EP0491012B1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von kunststoffäden oder -fasern aus polymeren, insbesondere polyamid, polyester oder polypropylen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum herstellen von kunststoffäden oder -fasern aus polymeren, insbesondere polyamid, polyester oder polypropylen Download PDFInfo
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- D01D5/08—Melt spinning methods
- D01D5/088—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
Definitions
- the invention relates to a process for producing plastic threads or fibers from polymers, in particular polyamide, polyester or polypropylene, by melt spinning microfilaments, after which the microfilaments drawn off at a predetermined take-off speed are cooled behind the spinneret in a cooling zone to at least solidification temperature and then for the purpose stretching in a heating zone is heated to a temperature above the solidification point and at the same time to increase the frictional resistance or generate the required stretching tension with a gaseous medium, for. B. air to be blown.
- Such a method is known from DE-B-2 117 659, in which the plastic thread passing through the heating zone is blown with air in a crossflow.
- the plastic thread consists of 50 filaments - also called single capillaries - and has a capillary titer or single titer of at most 1.0 dtex, regularly of 3.0 dtex.
- the heating zone is formed by a relatively long heating tube.
- the filaments discharged from the spinneret are cooled after, but before entering the heating tube to form the for the purpose of Stretching to be heated bundles of plastic.
- Such bundling results in mutual contact between the filaments and consequently uneven heat treatment. This is disadvantageous for various reasons.
- the drawing process is disturbed because it is hardly possible to uniformly heat the filaments and consequently the plastic filament across its cross section to a temperature above the solidification point.
- the latter also applies to the desired increase in frictional resistance in order to generate the stretching tension required for the stretching.
- the plastic thread is only blown in cross section.
- the take-off speed or winding speed cannot be increased arbitrarily in this known method and is only 3500 m / min.
- the productivity unsatisfactory but moreover the plastic threads produced according to these known methods have a relatively high elongation, at least if the individual titer is> 1.0 dtex.
- Such plastic threads require complex post-treatment for their textile processing.
- the plant for the production of such plastic threads is relatively high, in particular because of the long heating tube or heating shaft.
- PET polyethylene terephthalate
- EP-A-0 140 559 A process for the production of polyethylene terephthalate (PET) yarn from multifilaments is also known from EP-A-0 140 559.
- the molten PET silicon dioxide (SiO 2 ) is added before the extrusion. After extrusion, the multifilaments cool in a cooling zone under a gas atmosphere.
- the multifilaments are then heated in a conditioning zone, to a temperature above the glass transition temperature or the solidification point.
- the multifilaments are drawn in this conditioning zone at a speed of approx. 2400 m / min.
- an air flow is applied to the multifilaments, the temperature of which is above the glass transition temperature but below the melting point.
- the conditioning zone is formed by a cylindrical tube into which heating air is introduced from the bottom. A blowing in counterflow does not take place. The actual stretching of the multifilaments takes place in a conventional manner.
- microfilaments with a single titer ⁇ 1.0 dtex are passed through the Heinzone in an unbundled orientation and are blown in countercurrent to the complete stretching of the gaseous medium, and in that the microfilaments with a withdrawal speed> 3500 m / min to 8000 m / min are pulled through the heating zone.
- Microfilaments with a single titer of 0.4 to 0.8 dtex are preferably used.
- This plastic thread or the plastic fibers or staple fibers for staple fiber yarns that can be produced from it are characterized by a particularly low elongation and can be used without further post-treatment due to their thread fineness, so that fine, supple and quasi silk-like goods are produced from the threads produced by the method according to the invention can be made.
- the stretching of the microfilaments therefore only takes place via the air resistance and the temperature in the heating zone.
- a titer that is as small as possible, in particular capillary titer, is particularly favorable, because thread tension and thread temperature can then be influenced and adjusted more quickly and easily. It is also possible to work with higher take-off speeds and consequently higher productivity despite a shortened heating zone.
- the invention thus provides that the microfilaments in the heating zone are heated at 150 ° C. to 250 ° C., preferably 220 ° C., and are drawn through the heating zone at a take-off speed of 4500 m / min to 5500 m / min.
- the heated microfilaments are expediently bundled only behind the heating zone, but before winding, so that they undergo particularly uniform treatment and drawing in the heating zone.
- the invention also relates to a system which is particularly suitable for carrying out the claimed method because of its simple and compact construction.
- This system has at least one spinneret, a blowing shaft as a cooling zone, a heating shaft as a heating zone with a device for supplying a gaseous medium, a preparation device, godets and a winding device and is characterized in that the device for supplying the gaseous medium as the outlet side of the heating shaft countercurrent blowing devices, e.g. B. blow nozzles is formed.
- the heating shaft is preferably arranged 0.8 m to 1.2 m below the spinneret in the thread take-off direction and has a shaft length of 1 m to 1.5 m, preferably 1.2 m. This reduces the overall height. Furthermore, the degree of stretching of the microfilaments and consequently produced plastic threads can be varied by changing the heating temperature in the heating shaft and the air supply in countercurrent.
- the single figure shows a system according to the invention for the production of fully oriented plastic threads 1 from microfilaments 2.
- This system has in its basic structure a spinneret 3 for producing the microfilaments 2, which are cooled in a subsequent blowing shaft 4.
- a heating shaft 5 Through which the microfilaments 2 are guided in an unbundled and parallel arrangement, heated and blown in countercurrent. This is indicated by arrows.
- the heating shaft 5 is followed by a preparation device 6, namely an oiler or corresponding spray nozzles.
- the microfilaments 2 are bundled to form the individual plastic threads 1 in the area of the preparation device 6.
- the plastic threads 1 are then fed and wound onto a winding device 8 or a winding head via godets 7.
- the heating shaft 5 is located 0.8 m to 1.2 m below the spinneret 3 in the thread take-off direction and has a shaft length of 1 m to 1.5 m according to the exemplary embodiment of 1.2 m. Furthermore, the heating shaft 5 has counterflow-generating blowing devices 9, for. B. blow nozzles.
- the plastic threads produced by the method according to the invention have an elongation ⁇ 40%, preferably from 20 to 30%, and a strength> 3.6, preferably> 4 cN / dtex.
- a strength> 3.6 preferably> 4 cN / dtex.
- Such values can be achieved if the take-off speed is 4500 m / min and the individual titer of the microfilaments is ⁇ 1.0 dtex or the total titer of the relevant plastic threads is 30/48 dtex, i.e. the plastic threads consist of 48 microfilaments or single capillaries are formed. This is immediately clear from the table below.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoffäden oder -fasern aus Polymeren, insbesondere Polyamid, Polyester oder Polypropylen, im Wege des Schmelzspinnens von Mikrofilamenten, wonach die mit vorgegebener Abzugsgeschwindigkeit abgezogenen Mikrofilamente hinter der Spinndüse in einer Kühlzone auf zumindest Erstarrungstemperatur abgekühlt und anschließend zum Zwecke des Verstreckens in einer Heizzone auf eine Temperatur oberhalb des Erstarrungspunktes erwärmt sowie gleichzeitig zur Erhöhung des Reibungswiderstandes bzw. Erzeugung der erforderlichen Streckspannung mit einem gasförmigen Medium, z. B. Luft, angeblasen werden.
- Es ist ein derartiges Verfahren aus DE-B-2 117 659 bekannt, bei welchem der die Heizzone durchlaufende Kunststoffaden im Querstrom mit Luft angeblasen wird. Der Kunststoffaden besteht aus 50 Filamenten - auch Einzelkapillaren genannt - und weist einen Kapillartiter bzw. Einzeltiter von allenfalls 1,0 dtex, regelmäßig von 3,0 dtex auf. Die Heizzone wird von einem verhältnismäßig langen Heizrohr gebildet. Die von der Spinndüse abgegebenen Filamente werden nach Abkühlung, jedoch vor Eintritt in das Heizrohr unter Bildung des zum Zwecke des Verstreckens zu beheizenden Kunststoffadens gebündelt. Aus einer derartigen Bündelung resultiert eine gegenseitige Berührung der Filamente und folglich ungleichmäßige Wärmebehandlung. Das ist aus verschiedenen Gründen nachteilig. Zunächst einmal wird der Verstreckungsprozeß gestört, weil eine gleichmäßige Erwärmung der Filamente und folglich des Kunststoffadens über seinen Querschnitt auf eine Temperatur oberhalb des Erstarrungspunktes kaum möglich ist. Letzteres gilt auch in bezug auf die angestrebte Erhöhung des Reibungswiderstandes, um die für die Verstreckung erforderliche Streckspannung zu erzeugen. Hier kommt erschwerend hinzu, daß der Kunststoffaden ohnehin nur im Querschnitt angeblasen wird. Im übrigen kann die Abzugsgeschwindigkeit bzw. Aufspulgeschwindigkeit bei diesem bekannten Verfahren nicht beliebig erhöht werden und liegt bei lediglich 3500 m/min. Insoweit ist nicht nur die Produktivität unbefriedigend, sondern darüber hinaus weisen die nach diesen bekannten Verfahren hergestellten Kunststoffäden eine verhältnismäßig hohe Dehnung auf, jedenfalls sofern der Einzeltiter > 1,0 dtex ist. Derartige Kunststoffäden verlangen für ihre textile Verarbeitung eine aufwendige Nachbehandlung. Endlich baut die Anlage zur Herstellung solcher Kunststoffäden verhältnismäßig hoch, insbesondere wegen des langen Heizrohres bzw. Heizschachtes.
- Ferner kennt man aus EP-A- 0 140 559 ein Verfahren zur Herstellung von Polyehtylenterephthalat (PET) - Garn aus Multifilamenten. Um die Gleichmäßigkeit der Multifilamente zu verbessern, wird dem geschmolzenen PET Siliciumdioxid (SiO2) vor der Extrusion zugesetzt. Die Multifilamente kühlen nach der Extrusion in einer Kühlzone unter Gasatmosphäre ab.
- Danach werden die Multifilamente in einer Konditionierzone erhitzt, und zwar auf eine Temperatur oberhalb der Glastemperatur bzw. des Erstarrungspunktes. In dieser Konditionierzone werden die Multifilamente verstreckt, und zwar mit einer Geschwindigkeit von ca. 2400 m/min. In der Konditionierzone werden die Multifilamente mit einem Luftstrom beaufschlagt, dessen Temperatur oberhalb der Glastemperatur, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes liegt. Die Konditionierzone wird von einem zylindrischen Rohr gebildet, in welches Heizluft vom Boden her eingeführt wird. Ein Anblasen im Gegenstrom findet jedoch nicht statt. Das eigentliche Verstrecken der Multifilamente erfolgt in konventioneller Weise.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, nach dem sich vollverstreckte Kunststoffäden oder -fasern (FOY = full oriented yarn) mit erhöhter Produktivität herstellen lassen, welche für die unmittelbare Verwendung - also ohne Nachbehandlung - in der Textilindustrie geeignet sind und sich zu einer besonders feinen, anschmiegsamen bzw. seidenähnlichen Ware verarbeiten lassen.
- Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß die Mikrofilamente mit einem Einzeltiter < 1,0 dtex in ungebündelter Ausrichtung durch die Heinzone hindurchgeführt und zur vollständigen Verstreckung von dem gasförmigen Medium im Gegenstrom angeblasen werden, und daß die Mikrofilamente mit einer Abzugsgeschwindigkeit > 3500 m/min bis 8000 m/min durch die Heizzone hindurchgezogen werden. - Bevorzugt finden Mikrofilamente mit einem Einzeltiter von 0,4 bis 0,8 dtex Verwendung. Die Lehre der Erfindung geht zunächst einmal von der Erkenntnis aus, daß durch das Anblasen der Mikrofilamente im Gegenstromverfahren ein erhöhter Reibungswiderstand und ohne weiteres die für eine vollständige Verstreckung erforderliche Streckspannung erreicht werden. Denn Gegenstrom bedeutet höherer Luftwiderstand, so daß mit steigender Abzugsgeschwindigkeit eine zunehmende Fadenspannung erzeugt wird, aus der optimale Verstreckung resultiert, wenn die zuvor abgekühlten Mikrofilamente in der Heizzone und folglich vor dem Aufspulen wieder auf eine Temperatur oberhalb ihres Erstarrungspunktes erwärmt werden. Da die Mikrofilamente nach Lehre der Erfindung die Heizzone ungebündelt durchlaufen, wird eine gleichmäßige Erwärmung der Mikrofilamente über deren Querschnitt erreicht. Diese gleichmäßige Erwärmung fördert die Vollorientierung bzw. Verstrekkung der Mikrofilamente und schließlich des entstehenden Kunststoffadens. Dieser Kunststoffaden bzw. die daraus herstellbaren Kunststoffasern bzw. Stapelfasern für Stapelfaser garne zeichnen sich durch eine besonders niedrigere Dehnung aus und sind ohne weitere Nachbehandlung aufgrund ihrer Fadenfeinheit verwendungsfähig, so daß sich aus den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fäden feine, anschmiegsame und gleichsam seidenähnliche Ware herstellen läßt. - Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens findet die Verstreckung der Mikrofilamente also lediglich über den Luftwiderstand und die Temperatur in der Heizzone statt. Aus diesem Grunde ist ein möglichst kleiner Titer, insbesondere Kapillartiter, besonders günstig, weil dann Fadenspannung und Fadentemperatur schneller und leichter beeinflußbar bzw. verstellbar sind. Außerdem kann mit höheren Abzugsgeschwindigkeiten und folglich höherer Produktivität trotz einer verkürzten Heizzone gearbeitet werden.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind im folgenden aufgeführt. So sieht die Erfindung vor, daß die Mikrofilamente in der Heizzone bei 150° C bis 250° C, vorzugsweise 220° C, beheizt werden und mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 4500 m/min bis 5500 m/min, durch die Heizzone hindurchgezogen werden. Die beheizten Mikrofilamente werden zweckmäßigerweise erst hinter der Heizzone, jedoch vor dem Aufspulen gebündelt, erfahren also in der Heizzone eine besonders gleichmäßige Behandlung und Verstreckung.
- Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage, die zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens wegen einfacher und gedrungener Bauweise besonders geeignet ist. Diese Anlage weist zumindest eine Spinndüse, einen Blasschacht als Kühlzone, einen Heizschacht als Heizzone mit einer Einrichtung zum Zuführen eines gasförmigen Mediums, eine Präparationseinrichtung, Galetten und eine Spuleinrichtung auf und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zuführen des gasförmigen Mediums als auslaufseitig des Heizschachtes gegenstromerzeugende Blaseinrichtungen, z. B. Blasdüsen, ausgebildet ist. Der Heizschacht ist vorzugsweise in Fadenabzugsrichtung 0,8 m bis 1,2 m unterhalb der Spinndüse angeordnet und weist eine Schachtlänge von 1 m bis 1,5 m, vorzugsweise 1,2 m auf. Dadurch reduziert sich die Bauhöhe. Ferner läßt sich der Verstreckungsgrad der Mikrofilamente und folglich hergestellten Kunststoffäden durch Veränderung der Heiztemperatur im Heizschacht und der Luftmengenzufuhr im Gegenstrom variieren.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.
- Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von vollorientierten Kunststoffäden 1 aus Mikrofilamenten 2. Diese Anlage weist in ihrem grundsätzlichen Aufbau eine Spinndüse 3 zum Erzeugen der Mikrofilamente 2 auf, die in einem nachfolgenden Blasschacht 4 abgekühlt werden. Unterhalb des Blasschachtes 4 befindet sich ein Heizschacht 5, durch den die Mikrofilamente 2 ungebündelt und in paralleler Anordnung hindurchgeführt, erwärmt und im Gegenstrom angeblasen werden. Das ist durch Pfeile angedeutet. Dem Heizschacht 5 folgt eine Präparationseinrichtung 6, nämlich ein Öler bzw. entsprechende Sprühdüsen. Die Bündelung der Mikrofilamente 2 zu den einzelnen Kunststoffäden 1 erfolgt im Bereich der Präparationseinrichtung 6. Die Kunststoffäden 1 werden dann über Galetten 7 einer Spuleinrichtung 8 bzw. einem Spulkopf zugeführt und aufgespult. Der Heizschacht 5 befindet sich in Fadenabzugsrichtung 0,8 m bis 1,2 m unterhalb der Spinndüse 3 und weist eine Schachtlänge von 1 m bis 1,5 m nach dem Ausführungsbeispiel von 1,2 m auf. Ferner weist der Heizschacht 5 gegenstromerzeugende Blaseinrichtungen 9,z. B. Blasdüsen auf.
- Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunststoffäden weisen eine Dehnung < 40 %, vorzugsweise von 20 bis 30 %, und eine Festigkeit > 3,6, vorzugsweise > 4 cN/ dtex auf. Derartige Werte lassen sich erreichen, wenn mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 4500 m/min gearbeitet wird und der Einzeltiter der Mikrofilamente < 1,0 dtex ist bzw. der Gesamttiter der betreffenden Kunststoffäden 30/48 dtex beträgt, die Kunststoffäden also aus 48 Mikrofilamenten bzw. Einzelkapillaren gebildet sind. Das macht die nachfolgende Tabelle unmittelbar deutlich.
Abzugsgeschwindigkeit m/min 3500 4500 4500 Fadenfeinheit dtex 83,7/48 85,3/48 30,6/48 Dehnung % 48,48 42,75 27,65 Festigkeit cN/dtex 3,6 3,79 4,11 Uster N % 0,99 0,87 1,58 Fadenzugkraft (32,5g) (41,0 g) (38,5 g) 0,32N 0,40 N 0,38 N Schachttemperatur° C 185 125 188 Vergleichsdehnung POY % 108,4 74,8 66,9
Claims (7)
- Verfahren zum Herstellen von Kunststoffäden oder -fasern aus Polymeren, insbesondere Polyamid, Polyester oder Polypropylen, im Wege des Schmelzspinnens von Mikrofilamenten, wonach die mit vorgegebener Abzugsgeschwindigkeit abgezogenen Mikrofilamente hinter der Spinndüse in einer Kühlzone auf zumindest Erstarrungstemperatur abgekühlt und anschließend zum Zwecke des Verstreckens in einer Heizzone auf eine Temperatur oberhalb des Erstarrungspunktes erwärmt sowie gleichzeitig zur Erhöhung des Reibungswiderstandes bzw. Erzeugung der erforderlichen Streckspannung mit einem gasförmigen Medium, z. B. Luft, angeblasen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofilamente mit einem Einzeltiter < 1,0 dtex in ungebündelter Ausrichtung durch die Heizzone hindurchgeführt und zur vollständigen Verstreckung von dem gasförmigen Medium im Gegenstrom angeblasen werden, und daß die Mikrofilamente mit einer Abzugsgeschwindigkeit größer 3500 m/min bis 8000 m/min durch die Heizzone hindurchgezogen werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofilamente mit einem Einzeltiter von 0,4 dtex bis 0,8 dtex behandelt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofilamente in der Heizzone bei 150° C bis 250° C, vorzugsweise 220° C, beheizt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofilamente mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 4500 m/min bis 5500 m/min durch die Heizzone hindurchgezogen werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die behandelten Mikrofilamente hinter der Heizzone vor dem Aufspulen gebündelt werden.
- Anlage zur Durchführung des Verfahrens zum Herstellen von Kunststoffäden oder -fasern aus Polymeren, insbesondere Polyamid, Polyester oder Polypropylen, im Wege des Schmelzspinnens von Mikrofilamenten, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit zumindest einer Spinndüse, einem Blasschacht als Kühlzone, einem Heizschacht als Heizzone mit einer Einrichtung zum Zuführen eines gasförmigen Mediums, einer Präparationseinrichtung, Galetten und einer Spuleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zuführen des gasförmigen Mediums als auslaufseitig des Heizschachtes (5) gegenstromerzeugende Blaseinrichtungen (9), z. B. Blasdüsen, ausgebildet ist.
- Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizschacht (5) in Fadenabzugsrichtung 0,8 m bis 1,2 m unterhalb der Spinndüse (3) angeordnet ist und eine Schachtlänge von 1 m bis 1,5 m, vorzugsweise 1,2 m, aufweist.
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