EP0579083A1 - Method of drawing heated yarns, thereby obtained polyester yarns and their end uses - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a new method by means of which high-speed yarns can be heated quickly, gently and uniformly over the cross section to a desired elevated temperature, polyester fibers of high strength, high modulus and low shrinkage, which can be produced by the method according to the invention, and the Use of these fibers as reinforcing materials or for the production of textile fabrics.
- the speed of heat transfer essentially depends on the temperature gradient between the heat supplier and the object to be heated. Around To achieve the fastest possible heat transfer, one usually chooses the highest possible overtemperature of the heating medium. Too high an excess temperature leads to overheating of parts of the yarn bundle, such as single filaments hanging out or loops. The demands for the fastest possible and at the same time gentle treatment are therefore contrary.
- a heating chamber for running yarns is known from EP-A-114,298, in which the threads are treated with saturated water vapor of more than 2 bar.
- the heating chamber is characterized by a special type of sealing of the yarn inlet and outlet, with which a good sealing effect is achieved, which allows simple threading and with which the operating state can be set quickly after threading.
- the heat transfer takes place primarily through condensation of the saturated steam on the yarn in the heating chamber, as a result of which a high uniformity of the treatment temperature is achieved.
- the yarn emerging from the heating chamber therefore generally contains condensed water which evaporates again in the subsequent steps.
- the treatment temperature in this heating chamber cannot be varied easily since it corresponds to the temperature of the saturated steam.
- a heating device for a crimping machine is known from EP-A-193,891.
- This device has a thread guide tube which is heated on its outer circumference and which is arranged vertically or obliquely.
- an air nozzle is placed on the yarn inlet side of the thread guide tube, through which fresh air is blown into the thread tube.
- This device is intended to make the heat treatment more effective. The actual heating of the fresh air takes place only in the heating device itself. With this heating device none can Heat treatment can be carried out at constant temperatures, since the air in the thread guide tube has an undefined temperature.
- DE-A-2,927,032 discloses a device for texturing yarns, in which these are heated directly in thread channels through which warm air flows.
- the thread channels are fed with the warm air and are connected to a suction pipe.
- the device is characterized by a special arrangement of the supply and discharge lines for the hot air and the heating device for the hot air; Furthermore, inlet and outlet connections are provided on the thread channels for the supply and removal of the yarns. With the arrangement described, an accurate temperature control and a large temperature equality within the device is to be achieved.
- the yarns are directly surrounded by an even flow of hot air, which results in an even heating of the yarns at constant temperature and air speed.
- the device requires the used hot air to be drawn off via a separate suction pipe.
- a device for texturing yarns in which a heating device is provided in which warm air heats a running yarn in a thread channel.
- the device is characterized by the special type of air guidance in the thread channel, which in each case has a flow line between at least two return lines for the warm air.
- the device is intended to achieve the lowest possible temperature drop in the thread channel between its inlet and outlet. Similar to an injector nozzle, the yarn is hit at one point by the hot air and then the yarn and air move together or in opposite directions, the air losing temperature.
- thermoplastic yarn is known, using a device designed as a contact heater.
- a continuously moving yarn is passed through a thread channel designed as a capillary.
- the inner diameter of the thread channel is chosen so that fluids are not within this channel can move freely, but there is a sealing effect due to the capillary nature of the thread channel.
- a pressurized heating fluid for example air, superheated steam or saturated steam, is introduced so that it can move along the direction of yarn together with the yarn through the heating channel and plasticize the yarn by contact.
- the method involves the contactless movement of a surface-moistened and twisted yarn through a heating device that contains hot air.
- the false twist is fixed using a high relative movement between the hot air and the moving yarn.
- the process is designed so that a high temperature gradient is formed between the hot air and the yarn; The moistening of the surface then serves the purpose of protecting the yarn from thermal damage.
- a device for the heat treatment of relaxed synthetic yarns in which a yarn is passed through a hollow heating cylinder.
- an injector which is operated with a primary gas stream from heating gas and which is designed as an annular nozzle, and an additional inlet for a secondary gas stream.
- the device is characterized in that the additional inlet for the secondary gas flow is arranged in such a way that this flow, viewed in the direction of movement of the yarn, meets the primary gas flow behind the injector opening in the heating cylinder.
- thermoplastic yarn From DE-A-2,347,139 a method for texturing thermoplastic yarn is known, which involves fixing the twisted yarn by means of hot steam which is passed through the heating device at the speed of sound.
- the heating medium is also supplied here at the yarn inlet point of the heating device by means of an annular nozzle.
- the process is characterized by high productivity.
- the yarn is heated by contact with a comparatively small mass of the turbulent, fast-flowing steam, which steam has a higher temperature than the desired end temperature of the running yarn.
- a yarn heater with a heated yarn run is known from DE-A-3,344,215.
- This heater is characterized in that it contains means by which a heated medium in the area of the yarn inlet strikes a yarn moving along this yarn path.
- the heating medium is also supplied here by means of an annular nozzle. With the heater, the heating output is to be increased, so that shorter heaters can be used than previously customary. Details of the temperature profile in the thread channel cannot be found in this publication.
- the object of the present invention was to provide a simple method for drawing heated free-running yarns, in which said yarns are heated as gently and uniformly as possible.
- the yarn is blown over a certain length with a uniformly heated heat transfer gas, so that the heat transfer process takes place more by moving the heat transfer gas (Convection) than by heat transfer using temperature gradients.
- the adhering air boundary layer which counteracts the heat transfer due to its insulating effect, is blown away over a longer yarn path and the heated heat transfer gas can release its heat quickly and evenly to the yarn.
- the temperature of the heat transfer gas only needs to be a little above the yarn temperature, because most of the heat is transported by convective air movement and only a small part by temperature differences. This convective type of heat transfer is very efficient and overheating of the yarn material is avoided, so that gentle and uniform heating is achieved.
- the term “yarn” is understood to mean all endless threads, that is to say both multifilament yarns and staple fiber yarns or monofilaments.
- yarn titres of 50 to 2500 dtex are customary, preferably yarn titres of 50 to 300 dtex (for textile applications) and 200 to 2000 dtex (for technical applications).
- fiber is understood in the context of this invention as a generic term in its broadest meaning, for example as yarn or as staple fiber. With regard to the fiber-forming material, the method according to the invention is not subject to any restrictions.
- Both yarns made of inorganic material, for example glass, carbon or metal yarns, and yarns made of organic material, for example yarns based on aliphatic or aromatic polyamide, polyester, in particular polyethylene terephthalate, or polyacrylonitrile can be used.
- high-speed usually means speeds of more than 300 m / min, preferably 400 to 6000 m / min, in particular 400 to 3000 m / min; this information relates to the speed when leaving the heating device.
- any gases that are inert to the yarn to be heated under the respective treatment conditions can be used as the heat transfer gas are.
- gases are nitrogen, argon or in particular air.
- the gases can also contain additives, for example a certain moisture content; however, the moisture content must not be so high that a significant condensation takes place on the yarn in the heating device.
- the heat transfer gas can be preheated in any conventional way; for example by contact with a heat exchanger, passing through heated pipes or by direct heating via heating coils.
- the temperature of the preheated heat transfer gas is above the yarn temperature desired in the individual case; the heat transfer gas is preferably heated to temperatures up to 20 ° C. above and care is taken to ensure that there is no appreciable drop in temperature between the preheating and the actual heating of the yarn.
- the heated heat transfer gas can be introduced into the thread running channel at any point.
- the heat transfer gas is fed to the thread run channel in such a way that it can come into contact with the yarn along the entire thread run channel.
- the length of the blowing zone is preferably more than 6 cm, in particular 6 to 200 cm.
- the length of the blowing zone is preferably 6 to 20 cm.
- the length of the blowing zone is preferably 6 to 120 cm, in particular 6 to 60 cm.
- the heat transfer gas is preferably conducted into the thread running channel perpendicularly to the direction of yarn travel, the heat transfer gas being entrained on the one hand by the running yarn and leaving the heating device together with the running yarn via the yarn exit opening, and on the other hand moving against the yarn travel direction and leaving the heating device via the yarn entry opening.
- the heat transfer gas is in the middle Part of the thread running channel is blown perpendicularly onto the yarn from small openings for a length of about 1/4 to 1/2 of the channel length and escapes in and against the direction of the yarn from the thread running channel.
- cross-blowing with suction on the opposite side takes place.
- the contacting of the heat transfer gas in the heating device with the running yarn has to take place under such conditions that the yarn inside the heating device heats up to the desired elevated temperature and the heat transfer gas in the heating device cools down very little.
- the temperature of the heat transfer gas in the heating device generally changes only insignificantly under the operating conditions; i.e. this gas does not undergo any appreciable change in temperature when it passes through the heating device. This can be achieved by suitable insulation of the gas-carrying parts of the device.
- the upper limit of the temperature of the heat transfer gas is less critical in the method according to the invention, since the compact yarn does not immediately follow the hot gas temperature because of its heat content. It is therefore also possible to work with temperatures of the heat transfer gas that are higher than the melting temperature of the yarn material.
- the process according to the invention can be used in the production of high-strength multifilament yarns, preferably based on polyester, in particular based on polyethylene terephthalate.
- the drawing / fixing temperature controlled by the temperature of the heat transfer gas is usually selected in the range from 160 to 250 ° C., preferably from 210 to 240 ° C.
- the drawing tension is usually 1.5 to 3.0 cN / dtex, preferably 2.3 to 2.8 cN / dtex, based on the final titer.
- Polyester multifilament yarns stretched and fixed in this way surprisingly have a strength that is about 5 to 10 cN / tex higher than polyester multifilament yarns that have been drawn using conventional heat sources.
- polyester fibers which have been drawn in one step by the process according to the invention show a very high level Degree of fixation and a very high degree of crystallization, have low residual shrinkage values and thus high dimensional stability.
- these fibers can be used industrially as low-shrink fibers and have a shrinkage of less than 8% at 180 ° C.
- polyester fibers produced according to the invention already have low shrinkage values with the highest orientation of the molecules. Subsequent expansion is then practically no longer possible.
- the fibers obtainable in this way can be characterized by strength index FI and molecular orientation MO or by compliance NG and storage module index SP.
- the quantities on which the above definitions for FI, MO, NG and SP are based are determined as follows:
- the tenacity F and the maximum tensile strain D are determined in accordance with DIN 53834.
- the shrinkage S is triggered by heat treatment in a forced air oven at 200 ° C. and a dwell time of 5 minutes and then measured under a load that corresponds to the weight of 500 meters of the starting yarn.
- the speed of sound SG is measured at a load of 1 cN / dtex using a dynamic modulus tester PPM-5 from Morgan & Co./Massachusetts USA.
- the degree of crystallization KG is determined from the density according to the two-phase model, assuming 1.331 g / cm3 for the density of the amorphous phase and 1.455 g / cm3 for the density of the crystalline phase.
- the density is measured using the gradient method in zinc chloride / water.
- the azimuthal intensity distribution of the (-1,0,5) reflex of polyethylene terephthalate is measured and from it calculated according to the formula f c given above.
- the X-ray examinations were carried out using the X-ray diffractometer D 500 (Siemens) according to the method of Biangardi, publication series "Kunststoff-Forschung" 1, TU Berlin.
- polyester fibers according to the invention can advantageously be used in all those areas in which high-strength, high-modulus and low-shrinkage fibers Find use.
- polyester fibers of the invention are preferably used as reinforcing materials for plastics or for the production of textile fabrics, such as woven, knitted or knitted fabrics.
- a preferred area of application of the polyester fibers according to the invention relates to their use as reinforcing materials for elastomers, in particular for the production of vehicle tires or conveyor belts.
- polyester fibers according to the invention relate to the production of dimensionally stable textile fabrics, such as tarpaulins.
- Viscosity data in the following examples relate to the intrinsic viscosity, measured on solutions of the polyester in o-chlorophenol at 25 ° C.
- PET Polyethylene terephthalate
- Examples 1 to 6 describe embodiments in which the heating device according to the invention is used, while example 7 relates to a commercially available high-strength and high-modulus PET thread which has been produced without the heating device according to the invention.
- Tables Ia, Ib and Ic show the process conditions and the properties of the threads obtained.
- Tab Ic E.g. no.
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren mit Hilfe dessen schnellaufende Garne schnell, schonend und gleichmäßig über den Querschnitt auf eine gewünschte erhöhte Temperatur erhitzt werden können, Polyesterfasern hoher Festigkeit, hohen Moduls und geringen Schrumpfes, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, sowie die Verwendung dieser Fasern als Verstärkungsmaterialien oder zur Herstellung textiler Flächengebilde.The present invention relates to a new method by means of which high-speed yarns can be heated quickly, gently and uniformly over the cross section to a desired elevated temperature, polyester fibers of high strength, high modulus and low shrinkage, which can be produced by the method according to the invention, and the Use of these fibers as reinforcing materials or for the production of textile fabrics.
In der Technik der Herstellung und Verarbeitung von Garnen spielen Erhitzungsprozesse eine große Rolle; es sind daher bereits eine Vielzahl von Erhitzungsverfahren und von Erhitzungsvorrichtungen bekannt.Heating processes play a major role in the production and processing of yarns; A large number of heating methods and heating devices are therefore already known.
Diese Verfahren und Vorrichtungen lassen sich beispielsweise nach der Art der Wärmezufuhr unterscheiden. So ist es üblich, die Wärme mittels Wärmeüberträgermedien, wie beispielsweise mittels erhitzter Flüssigkeiten oder Gase, durch Kontaktierung mit dem Faden zuzuführen. Ferner ist es üblich, die Wärme mittels Strahlung von beheizten Oberflächen oder mittels Kontakt mit beheizten Oberflächen zu übertragen.These methods and devices can be distinguished, for example, by the type of heat input. It is customary to supply the heat by means of heat transfer media, such as, for example, by means of heated liquids or gases, by contacting the thread. It is also customary to transfer the heat by means of radiation from heated surfaces or by means of contact with heated surfaces.
Auch bei einer Reihe von Verarbeitungsprozessen schnellaufender Garne, wie z.B. beim Verstrecken oder Fixieren ist ein Erhitzen erforderlich. Es ist allgemein bekannt, daß bei solchen Prozessen die Wärme möglichst schnell und schonend zugeführt werden sollte.Also in a number of processing processes of high-speed yarns, e.g. heating is required when stretching or fixing. It is generally known that the heat should be supplied as quickly and gently as possible in such processes.
Bekanntermaßen hängt die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung wesentlich vom Temperaturgefälle zwischen Wärmelieferant und zu erwärmendem Objekt ab. Um einen möglichst raschen Wärmeübergang zu erreichen, wählt man meist möglichst hohe Übertemperaturen des Erhitzungsmediums. Eine zu hohe Übertemperatur führt allerdings zu Überhitzung von Teilen des Garnbündels, wie heraushängenden Einzelfilamenten oder Schlingen. Die Forderungen nach möglichst schneller und zugleich schonender Behandlung sind also gegenläufig.As is known, the speed of heat transfer essentially depends on the temperature gradient between the heat supplier and the object to be heated. Around To achieve the fastest possible heat transfer, one usually chooses the highest possible overtemperature of the heating medium. Too high an excess temperature leads to overheating of parts of the yarn bundle, such as single filaments hanging out or loops. The demands for the fastest possible and at the same time gentle treatment are therefore contrary.
Aus der DE-A-3,431,831 ist ein Verfahrenzum Verstrecken von Polyestergarnen bekannt, bei dem auf einer Bandstraße verstreckt wird. Das Verfahren wird bei reduzierten Geschwindigkeiten durchgeführt. Einzelheiten zum Erhitzen der laufenden Garne sind dieser Schrift nicht zu entnehmen.From DE-A-3,431,831 a process for drawing polyester yarns is known in which drawing is carried out on a belt line. The process is carried out at reduced speeds. Details of the heating of the running yarns cannot be found in this document.
Aus der EP-A-114,298 ist eine Heizkammer für laufende Garne bekannt, in welcher die Fäden mit gesättigtem Wasserdampf von mehr als 2 bar behandelt werden. Die Heizkammer ist durch eine spezielle Art der Abdichtung des Garnein- und -austritts gekennzeichnet, mit der eine gute Dichtungswirkung erzielt wird, die ein einfaches Einfädeln gestattet und mit der eine rasche Einstellung des Betriebszustandes nach dem Einfädeln möglich ist. Nach der Beschreibung erfolgt die Wärmeübertragung vor allem duch Kondensation des Sattdampfes auf dem Garn in der Heizkammer, wodurch eine hohe Gleichmäßigkeit der Behandlungstemperatur erzielt wird. Das aus der Heizkammer austretende Garn enthält im allgemeinen also kondensiertes Wasser, das in den nachfolgenden Schritten wieder verdampft. Die Behandlungstemperatur ist bei dieser Heizkammer nicht ohne weiteres variierbar, da sie der Temperatur des Sattdampfes entspricht.A heating chamber for running yarns is known from EP-A-114,298, in which the threads are treated with saturated water vapor of more than 2 bar. The heating chamber is characterized by a special type of sealing of the yarn inlet and outlet, with which a good sealing effect is achieved, which allows simple threading and with which the operating state can be set quickly after threading. According to the description, the heat transfer takes place primarily through condensation of the saturated steam on the yarn in the heating chamber, as a result of which a high uniformity of the treatment temperature is achieved. The yarn emerging from the heating chamber therefore generally contains condensed water which evaporates again in the subsequent steps. The treatment temperature in this heating chamber cannot be varied easily since it corresponds to the temperature of the saturated steam.
Aus der EP-A-193,891 ist eine Heizeinrichtung für eine Kräuselmaschine bekannt. Diese Einrichtung weist ein an seinem Außenumfang beheiztes Fadenführungsrohr auf, das senkrecht oder schräg angeordnet ist. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf das laufende Garn ist auf der Garneinlaufseite des Fadenführungsrohres eine Luftdüse gesetzt, durch die Frischluft in das Fadenlaufohr eingeblasen wird. Mit dieser Vorrichtung soll die Wärmebehandlung wirkungsvoller gestaltet werden. Die eigentliche Aufheizung der Frischluft erfolgt erst in der Heizeinrichtung selbst. Mit dieser Heizeinrichtung kann keine Wärmebehandlung bei konstanten Temperaturen vorgenommen werden, da die Luft im Fadenführungsrohr eine nicht definierte Temperatur aufweist.A heating device for a crimping machine is known from EP-A-193,891. This device has a thread guide tube which is heated on its outer circumference and which is arranged vertically or obliquely. To improve the heat transfer to the running yarn, an air nozzle is placed on the yarn inlet side of the thread guide tube, through which fresh air is blown into the thread tube. This device is intended to make the heat treatment more effective. The actual heating of the fresh air takes place only in the heating device itself. With this heating device none can Heat treatment can be carried out at constant temperatures, since the air in the thread guide tube has an undefined temperature.
Aus der DE-A-2,927,032 ist eine Vorrichtung zum Texturieren von Garnen bekannt, worin diese in von Warmluft durchströmten Fadenkanälen direkt aufgeheizt werden. Die Fadenkanäle werden mit der Warmluft gespeist und sind mit einem Saugrohr verbunden. Die Vorrichtung ist durch eine spezielle Anordung der Zu- und Ableitungen für die Warmluft und der Erhitzungsvorrichtung für die Warmluft gekennzeichnet; ferner sind Einlauf- und Abgangsstutzen auf den Fadenkanälen für die Zu- und Abfuhr der Garne vorgesehen. Mit der beschriebenen Anordnung soll eine genaue Temperaturführung und eine große Temperaturgleichheit innerhalb der Vorrichtung erzielt werden. Die Garne sind von einem gleichmäßigen Heißluftstrom direkt umgeben, was eine gleichmäßige Aufheizung der Garne bei konstanter Temperatur und Luftgeschwindigkeit ergibt. Die Vorrichtung erfordert ein Absaugen der verbrauchten Warmluft über ein separates Saugrohr.DE-A-2,927,032 discloses a device for texturing yarns, in which these are heated directly in thread channels through which warm air flows. The thread channels are fed with the warm air and are connected to a suction pipe. The device is characterized by a special arrangement of the supply and discharge lines for the hot air and the heating device for the hot air; Furthermore, inlet and outlet connections are provided on the thread channels for the supply and removal of the yarns. With the arrangement described, an accurate temperature control and a large temperature equality within the device is to be achieved. The yarns are directly surrounded by an even flow of hot air, which results in an even heating of the yarns at constant temperature and air speed. The device requires the used hot air to be drawn off via a separate suction pipe.
Aus dem DE-Gebrauchsmuster 83 12 985 ist eine Vorrichtung zum Texturieren von Garnen bekannt, bei der eine Erhitzungsvorrichtung vorgesehen ist, in welcher Warmluft ein laufendes Garn in einem Fadenkanal erhitzt. Die Vorrichtung ist durch die spezielle Art der Luftführung im Fadenkanal gekennzeichnet, welche jeweils eine Vorlaufleitung zwischen mindestens zwei Rücklaufleitungen für die Warmluft aufweist. Mit der Vorrichtung soll ein möglichst geringer Temperaturabfall im Fadenkanal zwischen dessen Ein- und Ausgang erzielt werden. Das Garn wird ähnlich wie bei einer Injektordüse an einem Punkt von der Heißluft getroffen und dann bewegen sich Garn und Luft gemeinsam bzw. entgegengesetzt, wobei die Luft an Temperatur verliert.From DE utility model 83 12 985 a device for texturing yarns is known, in which a heating device is provided in which warm air heats a running yarn in a thread channel. The device is characterized by the special type of air guidance in the thread channel, which in each case has a flow line between at least two return lines for the warm air. The device is intended to achieve the lowest possible temperature drop in the thread channel between its inlet and outlet. Similar to an injector nozzle, the yarn is hit at one point by the hot air and then the yarn and air move together or in opposite directions, the air losing temperature.
Aus der GB-A-1,216,519 ist ein Verfahren zum Erhitzen eines thermoplastischen Garns bekannt, wobei eine als Kontaktheizer ausgestaltete Vorrichtung verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird ein kontinuierlich sich bewegendes Garn durch einen als Kapillare ausgestalteten Fadenkanal geleitet. Der innere Durchmesser des Fadenkanals wird dabei so gewählt, daß Fluide innerhalb dieses Kanals sich nicht frei bewegen können, sondern sich aufgrund der Kapillarnatur des Fadenkanals eine Abdichtungswirkung ergibt. In diesen Fadenkanal wird ein unter Druck stehendes Heizfluid, beispielsweise Luft, überhitzter Wasserdampf oder Sattdampf, eingeleitet, so daß sich dieses entlang der Garnlaufrichtung zusammen mit dem Garn durch den Heizkanal bewegen kann und das Garn durch Kontakt plastifiziert. Aufgrund der Konstruktion dieser Vorrichtung ist davon auszugehen, daß sich entlang der Garnlaufrichtung im Fadenlaufkanal ein starker Temperaturgradient aufbaut und daß infolge der geringen Mengen an Heizfluid in der Kapillare des Fadenkanals mit einer Temperatur des Heizfluids gearbeitet werden muß, die weit über der gewünschten Garntemperatur liegt.From GB-A-1,216,519 a method for heating a thermoplastic yarn is known, using a device designed as a contact heater. In this method, a continuously moving yarn is passed through a thread channel designed as a capillary. The inner diameter of the thread channel is chosen so that fluids are not within this channel can move freely, but there is a sealing effect due to the capillary nature of the thread channel. In this thread channel a pressurized heating fluid, for example air, superheated steam or saturated steam, is introduced so that it can move along the direction of yarn together with the yarn through the heating channel and plasticize the yarn by contact. Due to the construction of this device, it can be assumed that a strong temperature gradient builds up along the yarn running direction in the thread running channel and that, due to the small amounts of heating fluid in the capillary of the thread channel, a temperature of the heating fluid must be used which is far above the desired yarn temperature.
Aus der DE-PS-967,805 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fixieren von laufenden Garnen beim Erzeugen von Falschdrall bekannt. Das Verfahren beinhaltet die berührungslose Bewegung eines oberflächenbefeuchteten und hochgedrehten Garns durch eine Heizvorrichtung, die Heißluft enthält. Die Fixierung des Falschdralls erfolgt unter Ausnutzung einer hohen Relativbewegung zwischen der Heißluft und dem sich bewegenden Garn. Nach der Beschreibung wird das Verfahren so ausgestaltet, daß sich ein hoher Temperaturgradient zwischen der Heißluft und dem Garn ausbildet; die Befeuchtung der Oberfläche dient danach dem Zweck, das Garn vor einer thermischen Schädigung zu bewahren.From DE-PS-967,805 a method and an apparatus for fixing running yarns when generating false twist are known. The method involves the contactless movement of a surface-moistened and twisted yarn through a heating device that contains hot air. The false twist is fixed using a high relative movement between the hot air and the moving yarn. According to the description, the process is designed so that a high temperature gradient is formed between the hot air and the yarn; The moistening of the surface then serves the purpose of protecting the yarn from thermal damage.
Aus der DE-AS-1,908,594 ist eine Vorichtung zur Wärmebehandlung von entspannten synthetischen Garnen bekannt, bei der ein Garn durch einen hohlen Heizzylinder geleitet wird. Am Garneinlaß ist ein mit einem Primärgasstrom aus Heizgas betriebener Injektor vorgesehen, der als Ringdüse ausgestaltet ist, und ein zusätzlicher Einlaß für einen Sekundärgasstrom. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Einlaß für den Sekundärgasstrom so angeordnet ist, daß dieser Strom in Bewegungsrichtung des Garns gesehen hinter der Injektormündung in dem Heizzylinder mit dem Primärgasstrom zusammentrifft. Mit der Vorrichtung soll die Bildung von Wirbeln im Heizzylinder vermieden werden und es soll die Qualität der behandelten Garne verbessert werden. Die Gefahr der Wirbelbildung besteht deshalb, weil der Primärgasstrom mit relativ hoher Geschwindigkeit in den Heizzylinder eintritt und sich dort verlangsamt.From DE-AS-1,908,594 a device for the heat treatment of relaxed synthetic yarns is known, in which a yarn is passed through a hollow heating cylinder. At the yarn inlet there is an injector which is operated with a primary gas stream from heating gas and which is designed as an annular nozzle, and an additional inlet for a secondary gas stream. The device is characterized in that the additional inlet for the secondary gas flow is arranged in such a way that this flow, viewed in the direction of movement of the yarn, meets the primary gas flow behind the injector opening in the heating cylinder. With the device, the formation of eddies in the heating cylinder is to be avoided and the quality of the treated yarns is to be improved. The risk of vortex formation is because the primary gas flow is relatively high Speed enters the heating cylinder and slows down there.
Aus der DE-A-2,347,139 ist ein Verfahren zum Texturieren von thermoplastischem Garn bekannt, das eine Fixierung des verdrallten Garns mittels heißen Dampfes beinhaltet, der mit Schallgeschwindigkeit durch die Erhitzungseinrichtung hindurchgeleitet wird. Die Zuführung des Erhitzungsmediums erfolgt hier ebenfalls an der Garneinlaufstelle der Heizvorrichtung mittels einer Ringdüse. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Produktivität aus. Die Erhitzung des Garns erfolgt durch Kontakt mit einer vergleichsweisen kleinen Masse des turbulent, schnellströmenden Dampfes, wobei dieser Dampf eine im Vergleich zur gewünschten Endtemperatur des laufenden Garns erhöhte Temperatur aufweist.From DE-A-2,347,139 a method for texturing thermoplastic yarn is known, which involves fixing the twisted yarn by means of hot steam which is passed through the heating device at the speed of sound. The heating medium is also supplied here at the yarn inlet point of the heating device by means of an annular nozzle. The process is characterized by high productivity. The yarn is heated by contact with a comparatively small mass of the turbulent, fast-flowing steam, which steam has a higher temperature than the desired end temperature of the running yarn.
Schließlich ist aus der DE-A-3,344,215 ein Garnheizer mit einem beheizten Garnlauf bekannt. Dieser Heizer ist dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel enthält, durch die ein erhitztes Medium im Bereich des Garneinlaufes auf ein längs sich dieses Garnlaufes bewegendes Garn auftrifft. Die Zuführung des Erhitzungsmediums erfolgt hier ebenfalls mittels einer Ringdüse. Mit dem Heizer soll die Heizleistung gesteigert werden, so daß kürzere Heizer als bisher üblich einsetzbar sind. Einzelheiten über den Temperaturverlauf im Fadenkanal sind dieser Publikation nicht zu entnehmen.Finally, a yarn heater with a heated yarn run is known from DE-A-3,344,215. This heater is characterized in that it contains means by which a heated medium in the area of the yarn inlet strikes a yarn moving along this yarn path. The heating medium is also supplied here by means of an annular nozzle. With the heater, the heating output is to be increased, so that shorter heaters can be used than previously customary. Details of the temperature profile in the thread channel cannot be found in this publication.
Bei diesen vorbekannten Methoden der Erhitzung von Garnen kommen entweder keine schnellaufenden Garne zum Einsatz oder im Falle von schnellaufenden Garnen werden zum Teil hohe Übertemperaturen des Heizaggregates eingestellt, um bei kurzen Verweilzeiten die gewünschten Temperaturen am laufenden Garn zu erreichen, oder man erhält im Fadenkanal der Heizeinrichtungen größere Temperaturgradienten, da z.B. Turbulenzen des Erhitzungsmediums auftreten. Zwangsläufig erfolgt die Erwärmung dabei ungleichmäßig von außen nach innen in das Garn oder in das Garnbündel. Die Qualität der behandelten Garne oder Garnbündel läßt somit im allgemeinen zu wünschen übrig. Man stellt im allgemeinen fest, daß eine rasche und erhöht durchgeführte Erhitzung zu einer Abnahme der Festigkeit oder zu einer ungleichen Farbstoffaufnahme des Garns führen kann, da Teile des Garnbündels ungleichmäßig erhitzt werden.With these known methods of heating yarns, either no high-speed yarns are used or, in the case of high-speed yarns, high excess temperatures of the heating unit are sometimes set in order to achieve the desired temperatures on the running yarn with short dwell times, or heating devices are obtained in the thread channel Larger temperature gradients, since turbulence of the heating medium occurs, for example. Inevitably, the heating takes place unevenly from outside to inside into the yarn or into the yarn bundle. The quality of the treated yarns or yarn bundles thus generally leaves something to be desired. It is generally found that rapid and increased heating can lead to a decrease in strength or to uneven dye absorption in the yarn, since Parts of the yarn bundle are heated unevenly.
Andere vorbekannte Erhitzungsverfahren, bei denen eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Garns im Fadenkanal angestrebt wird, erfordern eine spezielle Führung des Erhitzungsmediums und sind nur aufwendig zu realisieren.Other previously known heating methods, in which the yarn in the thread channel is heated as uniformly as possible, require special guidance of the heating medium and can be implemented only with great effort.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein einfaches Verfahren zur Verstreckung von erhitzten frei laufenden Garnen bereitzustellen, bei dem besagte Garne möglichst schonend und gleichmäßig erwärmt werden.The object of the present invention was to provide a simple method for drawing heated free-running yarns, in which said yarns are heated as gently and uniformly as possible.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man berührungslos durch eine Erhitzungsvorrichtung schnellaufende Garne auf schonende Art und Weise auf eine gewünschte erhöhte Temperatur erhitzen und verstrecken kann.It has now surprisingly been found that high-speed yarns can be gently heated and stretched to a desired elevated temperature without contact by a heating device.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt folgende Maßnahmen:
- i) Vorerwärmen eines Wärmeüberträgergases auf eine Temperatur, die oberhalb der gewünschten Garntemperatur liegt,
- ii) Zuführen des vorerwärmten Wärmeüberträgergases in den Fadenkanal, so daß dieses im wesentlichen senkrecht auf das laufende Garn entlang einer solchen Länge einströmt, daß sich das Garn innerhalb der Erhitzungsvorrichtung auf die gewünschte erhöhte Temperatur erwärmt, und wobei die Länge der Anblaszone so gewählt wird, daß durch ständiges Wegreißen der Grenzschicht durch die Anströmung des Wärmeüberträgergases das Garn direkt mit diesem in Kontakt kommt und somit eine sehr rasche Aufheizung des Garns erfolgt, und
- iii) Spannen des berührungslos durch die Erhitzungsvorrichtung laufenden Garns in einer solchen Weise, daß dieses beim Durchlaufen durch besagte Erhitzungsvorrichtung eine Verstreckung erfährt.
- i) preheating a heat transfer gas to a temperature which is above the desired yarn temperature,
- ii) supplying the preheated heat transfer gas into the thread channel so that it flows essentially perpendicularly to the running yarn along a length such that the yarn within the heating device heats up to the desired elevated temperature and the length of the blowing zone is chosen so that by continuously tearing away the boundary layer due to the flow of the heat transfer gas, the yarn comes into direct contact with it and thus the yarn heats up very quickly, and
- iii) tensioning the yarn running contactlessly through the heating device in such a way that it undergoes drawing as it passes through said heating device.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Garn über eine gewisse Länge mit gleichmäßig erwärmtem Wärmeüberträgergas angeblasen, so daß der Wärmetransportvorgang mehr durch Bewegung des Wärmeüberträgergases (Konvektion) als durch Wärmeübertragung mittels Temperaturgefälle erfolgt. Durch diese Art der Anblasung wird dem Garn die anhaftende Luftgrenzschicht, die durch ihre Isolationswirkung der Wärmeübertragung entgegenwirkt, auf eine längere Garnstrecke weggeblasen und das erhitzte Wärmeüberträgergas kann seine Wärme schnell und gleichmäßig an das Garn abgeben. Die Temperatur des Wärmeüberträgergases braucht dazu nur wenig über der Garntemperatur liegen, weil der größte Teil des Wärmetransportes durch konvektive Luftbewegung und nur ein kleinerer Teil durch Temperaturgefälle erfolgt. Diese konvektive Art der Wärmeübertragung ist sehr effizient und es wird auch die Überheizung des Garnmaterials vermieden, so daß eine schonende und gleichmäßige Erwärmung verwirklicht wird.
Unter dem Begriff "Garn" sind im Rahmen dieser Erfindung alle endlosen Fäden zu verstehen, also sowohl Multifilamentgarne als auch Stapelfasergarne oder Monofilamente. Je nach Einsatzgebiet sind Garntiter von 50 bis 2500 dtex üblich, vorzugsweise Garntiter von 50 bis 300 dtex (bei textilen Einsatzgebieten) und 200 bis 2000 dtex (bei technischen Einsatzgebieten).
Der Begriff "Faser" wird im Rahmen dieser Erfindung als Oberbegriff in seiner weitesten Bedeutung verstanden, beispielsweise als Garn oder als Stapelfaser. Hinsichtlich des faserbildenden Materials ist das erfindungsgemäße Verfahren keinen Beschränkungen unterworfen. Es lassen sich sowohl Garne aus anorganischem Material, beispielsweise Glas-, Kohlenstoff- oder Metallgarne, als auch Garne aus organischem Material, beispielsweise Garne auf der Basis von aliphatischem oder aromatischem Polyamid, Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, oder Polyacrylnitril, verwenden.In the method according to the invention, the yarn is blown over a certain length with a uniformly heated heat transfer gas, so that the heat transfer process takes place more by moving the heat transfer gas (Convection) than by heat transfer using temperature gradients. Through this type of blowing, the adhering air boundary layer, which counteracts the heat transfer due to its insulating effect, is blown away over a longer yarn path and the heated heat transfer gas can release its heat quickly and evenly to the yarn. The temperature of the heat transfer gas only needs to be a little above the yarn temperature, because most of the heat is transported by convective air movement and only a small part by temperature differences. This convective type of heat transfer is very efficient and overheating of the yarn material is avoided, so that gentle and uniform heating is achieved.
In the context of this invention, the term “yarn” is understood to mean all endless threads, that is to say both multifilament yarns and staple fiber yarns or monofilaments. Depending on the area of application, yarn titres of 50 to 2500 dtex are customary, preferably yarn titres of 50 to 300 dtex (for textile applications) and 200 to 2000 dtex (for technical applications).
The term "fiber" is understood in the context of this invention as a generic term in its broadest meaning, for example as yarn or as staple fiber. With regard to the fiber-forming material, the method according to the invention is not subject to any restrictions. Both yarns made of inorganic material, for example glass, carbon or metal yarns, and yarns made of organic material, for example yarns based on aliphatic or aromatic polyamide, polyester, in particular polyethylene terephthalate, or polyacrylonitrile can be used.
Unter dem Begriff "schnellaufend" sind im Rahmen dieser Erfindung üblicherweise Geschwindigkeiten von mehr als 300 m/min, vorzugsweise 400 bis 6000 m/min, insbesondere 400 bis 3000 m/min zu verstehen; diese Angaben beziehen sich auf die Geschwindigkeit beim Verlassen der Erhitzungsvorrichtung.In the context of this invention, the term “high-speed” usually means speeds of more than 300 m / min, preferably 400 to 6000 m / min, in particular 400 to 3000 m / min; this information relates to the speed when leaving the heating device.
Als Wärmeüberträgergas lassen sich beliebige Gase verwenden, die gegenüber dem zu erwärmenden Garn unter den jeweiligen Behandlungsbedingungen inert sind. Beispiele für solche Gase sind Stickstoff, Argon oder insbesondere Luft. Die Gase können auch Zusätze enthalten, beispielsweise einen gewissen Gehalt an Feuchtigkeit; der Feuchtigkeitsgehalt darf allerdings nicht so hoch sein, daß in der Erhitzungsvorrichtung eine nennenswerte Kondensation auf dem Garn stattfindet.Any gases that are inert to the yarn to be heated under the respective treatment conditions can be used as the heat transfer gas are. Examples of such gases are nitrogen, argon or in particular air. The gases can also contain additives, for example a certain moisture content; however, the moisture content must not be so high that a significant condensation takes place on the yarn in the heating device.
Das Wärmeüberträgergas kann auf jede dafür übliche Art und Weise vorgewärmt werden; beispielsweise durch Kontakt mit einem Wärmeaustauscher, Durchleiten durch beheizte Rohre oder durch direktes Beheizen über Heizspiralen. Die Temperatur des vorerhitzten Wärmeüberträgergases liegt über der im Einzelfall gewünschten Garntemperatur; vorzugsweise erhitzt man das Wärmeüberträgergas auf Temperaturen bis zu 20 °C darüber und trägt dafür Sorge, daß zwischen der Vorerhitzung und dem eigentlichen Erwärmen des Garns kein nennenswerter Temperaturabfall eintritt.The heat transfer gas can be preheated in any conventional way; for example by contact with a heat exchanger, passing through heated pipes or by direct heating via heating coils. The temperature of the preheated heat transfer gas is above the yarn temperature desired in the individual case; the heat transfer gas is preferably heated to temperatures up to 20 ° C. above and care is taken to ensure that there is no appreciable drop in temperature between the preheating and the actual heating of the yarn.
Das erhitzte Wärmeüberträgergas kann an beliebigen Stellen in den Fadenlaufkanal eingeführt werden. Vorzugsweise leitet man das Wärmeüberträgergas dem Fadenlaufkanal in einer solche Weise zu, daß dieses entlang des gesamten Fadenlaufkanals in Kontakt mit dem Garn treten kann. Bevorzugt beläuft sich die Länge der Anblaszone auf mehr als 6 cm, insbesondere auf 6 bis 200 cm. Für den Fall, daß die Heizvorrichtung in einen Verstreckschritt integriert ist, beläuft sich die Länge der Anblaszone vorzugsweise auf 6 bis 20 cm. Für den Fall, daß die Heizvorrichtung in einen Fixierschritt integriert ist, beläuft sich die Länge der Anblaszone vorzugsweise auf 6 bis 120 cm, insbesondere 6 bis 60 cm.The heated heat transfer gas can be introduced into the thread running channel at any point. Preferably, the heat transfer gas is fed to the thread run channel in such a way that it can come into contact with the yarn along the entire thread run channel. The length of the blowing zone is preferably more than 6 cm, in particular 6 to 200 cm. In the event that the heating device is integrated in a stretching step, the length of the blowing zone is preferably 6 to 20 cm. In the event that the heating device is integrated in a fixing step, the length of the blowing zone is preferably 6 to 120 cm, in particular 6 to 60 cm.
Bevorzugt leitet man das Wärmeüberträgergas senkrecht zur Garnlaufrichtung in den Fadenlaufkanal, wobei das Wärmeüberträgergas einerseits vom laufenden Garn mitgerissen wird und die Erhitzungsvorrichtung über die Garnaustrittsöffnung zusammen mit dem laufenden Garn verläßt, und andererseits sich gegen die Garnlaufrichtung bewegt und die Erhitzungsvorrichtung über die Garneintrittsöffnung verläßt.The heat transfer gas is preferably conducted into the thread running channel perpendicularly to the direction of yarn travel, the heat transfer gas being entrained on the one hand by the running yarn and leaving the heating device together with the running yarn via the yarn exit opening, and on the other hand moving against the yarn travel direction and leaving the heating device via the yarn entry opening.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Wäremüberträgergas im mittleren Teil des Fadenlaufkanals auf einer Länge von etwa 1/4 bis 1/2 der Kanallänge aus kleinen Öffnungen senkrecht auf das Garn geblasen und entweicht in und gegen die Garnlaufrichtung aus dem Fadenlaufkanal. In einer ebenfalls bevorzugten Abwandlung dieser Ausführungsform erfolgt eine Queranblasung mit einer Absaugung auf den Gegenseite.In a preferred embodiment, the heat transfer gas is in the middle Part of the thread running channel is blown perpendicularly onto the yarn from small openings for a length of about 1/4 to 1/2 of the channel length and escapes in and against the direction of the yarn from the thread running channel. In a likewise preferred modification of this embodiment, cross-blowing with suction on the opposite side takes place.
Das Kontaktieren des Wärmeüberträgergases in der Erhitzungsvorrichtung mit dem laufenden Garn hat unter solchen Bedingungen zu erfolgen, daß sich das Garn innerhalb der Erhitzungsvorrichtung auf die gewünschte erhöhte Temperatur erwärmt und sich das Wärmeüberträgergas in der Erhitzungsvorrichtung praktisch nur sehr wenig abkühlt.The contacting of the heat transfer gas in the heating device with the running yarn has to take place under such conditions that the yarn inside the heating device heats up to the desired elevated temperature and the heat transfer gas in the heating device cools down very little.
Dem Fachmann stehen eine Reihe von Maßnahmen zur Verfügung, mit Hilfe derer diese Vorgaben eingestellt werden können. So ist es beispielsweise möglich, im Vergleich zur Garnmasse, die sich pro Zeiteinheit durch den Fadenkanal bewegt, relativ große Massen an Wärmeübertragungsgas pro Zeiteinheit durch den Fadenkanal strömen zu lassen, so daß sich trotz des effektiven und raschen Wärmeübergangs auf das Garn nur eine geringe Abkühlung des Wärmeübertragungsgases ergibt. Im Gegensatz zur Anblasung an praktisch einer Stelle des sich bewegenden Garnes ergibt sich beim Anblasen entlang einer gewissen Zone eine besonders intensive Wechselwirkung des Heizgases mit dem Garn, da die Grenzschicht zwischen Garn und umgebendem Medium in dieser Zone ständig weggerissen wird. Auf diese Weise ist es möglich, auch mit nur einer geringen Temperaturänderung des Gases ein effektives Aufheizen des Garnes zu erzielen. Die Steuerung des Temperaturverlaufs des Wärmeübertragungsgases läßt sich ferner durch Auswahl der Wärmekapazität des Gases oder durch die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in an sich bekannter Weise steuern.A number of measures are available to the person skilled in the art, by means of which these specifications can be set. For example, it is possible to allow relatively large masses of heat transfer gas to flow through the thread channel per unit time compared to the yarn mass that moves through the thread channel per unit time, so that despite the effective and rapid heat transfer to the thread, there is only a slight cooling of the heat transfer gas. In contrast to blowing on practically one point of the moving yarn, blowing along a certain zone results in a particularly intensive interaction of the heating gas with the yarn, since the boundary layer between the yarn and the surrounding medium in this zone is constantly torn away. In this way it is possible to achieve an effective heating of the yarn even with only a slight change in the temperature of the gas. The control of the temperature profile of the heat transfer gas can also be controlled by selecting the heat capacity of the gas or by the flow rate of the gas in a manner known per se.
Insbesondere ist es möglich, durch Einzelstellen- oder Gruppensteuerung, die Heizleistung so zu regeln, daß am Faden eine vorgegebene Temperatur herrscht, indem ein oder mehrere Meßfühler in Garnnähe über einen Regelkreis die Heizleistung regeln. Da die Zeitkonstante von elektronischen Regelkreisen unterhalb von 1 Sekunde liegt, können Anfahrvorgänge damit sehr schnell eingeregelt werden, so daß der Anteil an Vorlaufware, die außerhalb der gewünschten Spezifikationen liegt, erniedrigt wird, und Verlustwickel bzw. Umlegen auf verkaufbare Spulen dadurch entfallen.In particular, it is possible to control the heating power by means of individual point or group control so that a predetermined temperature prevails on the thread by one or more sensors in the vicinity of the yarn regulating the heating power by means of a control circuit. Because the time constant of electronic control loops is below of 1 second, start-up processes can thus be regulated very quickly, so that the proportion of lead goods that lie outside the desired specifications is reduced, and loss wrap or switching to salable bobbins are thus eliminated.
Die Temperatur des Wärmeüberträgergases in der Erhitzungsvorrichtung ändert sich unter den Betriebsbedingungen im Regelfall nur unwesentlich; d.h. dieses Gas erfährt beim Passieren durch die Erhitzungsvorrichtung keine nennenswerte Temperaturänderung. Dies ist durch geeignete Isolation der gasführenden Teile der Vorrichtung zu erreichen.The temperature of the heat transfer gas in the heating device generally changes only insignificantly under the operating conditions; i.e. this gas does not undergo any appreciable change in temperature when it passes through the heating device. This can be achieved by suitable insulation of the gas-carrying parts of the device.
Als besonderer Vorteil ist anzusehen, daß durch die oben geschilderte Regelung der Temperatur die Verluste der Wärme zwischen Heizvorrichtung und Garn unberücksichtigt bleiben können, weil die Erhitzungsvorrichtung nach der Temperatur nahe dem Garn gesteuert wird. Dadurch kann die aufwendige Wandheizung in der Luftführung zwischen Heizvorrichtung und Garn vermieden werden. Selbst Schwankungen in der Isolationswirkung von Stelle zu Stelle können durch diese Art der Regelung ausgeregelt werden.A particular advantage is to be seen in the fact that the temperature control described above can ignore the heat losses between the heating device and the yarn, because the heating device is controlled according to the temperature close to the yarn. As a result, the expensive wall heating in the air duct between the heating device and the yarn can be avoided. Even fluctuations in the insulation effect from place to place can be compensated for by this type of regulation.
Als besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verstreckverfahrens wird angesehen, daß Fasern mit einer erhöhten Festigkeit und hoher Dimensionsstabilität erzeugt werden können. Die Obergrenze der Temperatur des Wärmeüberträgergases ist beim erfindungsgemäßen Verfahren weniger kritisch, da das kompakte Garn wegen seines Wärmeinhaltes der Heißgastemperatur nicht sofort folgt. Hier kann also durchaus auch mit Temperaturen des Wärmeüberträgergases gearbeitet werden, die höher als die Schmelztemperatur des Garnmaterials sind.It is considered a particular advantage of the drawing process according to the invention that fibers with increased strength and high dimensional stability can be produced. The upper limit of the temperature of the heat transfer gas is less critical in the method according to the invention, since the compact yarn does not immediately follow the hot gas temperature because of its heat content. It is therefore also possible to work with temperatures of the heat transfer gas that are higher than the melting temperature of the yarn material.
Zur Abschätzung eines geeigneten Wertes an Durchsatz des Wärmeüberträgergases durch die Erhitzungsvorrichtung dient ein xL-Wert, der vorzugsweise überschritten werden sollte. Dieser Wert xL läßt sich nach folgender Formel berechnen:
Dabei bedeuten:
- XL =
- Gasdurchsatz in Nm³/h (Nm = Normkubikmeter)
- v =
- Garngeschwindigkeit in m/min
- fd =
- Garntiter in dtex
- cpf=
- Wärmekapazität des Garnmaterials in kJ/Kg * K
- qL =
- Dichte des Wärmeüberträgergases in kg/m³
- cpl=
- Wärmekapazität des Wärmeüberträgergases in kJ/Kg * K
Here mean:
- X L =
- Gas throughput in Nm³ / h (Nm = standard cubic meter)
- v =
- Yarn speed in m / min
- fd =
- Yarn titer in dtex
- c pf =
- Heat capacity of the yarn material in kJ / Kg * K
- q L =
- Density of the heat transfer gas in kg / m³
- c pl =
- Heat capacity of the heat transfer gas in kJ / Kg * K
In einer besonders bevorzugten Variante läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung hochfester Multifilamentgarne, vorzugsweise auf Polyesterbasis, insbesondere auf Basis von Polyethylenterephtalat, einsetzen.In a particularly preferred variant, the process according to the invention can be used in the production of high-strength multifilament yarns, preferably based on polyester, in particular based on polyethylene terephthalate.
Im Falle von Polyethylenterephthalat-Multifilamenten wird die über die Temperatur des Wärmeüberträgergases gesteuerte Verstreck-/Fixiertemperatur üblicherweise im Bereich von 160 bis 250 °C, vorzugsweise von 210 bis 240 °C, gewählt. Die Verstreckspannung beträgt üblicherweise 1,5 bis 3,0 cN/dtex, vorzugsweise 2,3 bis 2,8 cN/dtex, bezogen auf den Endtiter.In the case of polyethylene terephthalate multifilaments, the drawing / fixing temperature controlled by the temperature of the heat transfer gas is usually selected in the range from 160 to 250 ° C., preferably from 210 to 240 ° C. The drawing tension is usually 1.5 to 3.0 cN / dtex, preferably 2.3 to 2.8 cN / dtex, based on the final titer.
Auf diese Art und Weise verstreckte und fixierte Polyester-Multifilamentgarne besitzen überraschenderweise eine um etwa 5 bis 10 cN/tex höhere Festigkeit als Polyester-Multifilamentgarne, die unter Verwendung konventioneller Wärmequellen verstreckt worden sind.Polyester multifilament yarns stretched and fixed in this way surprisingly have a strength that is about 5 to 10 cN / tex higher than polyester multifilament yarns that have been drawn using conventional heat sources.
Unerwarteterweise zeigen Polyesterfasern, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einstufig verstreckt worden sind (z.B. Verstrecken zwischen Liefer- und Abzugsgaletten mit dazwischengeschalteter Heizvorrichtung), einen sehr hohen Fixiergrad und einen sehr hohen Kristallisationsgrad auf, besitzen niedrige Restschrumpfwerte und damit eine hohe Dimensionsstabilität. Diese Fasern sind nach der einstufigen Verstreckung als schrumpfarme Fasern technisch einsetzbar und weisen bei 180°C einen Schrumpf von weniger als 8 % auf.Unexpectedly, polyester fibers which have been drawn in one step by the process according to the invention (for example drawing between delivery and take-off godets with an intermediate heating device) show a very high level Degree of fixation and a very high degree of crystallization, have low residual shrinkage values and thus high dimensional stability. After the single-stage stretching, these fibers can be used industrially as low-shrink fibers and have a shrinkage of less than 8% at 180 ° C.
Um schrumpfarme Polyesterfasern nach herkömmlichen Verfahren herzustellen, ist eine zweite Verfahrensstufe notwendig, in der ein Teil des Schrumpfes bei hoher Temperatur herausgelassen wird. Wegen des Rückganges der Fadenorientierung beim Schrumpfen sind diese Fäden anfällig gegen Nachverdehnung im Weiterverarbeitungsprozeß. Dagegen weisen die erfindungsgemäß hergestellten Polyesterfasern schon niedrige Schrumpfwerte bei höchster Orientierung der Moleküle auf. Eine Nachverdehnung ist dann praktisch nicht mehr möglich. Die auf diese Weise erhältlichen Fasern können durch Festigkeitsindex FI und molekulare Orientierung MO bzw. durch Nachgiebigkeit NG und Speichermodulindex SP gekennzeichnet werden.In order to produce low-shrink polyester fibers by conventional methods, a second process step is necessary, in which part of the shrinkage is let out at high temperature. Because of the decrease in thread orientation during shrinking, these threads are susceptible to post-stretching in the further processing process. In contrast, the polyester fibers produced according to the invention already have low shrinkage values with the highest orientation of the molecules. Subsequent expansion is then practically no longer possible. The fibers obtainable in this way can be characterized by strength index FI and molecular orientation MO or by compliance NG and storage module index SP.
Die Erfindung betrifft daher auch Polyesterfasern, insbesondere Multifilamente, erhältlich durch das erfindungsgemäße Verstreckverfahren, die durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet sind: Festigkeitsindex FI von größer gleich 50, insbesondere von 58 bis 65, und molekulare Orientierung MO von größer gleich 20, insbesondere von 25 bis 35, bzw. durch Nachgiebigkeit NG von kleiner gleich 12, insbesondere von 2 bis 8, und Speichermodulindex SP von größer gleich 100, insbesondere von 115 bis 150, bzw. durch eine Kombination der Parameter FI, MO, NG und SP in den oben angegebenen Bereichen, wobei
worin a₁ = 1 * (tex/cN), a₂ = 1 * (1/%), a₃ = 10 * (sec/km) und a₄ = 10 * (1/%) bedeuten, F die Feinheitsfestigkeit in cN/tex, D die Höchstzugkraftdehnung in %, S der Schrumpf in % bei 200°C im Umluftofen gemessen, SG die Schallgeschwindigkeit in km/sec gemessen bei 25°C, KAO die Kristallit-Achsen Orientierung in % ausgedrückt durch die "Hermannsche Orientierungs-Funktion" und KG den Kristallisationsgrad in % gemessen nach der Methode der Dichte-Gradienten-Säule bedeutet.The invention therefore also relates to polyester fibers, in particular multifilaments, obtainable by the drawing process according to the invention, which are characterized by the following properties: strength index FI greater than or equal to 50, in particular from 58 to 65, and molecular orientation MO greater than or equal to 20, in particular from 25 to 35 , or by resilience NG of less than or equal to 12, in particular from 2 to 8, and memory module index SP of greater than or equal to 100, in particular from 115 to 150, or by a combination of the parameters FI, MO, NG and SP in the ranges specified above , in which
where a₁ = 1 * (tex / cN), a₂ = 1 * (1 /%), a₃ = 10 * (sec / km) and a₄ = 10 * (1 /%), F is the tenacity in cN / tex, D the maximum tensile force elongation in%, S the shrinkage in% at 200 ° C measured in a convection oven, SG the speed of sound in km / sec measured at 25 ° C, KAO the crystallite axes Orientation expressed in% by the "Hermann orientation function" and KG means the degree of crystallization in% measured by the density gradient column method.
Die den obigen Definitionen für FI, MO, NG und SP zugrunde liegenden Größen werden wie folgt ermittelt:
Die Feinheitsfestigkeit F und die Höchstzugkraftdehnung D werden gemäß DIN 53834 bestimmt.The quantities on which the above definitions for FI, MO, NG and SP are based are determined as follows:
The tenacity F and the maximum tensile strain D are determined in accordance with DIN 53834.
Der Schrumpf S wird durch Wärmebehandlung in einem Umluftofen bei 200°C und einer Verweilzeit von 5 Minuten ausgelöst und dann bei einer Belastung, die dem Gewicht von 500 Metern des Ausgangsgarnes entspricht, gemessen.The shrinkage S is triggered by heat treatment in a forced air oven at 200 ° C. and a dwell time of 5 minutes and then measured under a load that corresponds to the weight of 500 meters of the starting yarn.
Die Schallgeschwindigkeit SG wird bei einer Belastung von 1 cN/dtex mit einem Dynamic Modulus Tester PPM-5 der Firma Morgan & Co./Massachusetts USA gemessen.The speed of sound SG is measured at a load of 1 cN / dtex using a dynamic modulus tester PPM-5 from Morgan & Co./Massachusetts USA.
Der Kristallisationsgrad KG wird aus der Dichte nach dem Zweiphasen-Modell bestimmt, wobei für die Dichte der amorphen Phase 1,331 g/cm³ und für die Dichte der kristallinen Phase 1,455 g/cm³ angenommen werden. Die Dichte wird mittels Gradienten Methode in Zinkchlorid/Wasser gemessen.The degree of crystallization KG is determined from the density according to the two-phase model, assuming 1.331 g / cm³ for the density of the amorphous phase and 1.455 g / cm³ for the density of the crystalline phase. The density is measured using the gradient method in zinc chloride / water.
Die Kristallit-Achsen Orientierung KAO wird durch die "Hermannsche Orientierungs-Funktion"
Die erfindungsgemäßen Polyesterfasern lassen sich vorteilhaft auf allen denjenigen Gebieten einsetzen, in denen hochfeste, hochmodulige und schrumpfarme Fasern Verwendung finden.The polyester fibers according to the invention can advantageously be used in all those areas in which high-strength, high-modulus and low-shrinkage fibers Find use.
Vorzugsweise setzt man die erfindungsgemäßen Polyesterfasern als Verstärkungsmaterialien für Kunststoffe oder zur Herstellung von textilen Flächengebilden, wie Geweben, Gewirken oder Gestricken, ein.The polyester fibers of the invention are preferably used as reinforcing materials for plastics or for the production of textile fabrics, such as woven, knitted or knitted fabrics.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Polyesterfasern betrifft die Verwendung als Verstärkungsmaterialien für Elastomere, insbesondere zur Herstellung von Fahrzeugreifen oder von Förderbändern.A preferred area of application of the polyester fibers according to the invention relates to their use as reinforcing materials for elastomers, in particular for the production of vehicle tires or conveyor belts.
Eine weitere bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Polyesterfasern betrifft die Herstellung von dimensionsstabilen textilen Flächengebilden, wie Abdeckplanen.Another preferred use of the polyester fibers according to the invention relates to the production of dimensionally stable textile fabrics, such as tarpaulins.
Die folgenden Beispiele beschreiben die Erfindung ohne sie zu begrenzen. Die in diesen Beispielen angegebenen Werte für FI, MO, NG und SP wurden anhand der weiter oben gegebenen Definitionen und beschriebenen Messungen für F, D, S, SG, KAO und KG ermittelt. Viskositätsangaben in den folgenden Beispielen beziehen sich auf die intrinsische Viskosität, gemessen an Lösungen des Polyesters in o-Chlorphenol bei 25°C.The following examples describe the invention without limiting it. The values for FI, MO, NG and SP given in these examples were determined using the definitions given above and the measurements described for F, D, S, SG, KAO and KG. Viscosity data in the following examples relate to the intrinsic viscosity, measured on solutions of the polyester in o-chlorophenol at 25 ° C.
Polyethylenterephthalat (PET) wird in üblicher Weise schmelzgesponnen und über ein einstufiges Streckwerk bestehend aus Liefer- und Abzugsgaletten verstreckt. Beispiele 1 bis 6 beschreiben Ausführungsformen, bei denen die erfindungsgemäße Heizvorrichtung verwendet wird, während Beispiel 7 einen handelsüblichen hochfesten und hochmoduligen PET-Faden betrifft, der ohne die erfindungsgemäße Heizvorrichtung hergestellt worden ist. Die folgenden Tabellen Ia, Ib und Ic geben die Verfahrensbedingungen sowie die Eigenschaften der erhaltenen Fäden wieder.
Die Ergebnisse in der Tabelle Ic sind in den Figuren 1 und 2 graphisch dargestellt.The results in Table Ic are shown graphically in FIGS. 1 and 2.
Claims (20)
berechnet wird und v = Garngeschwindigkeit in m/min, fd = Garntiter in dtex, cpf= Wärmekapazität des Garnmaterials in kJ/(kg * K), qL = Dichte des Wärmeüberträgergases in kg/m³, und cpl= Wärmekapazität des Wärmeüberträgergases in kJ/(kg * K) bedeutet.A method according to claim 1, characterized in that the throughput of the heat transfer gas through the heating device is at least x L in Nm³ / h, X L according to the formula
is calculated and v = yarn speed in m / min, fd = yarn titer in dtex, c pf = heat capacity of the yarn material in kJ / (kg * K), q L = density of the heat transfer gas in kg / m³, and c pl = heat capacity of the heat transfer gas in kJ / (kg * K) means.
worin a₁ = 1 * (tex/cN), a₂ = 1 * (1/%) und a₃ = 10 * (sec/km) bedeuten, F die Feinheitsfestigkeit in cN/tex, D die Höchstzugkraftdehnung in %, S der Schrumpf in % bei 200°C im Umluftofen gemessen und SG die Schallgeschwindigkeit in km/sec gemessen bei 25°C, bedeuten.Polyester fibers, in particular multifilaments, with a strength index FI of greater than or equal to 50 and a molecular orientation MO of greater than or equal to 20, wherein
where a₁ = 1 * (tex / cN), a₂ = 1 * (1 /%) and a₃ = 10 * (sec / km) mean F the tenacity in cN / tex, D the maximum tensile strength elongation in%, S the shrinkage in % measured at 200 ° C in a convection oven and SG means the speed of sound in km / sec measured at 25 ° C.
worin a₁ = 1 * (tex/cN), a₂ = 1 * (1/%), a₃ = 10 * (sec/km) und a₄ = 10 * (1/%) bedeuten, F die Feinheitsfestigkeit in cN/tex, D die Höchstzugkraftdehnung in %, S der Schrumpf in % bei 200°C im Umluftofen gemessen, SG die Schallgeschwindigkeit in km/sec gemessen bei 25°C, KAO die Kristallit-Achsen Orientierung in % ausgedrückt durch die "Hermannsche Orientierungs-Funktion" und KG den Kristallisationsgrad in %, gemessen nach der Methode der Dichte-Gradienten-Säule, bedeuten.Polyester fibers, in particular multifilaments, with a resilience NG of less than or equal to 12 and a storage module index SP of more than or equal to 100, wherein
where a₁ = 1 * (tex / cN), a₂ = 1 * (1 /%), a₃ = 10 * (sec / km) and a₄ = 10 * (1 /%), F is the tenacity in cN / tex, D the maximum tensile force elongation in%, S the shrinkage in% measured at 200 ° C in a convection oven, SG the speed of sound in km / sec measured at 25 ° C, KAO the crystallite axis orientation in% expressed by the "Hermann orientation function" and KG means the degree of crystallization in%, measured by the density gradient column method.
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