei Verstrecktemperaturen von 65 bis 100°C und Verstreckverhältnissen bis maximal 1:3,5, Kräuseln und gegebenenfalls Schneiden in kontinuierlicher Arbeitsweise, dadurch gekennzeichnet, daß
    • a) eine Spinnlösung versponnen wird, deren Viskosität bei 100°C 10 bis 60 Kugelfallsekunden beträgt,
    • b) die Verdampfung des Lösungsmittels im Spinnschacht so gesteuert wird, daß der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes maximal 10 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, beträgt,
    • c) die Fäden vor dem Verstrecken mit einer Präparatio versehen werden, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält und den Fäden einen Feuchtegehalt von maximal 10 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, verleiht und
    • d) die Fäden vor und während dem Verstrecken mit keiner weiteren Extraktionsflüssigkeit für das Spinnlösungsmittel in Kontakt treten.
  • Vorzugsweise ist der Spinnverzug des Verfahrens größer als 2, insbesondere 2 bis 12. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Spinnlösung bei 100°C eine Viskosität von 15 bis 50 Kugelfallsekunden auf, der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes beträgt max. 5 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, und das Verstreckverhältnis beträgt 1:2 bis 1:3,5. Vorzugsweise treten die Fäden während des ganzen Verfahrens nicht mit einer weiteren Extraktionsflüssigkeit für das Spinnlösungsmittel in Kontakt.
  • Der Spinnverzug V ist definiert als Verhältnis von Abzugsgeschwindigkeit A zur Ausspritzgeschwindigkeit 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
    • Gst = Gesamtspinntiter (dtex = g/10000m)
    • P = Pumpenvolumen (cm 3)
    • U = Umdrehungen pro Minute (min-1 )
    • K = Konzentrationen der Spinnlösung (g/cm3)
    • A = Abzugsgeschwindigkeit (m/min)
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, hochschrumpffähige Spinnkabel mit einem Bandgewicht von 100 000 dtex und mehr mit so niedrigem Gehalt an Restlösungsmittel zu erzeugen, daß nach der Heißverstreckung und dein anschließenden Kräuselprozeß, der bei maximal 100°C durchgeführt wird, der Restlösungsmittelgehalt in der fertigen Faser bzw. in Endloskabel deutlich unter 5 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 1,5 cN/dtex und mehr auf.
  • Als Acrylnitrilcopolymerisate sind alle zu sogenannten Acrylfasern, bzw. Modacrylfasern verspinnbaren Acrylnitrilcopolymerisate geeignet, vorzugsweise Acrylnitrilcopolymerisate mit mindestens 85 Gew.-% Acrylnitrileinheiten. Besonders bevorzugt sind Terpolymere aus 89 bis 95 Gew.-% Acrylnitril, 4 bis 10 Gew.-% eines nicht ionogenen Comonomeren, beispielsweise Acrylsäuremethylester, Methacrylsäuremethylester oder Vinylacetat und 0,5 bis 3 Gew.-% eines ionogenen Comonomeren, beispielsweise Methallylsulfonat oder Styrolsulfonat. Die Polymerisate sind bekannt.
  • Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß das Spinngut, d.h. das Spinnkabel, das den Spinnschacht verläßt, ein Restlösungsmittelgehalt von unter 10 Gew.-%, insbesondere zwischen 2 und 5 Gew.-%, bezogen auf Faserstoff-Trockengewicht aufweist, denn Spinngut mit höheren Restlösungsmittelgehalten, beispielsweise an Dimethylformamid, verklebt beim anschließenden Verstrecken über Galetten bei Bandtemperaturen um etwa 100°C oder es findet eine unerwünschte Kaltverdehnung des Materials statt d.h. eine ungleichmäßige und unvollkommene Versteckung unter nicht exakt definierten Bedingungen. Ferner ist es erforderlich, 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 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 Verstrecken zeigt das Kabel Abrisse oder Wickeibildungen an den Galetten.
  • Als geeignete Gleitmittel kommen Glykole, deren Derivate, Siliconöle, ethoxylierte Fettsäuren, -alkohole, -ester, -amide, -alkylethersulfate, sowie deren Mischungen infrage. 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. Zweckmäßiger Weise 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 heizbarem Walzenpaar zugeführt. Durch ein- oder mehrfaches Umschlingen des Walzenpaares, gegebenenfalls mittels einer Bleilaufrolle, 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 das gewünschte Schrumpfniveau zu erreichen. Die bei der Verstreckung entweichenden Spinnlösungsmittelreste werden abgesaugt und über ein Kühlsystem zurückgewonnen. Als bevorzugte Streckorgane haben sich Septettwalzen, die eingangs beheizbar und am Ende kühlbar sind, bewährt. Zur gleichmäßigen 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 bis zu 350 % maximale Endgeschwindigkeiten von 350 m/min erzielt werden, die technisch beherrschbar sind.
  • Die Kräuselung wird vorzugsweise in einer Stauchkammer durchgeführt. Das gekräuselte Kabel wird anschließend 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, beipielsweise 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 hochschrumpffähigen Acrylfasern nach einem Trockenspinnprozeß mit höchstmöglichem Automatisierungsgrad erreicht wird.
  • Ein großer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß kein Waschprozeß mehr erforderlich ist, was dazu führt, daß auch der bisher notwendige Trockenprozeß wegfällt.
  • Die erfindungsgemäß erhaltenen Fasern besitzen eine Dichte von über 1,165 g/cm3 und sind vakuolenstabil. Da das Hochschrumpfkabel ferner im trockenen Zustand gekräuselt werden kann, wird auch eine außerordentlich hohe Haftung und eine sonst für Acrylhochschrumpffasern nicht bekannte sehr hohe Kardiergeschwindigkeit, in der Regel über 100 m/min, in der Sekundärspinnerei erzielt. Ein weiterer Vorteil der Trockenhitzeverstreckung ist auch die sehr gute Stapelverteilung mit extrem niedrigen Kurz- und Langfaseranteilen. All diese Vorteile werden bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Hochschrumpffasern infolge zwischengeschalteter Waschprozesse zur Spinnlösungsmittelentfernung nicht erzielt.
  • 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.
  • Sämtliche Temperaturen, die im Zuge des kontinuierlichen Herstellprozesses 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, gemessen bei 100°C, besitzt, wird nach Verlassen der Aufheizvorrichtung 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 2,4 trocken versponnen. Die Verweilzeit der Spinnfäden in den Spinnschächten beträgt 5 Sekunden. Die Schachttemperatur liegt bei 200°C und die Lufttemperatur beträgt 360°C. Die durchgesetzte Luftmenge beträgt 40 m3/h für jeden Schacht.
  • Das Spinngut vom Gesamttiter 343.000 dtex, welches noch einen Restlösungsmittelgehalt von 2,8 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, besitzt, wird unmittelbar nach Verlassen der Spinnschächte und vor Eintritt in das dahinter geschaltete Rohr mit einer 80-90°C warmen, wäßrigen, ölhaltigen, antistatischen Präparation derart benetzt, daß der ölgehalt der Fäden 0,16 Gew.-%, der Gehalt an Antistatikum 0,04 Gew.-%, und die Feuchte 1,1 Gew.-%, bezogen auf den Faserfeststoffgehalt, ausmacht. Die Dosierung der Präparation geschieht über Zahnradpumpen.
  • Das hinter den Spinnschächten geschaltete Rohr wird im Gegenstrom zur Fadenlaufrichtung mit heißer Luft von 300°C zur DMF-Entfernung beschickt. Dann wird das warme Kabel über ein induktiv auf 145°C beheiztes Walzenseptett geschickt. Das Kabel nimmt dabei eine Bandtemperatur von 85°C, gemessen mit dem Strahlungsthermometer KT 15, an. Das Kabel wird anschließend um 250 % verstreckt, wobei als zweiter Klemmpunkt ein Streckseptett mit kühlbaren Walzen dient. Die Bandtemperatur nach dem Streckvorgang beträgt 39°C. Unmittelbar hierauf wird das Kabel in einer Stauchkammer gekräuselt und in einem U-Rohr-förmigen Stiefel zwecks Beibehaltung des Schrumpfniveaus mit kalter Luft von Raumtemperatur beaufschlagt. Dann wird das hochschrumpffähige Acrylk-abel zu Stapelfasern von 80 mm Länge geschnitten und einer Packpresse zugeführt.
  • Die auf diese Art und Weise in einem kontinuierlichen Prozeß hergestellten hochschrumpffähigen Acrylfasern haben einen Einzelfaserendtiter von 5,0 dtex. Der Faserkochschrumpf, ermittelt in kochendem Wasser, beträgt 44,4 %. Die Dichte vor dem Kochen liegt bei 1,174 g/cm3 und nach dem Kochen bei 1,171 g/cm3. Die Faserfestigkeit beträgt 1,8 cN/dtex und die Faserdehnung 70 %. Die Fasern sind vakuolenstabil und besitzen eine völlig glatte strukturlose Faseroberfläche. Die Fasern ließen sich auf einer Hochleistungskarde mit 120 m/min verarbeiten. Der Kurz- bzw. Langfaseranteil im Stapeldiagramm liegt unter 2 %.
  • In der beiliegenden Tabelle I ist für Spinngut vom gleichen Gesamttiter 343 000 dtex für verschiedene Bandtemperaturen und Streckgrade das Schrumpfverhalten wiedergegeben. Die Herstellung der Hochschrumpffasern entsprach ansonsten den Angaben von Beispiel 1.
  • Wie man der Tabelle entnehmen kann, wird nur bei Streckgraden bis zu 350 % und Bandtemperaturen bis 100°C ein Faserkochschrumpf über 35 % erzielt. Bei sehr niedrigen Bandtemperaturen, z.B. bei 60°C wird das Spinngut nur kalt verdehnt. Es kommt häufig zu Aufläufern und Abrissen im Streckbereich. In allen Fällen wird wiederum eine Dichte von größer als 1,165 g/cm3 vor und nach dem Kochen gefunden.
    Figure imgb0004
    • Beispiel 2
  • Eine Suspension gemäß Beispiel 1 wird im Spinnkessel mit 1,18 Gew.-%, bezogen auf Feststoff, des roten Farbstoffes der Formel:
    Figure imgb0005
    und 0,11 Gew.-%, bezogen auf Feststoff, des gelben Farbstoffes der Formel:
    Figure imgb0006
    zur Erzielung eines karminroten Farbtones versetzt und dann, wie im Beispiel 1 beschrieben, erhitzt, in eine Spinnlösung überführt und zu karminroten Hochschrumpffasern versponnen und nachbehandelt. Die Hochschrumpffasern haben einen Einzelfaserendtiter von 5,1 dtex. Der Faserkochschrumpf betrug 44,8 %. Die Dichte der karminroten Hochschrumpffasern vor dem Kochen liegt bei 1,172 g/cm3 und nach dem Kochen bei 1,166 g/cm3. Die Faserfestigkeit beträgt 1,7 cN/dtex und die Faserdehnung 66 %. Die Fasern ließen sich auf einer Hochleistungskarde mit 110 m/min verarbeiten.
    • Beispiel 3
  • Eine Suspension gemäß Beispiel 1 wurde mit 0,04 Gew.-% Ruß, bezogen auf Feststoff, 0,02 Gew.-% Piginentrot und 0,09 Gew.-% Pigmentgelb zur Erzielung eines beigen Farbtones versetzt und, wie in Beispiel 1 beschrieben, erhitzt, in einer Spinnlösung überführt und nachbehandelt. Verstreckt wurde jedoch 1:3,5 fach bei einer Bandtemperatur von 100°C. Die beigefarbenen Hochschrumpffasern vom Einzelendtiter 3,8 dtex besitzen eine Kochschrumpf von 35,3 %. Die Faserfestigkeit liegt bei 2,3 cN/dtex und die Dehnung bei 50 %. Die Dichte beträgt 1,172 g/cm3 vor dem Kochen und 1,165 g/cm3 nach dem Kochen. Die Fasern ließen sich auf der Hochleistungskarde mit 100 m/min verarbeiten.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von hochschrumpffähigen Fäden und Fasern aus Acrylnitrilcopolymerisaten mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrileinheiten durch Verspinnen einer Spinnlösung des Copolymerisates in einen Spinnschacht, Verdampfen mindestens eines Teils des Spinnlösungsmittels im Spinnschacht, Präparieren, Verstrecken bei Verstrecktemperaturen von 65 bis 100°C und Verstreckverhältnissen bis maximal 1:3,5, Kräuseln und gegebenenfalls Schneiden in kontinuierlicher Arbeitsweise, dadurch gekennzeichnet, daß
a) eine Spinnlösung versponnen wird, deren Viskosität bei 100°C 10 - 60 Kugelfallsekunden beträgt,
b) die Verdampfung des Lösungsmittels im Spinnschacht so gesteuert wird, daß der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes maximal 10 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, beträgt,
c) die Fäden vor dem Verstrecken mit einer 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) die Fäden vor und während dem Verstrecken mit keiner weiteren Extraktionsflüssigkeit fär das Spinnlösungsmittel in Kontakt treten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnverzug des Verfahrens größer als 2 ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösung eine Viskosität von 15 - 50 Kugelfallsekunden bei 100°C aufweist, der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes maximal 5 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, und das Verstreckverhältnis 1:2 bis 1:3,5 beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösungsherstellung in den kontinuierlichen Prozeß eingebunden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 5, 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 man die Verstreckung mit Kabeln von mindestens 100 000 dtex ausführt.
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