EP0579083B1 - Verfahren zum Verstrecken von erhitzten Garnen, damit erhältliche Polyesterfasern sowie deren Verwendung - Google Patents

Verfahren zum Verstrecken von erhitzten Garnen, damit erhältliche Polyesterfasern sowie deren Verwendung Download PDF

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EP0579083B1
EP0579083B1 EP93110712A EP93110712A EP0579083B1 EP 0579083 B1 EP0579083 B1 EP 0579083B1 EP 93110712 A EP93110712 A EP 93110712A EP 93110712 A EP93110712 A EP 93110712A EP 0579083 B1 EP0579083 B1 EP 0579083B1
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EP
European Patent Office
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yarn
heat transfer
transfer gas
heating
yarns
Prior art date
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EP93110712A
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EP0579083A1 (de
Inventor
Ingolf Dr. Jacob
Josef Geirhos
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Invista Technologies SARL Switzerland
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Hoechst AG
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Publication date
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    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J1/00—Modifying the structure or properties resulting from a particular structure; Modifying, retaining, or restoring the physical form or cross-sectional shape, e.g. by use of dies or squeeze rollers
    • D02J1/22—Stretching or tensioning, shrinking or relaxing, e.g. by use of overfeed and underfeed apparatus, or preventing stretch
    • D02J1/224—Selection or control of the temperature during stretching
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J13/00—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass
    • D02J13/001—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass in a tube or vessel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core
    • Y10T428/2964—Artificial fiber or filament
    • Y10T428/2967—Synthetic resin or polymer
    • Y10T428/2969—Polyamide, polyimide or polyester

Definitions

  • the present invention relates to a method using the same high-speed yarns quickly, gently and evenly across the cross-section a desired elevated temperature can be heated, polyester multifilaments higher Strength, high modulus and low shrinkage, which after the Process according to the invention can be produced, and the use these fibers as reinforcing materials or for the production of textiles Fabrics.
  • Heating processes play a major role; there are therefore already a large number of Heating methods and heating devices are known (see for example DE-A-1 660 314).
  • the speed of heat transfer depends essentially on Temperature differences between the heat supplier and the object to be heated. Around To achieve the fastest possible heat transfer is usually chosen as far as possible high excess temperatures of the heating medium. An excessively high temperature however leads to overheating of parts of the yarn bundle, such as those hanging out Single filaments or loops. The demands for faster and gentle treatment is therefore in the opposite direction.
  • DE-A-3,431,831 describes a process for drawing polyester yarns known in which is stretched on a strip mill. The procedure is at reduced speeds. Details on how to heat the This document does not show running yarns.
  • a heating chamber for running yarns in which the threads are treated with saturated water vapor of more than 2 bar.
  • the Heating chamber is through a special way of sealing the yarn entry and exit characterized with a good sealing effect, which is a simple Threading allowed and with a quick adjustment of the operating state threading is possible.
  • the heat transfer takes place especially through condensation of the saturated steam on the yarn in the heating chamber, whereby a high uniformity of the treatment temperature is achieved.
  • the Yarn emerging from the heating chamber generally contains condensed yarn Water that evaporates again in the following steps.
  • the treatment temperature in this heating chamber cannot easily be varied, 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 heated on its outer circumference on, which is arranged vertically or obliquely.
  • To improve the Heat transfer to the running yarn is on the yarn inlet side of the Thread guide tube set an air nozzle through which fresh air into the Thread running ear is blown. With this device, the heat treatment be made more effective. The actual heating of the fresh air takes place only in the heating device itself. With this heating device no one 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 equipped with a suction pipe connected.
  • the device is through a special arrangement of the feed and Discharges for the hot air and the heater for the hot air featured; Furthermore, inlet and outlet nozzles are on the thread channels for the supply and removal of the yarns provided.
  • precise temperature control and a large temperature equality within the Device can be achieved.
  • the yarns are from an even flow of hot air directly surrounding, which means an even heating of the yarns at constant Temperature and air speed results.
  • the device requires suction the used warm air via a separate suction pipe.
  • From DE utility model 83 12 985 is a device for texturing Yarns known in which a heating device is provided, in which Warm air heats a running yarn in a thread channel.
  • the device is through the special type of air flow in the thread channel, each one Flow line between at least two return lines for the hot air having. With the device, the lowest possible temperature drop in Thread channel can be achieved between its input and output.
  • the yarn will similar to an injector nozzle hit at one point by the hot air and then yarn and air move together or opposite, whereby the Air loses temperature.
  • GB-A-1,216,519 describes a method for heating a thermoplastic Yarn known, using a device designed as a contact heater becomes.
  • a continuously moving yarn is passed through a thread channel configured as a capillary.
  • the inner diameter of the Thread channel is chosen so that fluids do not exist within this channel can move freely, but due to the capillary nature of the thread channel results in a sealing effect.
  • a pressure is placed in this thread channel standing heating fluid, for example air, superheated steam or saturated steam, initiated so that this along the direction of yarn together with the The yarn can move through the heating channel and the yarn is plasticized by contact.
  • DE-PS-967,805 describes a method and a device for fixing known yarns when generating false twist.
  • the procedure involves the contactless movement of a surface-moistened and twisted yarn by a heater that contains hot air.
  • the fixation the false twist takes place using a high relative movement between the hot air and the moving yarn.
  • it will Process designed so that there is a high temperature gradient between the Hot air and the yarn trains; the surface is then moistened the purpose of protecting the yarn from thermal damage.
  • DE-AS-1,908,594 describes a device for the heat treatment of relaxed synthetic yarn known in which a yarn through a hollow Heating cylinder is passed. At the yarn inlet, one with a primary gas flow is off Fuel gas operated injector is provided, which is designed as an annular nozzle, and a additional inlet for a secondary gas flow. The device is thereby characterized in that the additional inlet for the secondary gas stream so is arranged that this current seen in the direction of movement of the yarn behind the injector orifice in the heating cylinder meets the primary gas flow.
  • the device is intended to avoid the formation of eddies in the heating cylinder and the quality of the treated yarns should be improved. The danger of Vortex formation occurs because the primary gas flow is relatively high Speed enters the heating cylinder and slows down there.
  • DE-A-2,347,139 describes a method for texturing thermoplastic Yarn known that fixation of the twisted yarn by means of hot steam includes the speed of sound through the heater is passed through.
  • the heating medium is also supplied here at the yarn entry point of the heating device by means of an annular nozzle.
  • the procedure is characterized by high productivity.
  • the yarn is heated by contact with a comparatively small mass of turbulent, fast flowing steam, this steam being a compared to desired end temperature of the running yarn has increased temperature.
  • DE-A-3,344,215 is a yarn heater with a heated yarn path known.
  • This heater is characterized in that it contains means by which a heated medium in the area of the yarn inlet on a lengthways this Moving yarn strikes.
  • the supply of the heating medium is also done here by means of an annular nozzle. With the heater, the heating output should be increased so that shorter heaters can be used than usual.
  • This publication provides details on the temperature profile in the thread channel not to be removed.
  • the object of the present invention was to provide a simple method for To provide stretching of heated free-running yarn in the said Yarns should be warmed as gently and evenly as possible.
  • Heating device high-speed yarns which are moving at a speed of more than 300 m / min based on the speed of the yarn when leaving the heating device, move in a gentle manner in a can heat and stretch the desired elevated temperature.
  • 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 movement of the heat transfer gas (convection) than by heat transfer by means of a temperature gradient.
  • 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.
  • 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 from inorganic material for example glass, carbon or metal yarns, and yarns made from organic material, e.g. yarns based on aliphatic or aromatic polyamide, polyester, in particular polyethylene terephthalate, or polyacrylonitrile, can be used.
  • high-speed is customary Speeds of more than 300 m / min, preferably 400 to 6000 m / min, to understand in particular 400 to 3000 m / min; this information relates to the speed of exiting the heater.
  • any gases can be used as the heat transfer gas the yarn to be heated is inert under the respective treatment conditions are.
  • gases are nitrogen, argon or, in particular, air.
  • the Gases can also contain additives, for example a certain content of Humidity; however, the moisture content must not be so high that in the Heating device a significant condensation takes place on the yarn.
  • the heat transfer gas can be preheated in any conventional manner will; for example by contact with a heat exchanger, passing through by heated pipes or by direct heating via heating spirals.
  • the temperature of the preheated heat transfer gas is higher than that in the individual case desired yarn temperature; the heat transfer gas is preferably heated to temperatures up to 20 ° C above and ensures that between the Preheating and the actual heating of the yarn is not worth mentioning Temperature drop occurs.
  • the heated heat transfer gas can be placed anywhere in the thread run channel be introduced.
  • the heat transfer gas is preferably conducted to the Thread run channel in such a way that this along the entire thread run channel can come into contact with the yarn.
  • the length is preferably the blowing zone to more than 6 cm, in particular to 6 to 200 cm. In the case, the length is that the heating device is integrated in a drawing step the blowing zone preferably to 6 to 20 cm. In the event that Heating device is integrated in a fixing step, the length of the Blow zone preferably to 6 to 120 cm, in particular 6 to 60 cm.
  • the heat transfer gas is preferably passed in perpendicular to the direction of the yarn the thread run channel, the heat transfer gas on the one hand from the current Yarn is entrained and the heating device through the yarn outlet leaves together with the running yarn, and on the other hand against the direction of the yarn moves and the heater over the yarn inlet leaves.
  • the heat transfer gas is in the middle Part of the thread channel over a length of about 1/4 to 1/2 of the channel length blown small openings perpendicular to the yarn and escapes in and against the thread running direction from the thread run channel.
  • this embodiment is carried out with a cross-blowing Extraction on the opposite side.
  • the temperature of the heat transfer gas in the heater changes are only insignificant under the operating conditions; i.e. this gas does not experience any noteworthy when passing through the heating device Temperature change. This is due to suitable insulation of the gas-carrying parts of the To achieve device.
  • a particular advantage is that the regulation described above the temperature loss of heat between the heater and yarn can be disregarded because the heating device after the Temperature is controlled near the yarn. This can make the elaborate Avoid wall heating in the air duct between the heater and yarn will. Even fluctuations in the insulation effect from place to place can be regulated by this type of regulation.
  • a particular advantage of the stretching process according to the invention is considered fibers with increased strength and high Dimensional stability can be generated.
  • the upper limit of the temperature of the Heat transfer gas is less critical in the method according to the invention because the compact yarn because of its heat content of the hot gas temperature not follows immediately.
  • temperatures of Heat transfer gas can be worked that is higher than the melting temperature of the yarn material.
  • Preferred X L values for a specific yarn material and heat transfer material are in the range of the values calculated by the above formula up to four times this value.
  • a common X L value is 2.2 Nm 3 / h.
  • the method according to the invention can be in the production of high-strength multifilament yarns, preferably based on polyester, especially based on polyethylene terephthalate.
  • the temperature of the heat transfer gas controlled drawing / fixing temperature usually 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 surprisingly have about 5 to 10 cN / tex higher strength than Polyester multifilament yarns using conventional heat sources have been stretched.
  • polyester fibers show that according to the invention Processes have been stretched in one step (e.g. stretching between delivery and Discharge godets with an intermediate heater), a very high one Degree of fixation and a very high degree of crystallization have low Residual shrinkage values and thus high dimensional stability. These fibers are After the single-stage stretching, technically usable as low-shrink fibers and have a shrinkage of less than 8% at 180 ° C.
  • polyester fibers In order to produce low-shrinkage polyester fibers by conventional methods a second stage of the process is necessary, in which part of the shrinkage at high Temperature is let out. Because of the decline in thread orientation when shrinking, these threads are susceptible to post-expansion in Finishing process. In contrast, the manufactured according to the invention Polyester fibers already have low shrinkage values with maximum orientation Molecules on. Subsequent expansion is then practically no longer possible.
  • the on Fibers obtainable in this way can be determined by strength index Fl and molecular Orientation MO or through compliance NG and memory module index SP be marked.
  • the tenacity F and the maximum tensile elongation D are according to DIN 53834 determined.
  • the shrink S is made by heat treatment in a forced air oven at 200 ° C and a dwell time of 5 minutes and then with a load that corresponds to the Weight of 500 meters of the original yarn is measured.
  • the speed of sound SG is with a load of 1 cN / dtex Dynamic Modulus Tester PPM-5 from Morgan & Co./Massachusetts USA measured.
  • the degree of crystallization KG is determined from the density according to the two-phase model, 1.331 g / cm 3 being assumed for the density of the amorphous phase and 1.455 g / cm 3 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 multifilaments according to the invention can advantageously be used on all of them Use areas in which high-strength, high-modulus and low-shrink fibers Find use.
  • polyester multifilaments according to the invention are preferably used as Reinforcement materials for plastics or for the production of textiles Fabrics such as woven, knitted or crocheted.
  • a preferred area of use of the polyester multifilaments according to the invention relates to Use as reinforcing materials for elastomers, especially for Manufacture of vehicle tires or conveyor belts.
  • polyester multifilaments according to the invention relates to the manufacture of dimensionally stable textile fabrics, such as tarpaulins.
  • Viscosity data in the following examples refer to the intrinsic viscosity. measured by 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.

Landscapes

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren mit Hilfe dessen schnellaufende Garne schnell, schonend und gleichmäßig über den Querschnitt auf eine gewünschte erhöhte Temperatur erhitzt werden können, Polyestermultifilamente 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.
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 (siehe beispielsweise DE-A-1 660 314).
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.
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.
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.
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.
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 durch 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man berührungslos durch eine Erhitzungsvorrichtung schnellaufende Garne, die sich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 300 m/min, bezogen auf die Geschwindigkeit des Garnes beim Verlassen der Erhitzungseinrichtung, bewegen, auf schonende Art und Weise auf eine gewünschte erhöhte Temperatur erhitzen und verstrecken kann.
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.
    • 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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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: XL = 1,5*10-5 * (v * fd * cpf)/(qL * Cpl). 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
    Bevorzugte XL-Werte für ein bestimmtes Garnmaterial und Wärmeüberträgermaterial bewegen sich im Bereich der durch die obige Formel errechneten Werte bis zum Vierfachen dieses Wertes. Ein üblicher XL-Wert beläuft sich auf 2,2 Nm3/h.
    In einer besonders bevorzugten Variante läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung hochfester Multifilamentgarne, vorzugsweise auf Polyesterbasis, insbesondere auf Basis von Polyethylenterephtalat, einsetzen.
    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.
    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.
    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.
    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 Fl und molekulare Orientierung MO bzw. durch Nachgiebigkeit NG und Speichermodulindex SP gekennzeichnet werden.
    Die Erfindung betrifft daher auch Polyestermultifilamente, erhältlich durch das erfindungsgemäße Verstreckverfahren, die durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet sind: Festigkeitsindex Fl 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 Fl, MO, NG und SP in den oben angegebenen Bereichen, wobei FI = a1 * F - a2 * D - a2 * S, MO = a3 * SG - a2 * D - a2 * S, NG = a2 * D + a2 * S - a4 * KAO, und SP = a1 * F - 4 * (a2 * D + a2 * S) + A4 * KAO + a3 * SG - a2 * KG, 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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    Die Kristallit-Achsen Orientierung KAO wird durch die "Hermannsche Orientierungs-Funktion" fc = 1/2*(3*<cos2(theta)>-1) ausgedrückt. Gemessen wird die azimutale Intensitäts-Verteilung des (-1,0,5) Reflexes von Polyethylenterephthalat und daraus nach der oben angegebenen Formel fc errechnt. Die Röntgen-Untersuchungen wurden mit Hilfe des Röntgen-Diffraktomerters D 500 (Siemens) nach der Methode von Biangardi, Schriftenreihe "Kunststoff-Forschung" 1, TU-Berlin, durchgeführt.
    Die erfindungsgemäßen Polyestermultifilamente lassen sich vorteilhaft auf allen denjenigen Gebieten einsetzen, in denen hochfeste, hochmodulige und schrumpfarme Fasern Verwendung finden.
    Vorzugsweise setzt man die erfindungsgemäßen Polyestermultifilamente als Verstärkungsmaterialien für Kunststoffe oder zur Herstellung von textilen Flächengebilden, wie Geweben, Gewirken oder Gestricken, ein.
    Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Polyestermultifilamente betrifft die Verwendung als Verstärkungsmaterialien für Elastomere, insbesondere zur Herstellung von Fahrzeugreifen oder von Förderbändern.
    Eine weitere bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Polyestermultifilamente betrifft die Herstellung von dimensionsstabilen textilen Flächengebilden, wie Abdeckplanen.
    Die folgenden Beispiele beschreiben die Erfindung ohne sie zu begrenzen. Die in diesen Beispielen angegebenen Werte für Fl, 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.
    Beispiele 1 bis 7:
    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.
    Figure 00150001
    Figure 00160001
    Figure 00170001
    Die Ergebnisse in der Tabelle Ic sind in den Figuren 1 und 2 graphisch dargestellt.

    Claims (20)

    1. Verfahren zum Verstrecken und Erhitzen von berührungslos durch eine Erhitzungsvorrichtung schnellaufenden Garnen, die sich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 300 m/min, bezogen auf die Geschwindigkeit des Garnes beim Verlassen der Erhitzungseinrichtung, bewegen, umfassend die Schritte:
      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 Garnes erfolgt, und
      iii) Spannen des berührungslos durch die Erhitzungsvorrichtung laufenden Garnes in einer solchen Weise, daß dieses beim Durchlaufen durch besagte Erhitzungsvorrichtung eine Verstreckung erfährt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenkanal zusätzlich beheizt ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeüberträgergas Stickstoff, Argon oder insbesondere Luft verwendet wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeüberträgergas im wesentlichen entlang des gesamten Laufweges des Garnes in der Erhitzungsvorrichtung auf dieses Garn aufgebracht wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeüberträgergas radial von außen nach innen gerichtet auf das laufende Garn einströmt.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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 wird und in und gegen die Garnlaufrichtung aus dem Fadenlaufkanal entweicht.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung durch Einzelstellen- oder Gruppensteuerung so geregelt wird, daß am Garn eine vorgegebene Temperatur herrscht, indem ein oder mehrere Meßfühler in Garnnähe über einen Regelkreis die Heizleistung regeln.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz des Wärmeüberträgergases durch die Erhitzungsvorrichtung mindestens xL in Nm3/h beträgt, wobei XL nach der Formel xL = 1,5*10-5 * (v * fd * cpf) / (qL * cpl). 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.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz des Wärmeüberträgergases durch die Erhitzungsvorrichtung zwischen xL und 4 * xL gewählt wird.
    10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Garn um ein Multifilamentgarn auf Polyesterbasis, insbesondere auf der Basis von Polyethylenterephthalat handelt, daß das Wärmeüberträgergas auf eine Temperatur von 160 bis 250 °C vorgewärmt ist, und eine Streckspannung von 1,5 bis 3,0 cN/dtex, vorzugsweise 2,3 bis 2,8 cN/dtex, bezogen auf den Endtiter, eingestellt wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstreckung des Garnes einstufig erfolgt.
    12. Polyestermultifilamente mit einem Garntiter von 50-2500 dtex, erhalten durch das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1-11, mit einem Festigkeitsindex FI von größer gleich 50, und einer molekularen Orientierung MO von größer gleich 20, wobei FI = a1 * F - a2 * D - a2 * S, und MO = a3 * SG - a2 * D - a2 * S, 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.
    13. Polyestermultifilamente nach Anspruch 12, mit einer Nachgiebigkeit NG von kleiner gleich 12 und einem Speichermodulindex SP von größer gleich 100, wobei NG = a2 * D + a2 * S - a4 * KAO, und SP = a1 * F - 4 * (a2 * D + a2 * S) + A4 * KAO + a3 * SG - a2 * KG, 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.
    14. Polyestermultifilamente nach Anspruch 12 und 13 mit einem Festigkeitsindex Fl von größer gleich 50, einer molekularen Orientierung MO von größer gleich 20, einer Nachgiebigkeit NG von kleiner gleich 12 und einem Speichermodulindex SP von größer gleich 100, wobei Fl, MO, NG und SP die in den Ansprüchen 12 und 13 definierten Bedeutungen aufweisen.
    15. Polyestermultifilamente gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Fl 58 bis 65 bedeutet, MO 25 bis 35 ist, NG 2 bis 8 bedeutet und SP 115 bis 150 ist.
    16. Polyestermultifilamente gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester Polyethylenterephthalat ist.
    17. Verwendung von Polyestermultifilamenten gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16 als Verstärkungsmaterialien für Kunststoffe oder zur Herstellung von textilen Flächengebilden.
    18. Verwendung von Polyestermultifilamenten gemäß einem der Ansprüche 12-16 als Verstärkungsmaterialien für Elastomere.
    19. Verwendung von Polyestermultifilamenten gemäß einem der Ansprüche 12-16 zur Herstellung von Fahrzeugreifen oder von Förderbändern.
    20. Verwendung von Polyestermultifilamenten gemäß einem der Ansprüche 12-16 zur Herstellung von dimensionstabilen textilen Flächengebilden, insbesondere von Abdeckplanen.
    EP93110712A 1992-07-10 1993-07-05 Verfahren zum Verstrecken von erhitzten Garnen, damit erhältliche Polyesterfasern sowie deren Verwendung Expired - Lifetime EP0579083B1 (de)

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