EP0682720B1 - Schmelzspinnverfahren für filamente - Google Patents

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Publication number
EP0682720B1
EP0682720B1 EP95900885A EP95900885A EP0682720B1 EP 0682720 B1 EP0682720 B1 EP 0682720B1 EP 95900885 A EP95900885 A EP 95900885A EP 95900885 A EP95900885 A EP 95900885A EP 0682720 B1 EP0682720 B1 EP 0682720B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
yarn
air
speed
air current
thread
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95900885A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0682720A1 (de
Inventor
Ronald Mears
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MEARS, RONALD
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0682720A1 publication Critical patent/EP0682720A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0682720B1 publication Critical patent/EP0682720B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/088—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
    • D01D5/092—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes in shafts or chimneys
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/098—Melt spinning methods with simultaneous stretching

Definitions

  • the invention relates to a method of manufacture (for spinning) filaments e.g. made of polyester, polyamide (Polycondensates) or polypropylene. There will also be corresponding ones Devices proposed.
  • the Filament delivery speeds increase by the extrusion of a melt is formed by a spinneret will.
  • the level of "delivery speed" is not absolute value that can apply to any spinning process. Rather, it becomes dependent on the thread to be spun certainly. For example, it is basically between technical Differentiated threads and textile threads, and textile Threads themselves are now called POY (Partially Oriented Yarn) or spun as FDY (Fully Drawn Yarn).
  • the expression "assisted accompanying air flow” is supposed to indicate the effect of special means, that generate an accompanying air flow that differs from one Accompanying air flow differs, which anyway when moving the thread through the air by sweeping the thread arises.
  • the aforementioned proposals all saw the generation of the supported air flow after the solidification of the Thread.
  • the invention is based on findings, some of which in Article "Schnellspinnen von Polyamid 6.6" by Dr. H. Breuer et al in the magazine “Chemical fibers / textile industry", September 1992, page 662ff. After these Insights are the textile technology and morphological Fast spun polycondensate data in one wide range regardless of the spinning conditions. Just the take-off speed has a noticeable influence.
  • the invention is based on the further finding that the influence of the take-off speed is actually over the load on the thread (filament stress) until it solidifies affects. Accordingly, according to the invention Measures are taken to target this burden and thereby to influence the thread properties.
  • the invention provides a melt spinning process before, on the surface of the thread a Air flow is generated in the thread running direction, thereby characterized that the flow over at least one Part of the length of the thread flows where the polymer material is still has not been frozen, and that over this partial length of the thread, the speed of the air flow in the thread running direction is so high that the thread has no or negligible stress due to friction between the thread and the adjacent layer of air.
  • the thread is preferably supplied to a winding device and in it to a coil (pack) at a given Speed wound up.
  • the winding speed be so high that from a predetermined point in the spinning line at the thread speed prevailing at this point without assisting the air flow in the direction of the thread, the friction between the thread and an additional load on the thread in the adjacent air layer would cause which affect the thread properties would.
  • an air flow at such a high speed in the Thread running direction creates the frictional forces between the thread and the adjacent air layer below one Limit where they significantly affect the thread properties can.
  • the air flow preferably accompanies the thread at least to a point in the spinning line where the thread properties essentially by the friction forces mentioned can no longer be influenced, i.e. up to one Point near a point where the polymer material solidifies has been.
  • the speed of the air flow will up to the point mentioned so high that the unwanted Frictional forces do not arise.
  • the air flow is preferably generated such that it flows as evenly as possible in the thread running direction means that it has as little turbulence as possible and if possible small lateral forces on the thread exercises.
  • the invention continues to see a melt spinning process, after which the thread to a Spooling device is delivered where it is attached to a spool predetermined speed is wound up, the Winding speed is set so high that without Support the air flow in the direction of the thread "Necking" would occur in the thread course, characterized in that that the air flow in the thread running direction is supported in such a way that necking is avoided.
  • the first aspect of the invention can be advantageous with the second aspect can be combined, creating special advantages can be achieved because this causes the strain on the thread when Freezing is reduced in two ways, namely, that the forces acting on the thread be reduced and that the exaggerated rejuvenation (Necking) the thread before solidification is avoided.
  • the invention is initially based on the simplest possible Spinning line explained, so the description is not incidental Explanations is difficult. That is why POY method has been chosen as an example.
  • the invention is not limited to this example. For example by applying known godets to others Procedure to be adjusted. This is after the description of the figures briefly discussed it again.
  • FIG. 1 schematically shows part of a nozzle plate 10, a single hole 12 in this plate 10, creating a Melt 14 is pressed out by means not shown, and the resulting filament 16.
  • the simplicity for the sake of a single filament 16 is shown - but it can known to be several filaments 16 simultaneously (each by a separate hole can be formed in the plate 10).
  • This in 1 is completed by that the filament 16 in a bobbin 18 in a winding unit (Winder or winder) 20 is wound up.
  • Windder or winder winding unit
  • the filament tapers compared to its original cross-section when pressed from hole 12. Find below EP solidification point no further (substantial) change in the filament cross-section instead of.
  • the speed of a "polymer particle" between the nozzle plate and the winder influenced by very complex effects, some of which have not yet been researched. After the polymer has solidified, this is in an arrangement according to FIG. 1 Speed (the "take-off speed") only and determined solely by the winder 20, and it applies from the freezing point EP into the winder 20.
  • Stress FR Q
  • Q is the area size of the cross section in the thread piece mentioned.
  • the stress, the resultant FR and the area size Q are all three a function of the distance from the nozzle plate 10.
  • the level of the load is immediately after the filaments emerge hardly depends on the air friction from the spinneret, because the filament speed is relative in this area is low.
  • the burden in this area is from Acceleration and the viscosity in the longitudinal direction dependent. But after the acceleration of the filament speed exceeds a certain limit, one occurs substantial additional load due to air friction, if no measures are taken, this additional burden to avoid or limit.
  • the amount of stress during solidification is for some filament properties (such as the elongation at break, the tensile strength, the cooking shrink and some more) decisive.
  • This stress for example with POY spinning, the more the values of the achievable thread properties are less favorable out.
  • FIG. 2 The elements of Figure 2 are basically the same as that 1, and they have the same reference numerals Mistake. The difference is that Means (not shown in Fig. 2) are provided for a To generate airflow LS in the direction of the thread.
  • the current LS now forms the filament 16 above the solidification point EP adjacent layer of air at a speed VR flows in the direction of the thread, which is the same (or almost as high) as the speed of the Filament surface.
  • the frictional forces Fr are therefore now negligible, which is a decrease in the resultant FR enables.
  • the air flow LS contacts the filament 16 first at a point EB that is at a distance A below the plate 10 is arranged and it remains in contact with the filament up to the solidification point EP.
  • Fig. 3 shows a first embodiment for practical implementation of the new principle.
  • the nozzle plate is now at 25 indicated the winder at 27 and the one building up in the winder Coil with 28.
  • Filaments 29 formed (three shown) attached to one given point P can be combined into a thread F.
  • In front of the winder 27 there is a finish by means of a metering device 31 applied and at most a vortex performed by the device 33.
  • the metering pump is not shown, which supplies the spinneret 25 with melt and with a given quantity / time unit. This quantity along with the number of holes in the nozzle plate and the Take-off speed gives the thickness of each filament, the so-called decitex per filament. If corresponds the procedure the usual today.
  • the chamber 43 forms an extension of the tube 35 in the Thread running direction, so that the thread without deflection after the Passing through the tube 35 also through the chamber 43 and out an outlet 45 can run out.
  • the exit is 45 constructed in such a way that it does not prevent the thread from running, but the entry of room air into the chamber 43 at this Counteracts. Ceramic thread guides can be found at the outlet 45 46 can be provided.
  • the distance between the exit 45 and the device 31 can be chosen to be short, that no significant tension build-up due to air friction on solidified thread can take place.
  • the lower end part of the chamber 43 is a perforated surface 47 formed and is surrounded by a collecting ring 49, the connected to the vacuum generator 37 via a channel 51 is.
  • Means are preferably provided in or on the channel 51, to be able to control the flow rate, e.g. a valve 53, a throttle 55 and a measuring device 57 to the Measure differential pressure before or after the throttle.
  • the chamber 43 is in the direction of the thread expanding connector (a "trumpet") 58 with the Tube 35 connected.
  • the high air speed in tube 35 this will reduce something before the air enters the chamber 43 occurs.
  • Another slowdown takes place when crossing from the chamber 43 into the collecting ring 49 instead.
  • By these measures will increase the risk of turbulence reduced in airflow.
  • By reducing the Air speed below the tube 35 can be the thread tension may be increased, which may be for winding is advantageous.
  • For the usual winding process is one Inlet tension of the thread in the range 0.08 to 0.15 CN / dtex advantageous.
  • a tapered in the direction of the thread Mouthpiece (a "funnel") 59 is provided above the upper end 39 of Tube 35 .
  • the funnel 59 (and possibly also the trumpet 58) are preferably with a profile on its inner surface, if possible little turbulence is generated in the air flow.
  • the funnel 59 is arranged inside a perforated cylinder 61, through which room air is sucked in.
  • This perforated Cylinder 61 extends back to the heater box 63, which comprises the spinneret 25.
  • Another perforated Cylinder 65 may be provided around the first cylinder 61 to form a calming space 67 in between, which also helps to avoid air turbulence.
  • a roller (a godet) or roller unit After leaving chamber 43 (in front of the winder) a roller (a godet) or roller unit can be provided. As a result, the "roving" emerging from the chamber are stretched, which is to produce FDY yarns or technical yarns can be used.
  • the godet could but only serve to tighten the thread tension before winding affect without aiming to stretch.
  • the perforated cylinder 61 can be a wire mesh, perforated Sheet, sintered body or fiber element are formed. Of the minimum diameter of the cylinder 61 is so large that the still (thick) liquid filaments 29 the inner surface of the Do not touch cylinder 61.
  • the axial length can be 5 to 200 cm.
  • the tube 35 may have an inner diameter e.g. of 0.5 cm up to 20 cm.
  • the material of the pipe is not important if the filaments touch the inner surface do not stick to it and the wall itself does not melt.
  • the inner diameter of the tube 35 is compared to the negative pressure to choose the generator 37 so that the necessary Air speed in the tube 35 can be maintained. This air speed is preferably as high or even even higher than the take-off speed, i.e. the filament speed after freezing.
  • a protected zone Z can be between the spinneret 25 and a place where the incoming air flow touched the filaments for the first time. This zone Z can thereby that a ring 64 is formed on the heating box 63 is attached below the spinneret 25.
  • the heater box 63 can alternatively even below the spinneret 25th push forward.
  • the incoming air can be preheated.
  • air blasting agent 60 are provided, the air jets in the Introduce the axial direction of the tube 35 along the inner surface. These air blasting means 60 can also be used as aids can be used for threading.
  • Fig. 4 shows a variant, which cooling the thread slows down to the startle of the polymer upon exit to avoid from the spinneret 25.
  • the nozzle 25 is in this Case followed by a heated sheath 70 which one prevents sharp drop in thread temperature.
  • This effect is further supported by the cylinder 61 in an upper part 61A and a lower part 61B by one Foreclosure 72 is divided, above the foreclosure Warm air is supplied to the cylinder part 61A while the relatively cold room air access to the cylinder part 61B is granted.
  • the air flow in tube 35 could arise from blown air, which is inserted into the upper end of the tube.
  • the air speed when entering the tube 35 can be influenced by an aperture 74, which the cylinder 61st surrounds and opposite the cylinder in the thread running direction can be moved.
  • the aperture 74 has no perforation and therefore limits the access of indoor air to the perforated Cylinder 61 (or enables this access if the aperture 74 is moved down).
  • the air speed in tube 35 should be the thread speed correspond as previously explained.
  • a PES (polyester) yarn is wound at a speed of approx. 3600 m / min (without being wound up) to a Godet unit delivered.
  • the unit generates a delay of about 1.45 and the drawn yarn is at a take-off speed of approx. 5200 m / min spooled with a yarn to give up to 6 decitex per filament.
  • the delivery speed is increased the godet unit increased to approx. 7000 m / min without the properties of the original yarn to change significantly. Of the Delay remains unchanged, so the properties of the known yarns are retained.
  • the take-off speed is increased to more than 10,000 m / min.
  • PES or PA (polyamide) yarn is made at one speed between 400 and 600 m / min (e.g. PES tire cord, approx. 400 m / min) delivered to a godet unit. After stretching in the godet unit, the yarn is drawn off at a take-off speed between 2000 and 3500 m / min (e.g. PES tire cord, 2200 up to 2500 m / min).
  • the spooled yarn has one Strength from 7 to 9 g / den at up to 10 decitex per filament on.
  • the yarn can be Nozzle at a speed of more than 1000 m / min Properties unchanged compared to the known method to be delivered to the godet unit. This makes possible an increase in the take-off speed to more than 5500 m / min at also compared to the known method unchanged properties of the wound yarn.
  • High modulus, low shrinkage (HMLS) yarns are recently considered Tire cord has been used.
  • a PES yarn is used at a speed of 3000 to 3500 m / min a godet unit is delivered where the original is stretched.
  • the drawn yarn is at a take-off speed of approx. 6000 m / min.
  • this yarn can meet the requirement profiles for certain applications.
  • the embodiment according to Fig. 5 comprises e.g. a Spinneret 25, a tube 35, a chamber 43 and an air vent 51.
  • the area between the nozzle 25 and the tube 35 is 5 was not particularly shown, it can be shown in FIG. 3 or 4 can be designed.
  • a heat treatment channel in FIG. 5 80 is provided below the chamber 43 .
  • This channel goes through up flowing warm air (temperature e.g. 200 to 240 ° C) solidified yarn back to a temperature above the Glass point (but below the melting temperature) heated.
  • the yarn emerging from the channel turns on Godetschreib 82.84 delivered, the yarn through the Godets is not stretched.
  • the thread tension when entering the Godet pair is so high that the yarn on a stretch or Expansion point DP is stretched in the channel.
  • the thread tension after the Godet pair is suitable for winding in the winder 27.
  • FIG. 6 A preferred variant of this extended method is shown schematically in Fig. 6, wherein the heat treatment integrated in the device provided for this invention becomes. 6 shows the lower end part of the tube 35 (near the solidification point EP). Instead of chamber 43 3 is now a relatively large expansion channel 90 provided, e.g. around the air flow velocity of approx Reduce 7000 m / min to approx. 500 m / min.
  • the slow flowing air in channel 90 is through a heating means 92 heated to such a temperature that the yarn to a temperature above the glass point is heated below the melting point.
  • the Slowing the air flow also results in an increase in Air resistance (the air friction) and a corresponding Increase in thread tension. This results in a stretch or Expansion point DP in the lower part of channel 90. By stretching the crystallinity is increased, which is low Cooking shrinkage results. Yarns made by this process can be used directly in textile applications (e.g. Knitting, weaving) can be used.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung (zum Spinnen) von Filamenten z.B. aus Polyester, Polyamid (Polykondensate) oder Polypropylen . Es werden auch entsprechende Vorrichtungen vorgeschlagen.
Aus Wirtschaftlichkeitsgründen wird ständig versucht, die Liefergeschwindigkeiten von Filamenten zu erhöhen, die durch das Auspressen einer Schmelze durch eine Spinndüse gebildet werden. Dabei ist die Höhe der "Liefergeschwindigkeit" kein absoluter Wert, die für jedes Spinnverfahren gelten kann. Sie wird vielmehr in Abhängigkeit vom zu spinnenden Faden bestimmt. Es wird zum Beispiel grundsätzlich zwischen technischen Fäden und textilen Fäden unterschieden, und textile Fäden selbst werden heute als POY (Partially Oriented Yarn) oder als FDY (Fully Drawn Yarn) gesponnen.
Das Streben nach höheren Liefergeschwindigkeiten wird heute durch bekannte Auswirkungen der Liefergeschwindigkeit begrenzt, wobei diese Auswirkungen zum grössten Teil auf Veränderungen in der Morphologie des Polymers zurückgehen, woraus das Filament gebildet wird. Diese Veränderungen reduzieren zum Beispiel die Festigkeit oder die Dehnung des Fadens, so dass er für den vorgesehenen Zweck nicht mehr geeignet ist. Dies gilt indirekt auch für den Fall, dass bei höheren Geschwindigkeiten das Verfahren nicht mehr beherrschbar ist, so dass unkontrollierbare Veränderungen (und daher ungleichmässige Fadeneigenschaften) und/oder Filamentbrüche (Laufschwierigkeiten) auftreten.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, eine Erhöhung der Liefergeschwindigkeit bei gleichbleibenden Eigenschaften und/oder eine Verbesserung der Eigenschaften bei gleichbleibender Geschwindigkeit zu ermöglichen.
Stand der Technik
Es ist nun seit mindestens zwanzig Jahren bekannt, dass bei höheren Liefergeschwindigkeiten die Reibungskräfte zwischen dem Faden und der ihn begleitenden bzw. angrenzenden Luftschicht die erzielbaren Fadeneigenschaften beeinflussen können (US-4,049,763). Gleichzeitig ist vorgeschlagen worden, diese Reibungskräfte durch die Erzeugung eines "unterstützten" Begleitluftstroms zu vermeiden, um die guten Eigenschaften des langsamen Verfahrens wieder erzielbar zu machen (US-4,185,062 und US-4,202,855). Dabei war die vorgesehene Lösung - ein mitlaufender Luftstrom - schon lange vorher aus anderen Gründen vorgeschlagen worden (US-2,252,684). Der Ausdruck "unterstützter Begleitluftstrom" soll hier die Wirkung von speziellen Mitteln andeuten, die einen Begleitluftstrom erzeugen, der sich von einem Begleitluftstrom unterscheidet, der ohnehin bei der Bewegung des Fadens durch die Luft durch Mitreissen mit dem Faden entsteht. Die vorerwähnten Vorschläge sahen alle die Erzeugung des unterstützten Luftstromes nach der Erstarrung des Fadens vor.
Zur gleichen Zeit ist ein Vorschlag erschienen, den Faden einer Zugkraft zu unterwerfen, bevor er erstarrt (US-3,706,826). Diese Zugkraft kann durch einen Luftstrom erzeugt werden. Ein ähnlicher Vorschlag erscheint wieder etwas später in US-4,496,505 (= EP-56 963), wo der Luftstrom durch einen Aspirator erzeugt wird, und zwar nachdem der Faden eine sich an der Spinndüse anschliessende Heizzone durchlaufen hat. In WO 90/02222 hingegen ist die Heizzone nicht mehr vorhanden, wobei aber der Aspirator durch eine "Spinnkammer" mit der Spinndüse verbunden ist.
Noch etwas später sind verwandte oder verwandelte Vorschläge erschienen, zum Beispiel dass der Faden nach der Spinndüse einen Schacht durchlaufen sollte, wo ein vorgegebener Druck aufrechterhalten wird (US-4,702,871; 4,863,662 und US-4,973,236). Das Aufrechterhalten des Drucks im Schacht muss durch spezielle Dichtungsmittel erzielt werden. Dieses Problem wird in US-5,034,182 bzw. US-5,141,700 (= EP-244217) dadurch umgangen, dass die Luft (nachdem sie zum Aufrechterhalten eines vorgegebenen Druckes benutzt wurde) aus dem Schacht mit einer erhöhten Geschwindigkeit befördert wird.
Die Zwecke dieser letztgenannten Vorschläge sind nicht klargestellt worden. Alle sollten natürlich vorteilhafte Wirkungen der einen oder anderen Art hervorrufen. Ob mehr als empirisch festgestellte Phänomene dabei eine Rolle spielen, ist aus den genannten Patentschriften nicht zu entnehmen. In einigen Fällen deuten die Beschreibungen auf den Wunsch hin, auf den Faden in der Nähe der Spinndüse gezielt eine Zugkraft auszuüben.
Der Vollständigkeit halber werden hier Vorrichtungen erwähnt, die zum Abziehen von Fäden bei der Bildung von Nonwoven-Produkte verwendet werden (z.B. US-3,707,593). Diese Vorrichtungen sind für die vorliegende Erfindung nicht relevant aus Gründen, die schon in EP 244217 klar festgehalten worden sind und hier nicht wiederholt werden.
Grundlegende Gedanken
Die Erfindung geht von Erkenntnissen aus, die zum Teil im Artikel "Schnellspinnen von Polyamid 6.6" von Dr. H. Breuer et al in der Zeitschrift "Chemiefasern/Textilindustrie", September 1992, Seite 662ff, festgehalten sind. Nach diesen Erkenntnissen sind die textiltechnologischen und morphologischen Daten schnell gesponnener Polykondensate in einem weiten Bereich von den Ausspinnbedingungen unabhängig. Nur die Abzugsgeschwindigkeit übt einen merkbaren Einfluss auf.
Der Erfindung liegt die weitere Erkenntnis zugrunde, dass der Einfluss der Abzugsgeschwindigkeit sich eigentlich über die Belastung des Fadens (Filamentstress) bis zu seiner Erstarrung auswirkt. Nach der Erfindung werden dementsprechend Massnahmen ergriffen, um gezielt diese Belastung und dadurch die Fadeneigenschaften zu beeinflussen.
Die Erfindung
Gemäss einem ersten Aspekt sieht die Erfindung ein Schmelzspinnverfahren vor, wobei an der Oberfläche des Fadens eine Luftströmung in der Fadenlaufrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung über zumindest einer Teillänge des Fadens fliesst, wo das Polymermaterial noch nicht erstarrt worden ist, und dass über dieser Teillänge des Fadens, die Geschwindigkeit des Luftstroms in der Fadenlaufrichtung derart hoch ist, dass der Faden keine bzw. vernachlässigbare Belastung wegen Reibung zwischen dem Faden und der sich angrenzenden Luftschicht erfährt.
Der Faden wird vorzugsweise an eine Spulvorrichtung geliefert und darin zu einer Spule (Packung) bei vorgegebener Geschwindigkeit aufgespult. Dabei kann die Spulgeschwindigkeit derart hoch sein, dass ab einer vorbestimmten Stelle in der Spinnlinie, bei der an dieser Stelle herrschenden Fadengeschwindigkeit ohne Unterstützung der Luftströmung in der Fadenlaufrichtung, die Reibung zwischen dem Faden und der angrenzenden Luftschicht eine Zusatzbelastung des Fadens bewirken würde, welche die Fadeneigenschaften beeinflussen würde. Nach der Erfindung wird schon ab der genannten Stelle ein Luftstrom mit einer derart hohen Geschwindigkeit in der Fadenlaufrichtung erzeugt, dass die Reibungskräfte zwischen dem Faden und der angrenzenden Luftschicht unterhalb einer Grenze bleiben,wo sie die Fadeneigenschaften wesentlich beeinflussen können.
Der Luftstrom begleitet den Faden vorzugsweise mindestens bis zu einem Punkt in der Spinnlinie, wo die Fadeneigenschaften im wesentlichen durch die genannten Reibungskräfte nicht mehr beeinflusst werden können, d.h. bis zu einem Punkt in der Nähe einer Stelle, wo das Polymermaterial erstarrt worden ist. Die Geschwindigkeit des Luftstroms wird bis zum genannten Punkt derart hoch gehalten, dass die unerwünschten Reibungskräfte nicht entstehen.
Der Luftstrom wird vorzugsweise derart erzeugt, dass er möglichst gleichmässig in der Fadenlaufrichtung fliesst, das heisst, dass er möglichst wenig Turbulenz aufweist und möglichst kleine seitlich gerichteten Kräfte auf den Faden ausübt.
Gemäss einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung weiterhin ein Schmelzspinnverfahren vor, wonach der Faden an eine Spulvorrichtung geliefert wird, wo er zu einer Spule bei vorgegebener Geschwindigkeit aufgespult wird, wobei die Spulgeschwindigkeit derart hoch eingestellt ist, dass ohne Unterstützung der Luftströmung in der Fadenlaufrichtung "Necking" im Fadenlauf entstehen würde, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung in der Fadenlaufrichtung derart unterstützt wird, dass Necking vermieden wird.
Der erste Aspekt der Erfindung kann vorteilhaft mit dem zweiten Aspekt kombiniert werden, wodurch besondere Vorteile erzielt werden, weil dadurch die Belastung des Fadens beim Erstarren auf zweierlei Art und Weise vermindert wird, nämlich dadurch, dass die auf den Faden wirkenden Kräfte reduziert werden und dadurch, dass die übertriebene Verjüngung (Necking) des Fadens vor dem Erstarren vermieden wird.
Ausführungen der Erfindung werden nun als Beispiele anhand der Figuren der Zeichnungen näher erklärt.
Es zeigt:
Fig. 1
eine schematische Darstellung des Fadenlaufes (der Spinnlinie) zwischen der Düsenplatte und dem Wickler (Spuler) beim heute üblichen Spinnen von POY-Filamenten,
Fig. 2
eine entsprechende Darstellung des neuen Verfahrens nach dieser Erfindung,
Fig. 3
eine schematische Darstellung von einer Einrichtung zum Realisieren eines Verfahrens nach Fig. 2,
Fig. 4
eine entsprechende Darstellung einer ergänzten Einrichtung zum Spinnen von sehr feinen Filamenten.
Fig. 5
schematisch ein erweitertes Verfahren, und
Fig. 6
schematisch eine bevorzugte Variante eines solchen erweiterten Verfahrens.
Die Erfindung wird vorerst anhand einer möglichst einfachen Spinnlinie erklärt, so dass die Beschreibung nicht mit nebensächlichen Erklärungen erschwert wird. Deswegen ist ein POY-Verfahren als Beispiel gewählt worden. Die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel eingeschränkt. Sie kann zum Beispiel durch die Anwendung von bekannten Godets auf andere Verfahren angepasst werden. Darauf wird nach der Beschreibung der Figuren kurz wieder darauf eingegangen.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil einer Düsenplatte 10, ein einziges Loch 12 in dieser Platte 10, wodurch eine Schmelze 14 durch nicht gezeigtes Mittel ausgepresst wird, und das daraus entstehende Filament 16. Der Einfachheit halber ist ein einziges Filament 16 gezeigt - es können aber bekannterweise mehrere Filamente 16 gleichzeitig (je durch ein eigenes Loch in der Platte 10) gebildet werden. Das in Fig. 1 abgebildete Verfahren wird dadurch abgeschlossen, dass das Filament 16 in einer Spule 18 in einem Spulaggregat (Wickler bzw. Spuler) 20 aufgespult wird.
Zwischen der Düsenplatte 10 und dem Wickler 20 wird das ursprünglich flüssige Polymer abgekühlt. Dies geschieht durch Wärmeübergabe von heissem Polymer an das Gas (die Luft), das es umgibt. Die Wärmeübertraung setzt sich mindestens so lange fort, bis sich das Polymermaterial verfestigt (erstarrt) hat, was an einem feststellbaren Punkt (oder zumindest Bereich) dem Fadenlauf entlang der Fall ist. Der "Erstarrungspunkt" ist in Fig. 1 an der Stelle EP angedeutet, wobei diese Stelle von den Spinnbedingungen wesentlich beeinflusst werden kann (siehe den vorerwähnten Artikel aus Chemiefaser/Textilindustrie, September 1992).
Oberhalb des Erstarrungspunktes EP (d.h. zwischen diesem Punkt und der Düsenplatte 10) verjüngt sich das Filament gegenüber seinem ursprünglichen Querschnitt beim Auspressen aus dem Loch 12. Unterhalb des Erstarrungspunktes EP findet keine weitere (wesentliche) Veränderung des Filamentquerschnittes statt. Die Geschwindigkeit eines "Polymerpartikels" zwischen der Düsenplatte und dem Wickler wird deshalb durch sehr komplexe Auswirkungen beeinflusst, die zum Teil noch nicht erforscht worden sind. Nachdem sich das Polymer verfestigt hat, ist in einer Anordnung nach Fig. 1 diese Geschwindigkeit (die "Abzugsgeschwindigkeit") einzig und allein durch den Spuler 20 bestimmt, und sie gilt vom Erstarrungspunkt EP bis in den Spuler 20 hinein.
Beim heute konventionellen Verfahren findet eine Relativbewegung zwischen dem Filament und der ihr angrenzenden Luftschicht statt. Die Relativgeschwindigkeit des Filamentes gegenüber der Luftschicht hängt von einigen Faktoren ab, z.B.
  • ob der Fadenlauf von der allgemeinen Raumluft durch irgendein Mittel getrennt wird
  • ob spezielle Mittel vorgesehen sind, um die Luft in der Nähe des Fadens zu bewegen, und wenn ja, in welcher Richtung.
Die Reibung zwischen dem Filament und der angrenzenden Luftschicht führt normalerweise zum "Mitnehmen" der Luft mit dem Faden in der Fadenlaufrichtung. Die Kräfte, die an jeder Stelle dem Fadenlauf entlang an einem Fadenstück wirken, sind deshalb:
Fb -
die Beschleunigungskraft
Fr -
die Kräfte, die wegen der Luftreibung entstehen
Fs -
die Schwerkraft
FR -
das Resultierende, das vom Wickler aufgebracht werden muss.
Daraus entsteht die Beziehung FR = Fb + Fr - Fs wobei aber die Schwerkraft in einer ersten Annäherung vernachlässigt werden kann.
Die genannten Grössen stellen keine vollständige Beschreibung eines Spinnverfahrens dar. Es sind hier verschiedene Grössen ausser acht gelassen, um sich auf die für die Erfindung wesentlichen Gedanken konzentrieren zu können. Eine genauere Beschreibung des Verfahrens kann zum Beispiel folgendem Artikel entnommen werden:
"Model of Steady-State Melt Spinning at Intermediate Take-Up Speeds", Henry H. George in "Polymer Engineering and Science", April 1982, Vol. 22, Nr. 5, Seite 292ff.
Die Belastung (Stress), die im genannten Fadenstück entsteht, ist daher folgenderweise gegeben: Stress = FRQ wo Q die Flächengrösse des Querschnitts im genannten Fadenstück ist. Der Stress, das Resultierende FR und die Flächengrösse Q sind alle drei eine Funktion der Distanz von der Düsenplatte 10.
Die Höhe der Belastung ist sofort nach dem Austritt der Filamente aus der Spinndüse kaum von der Luftreibung abhängig, weil die Filamentgeschwindigkeit in diesem Bereich relativ niedrig ist. Die Belastung in diesem Bereich ist von der Beschleunigung und der Viskosität in der Längsrichtung abhängig. Nachdem aber durch die Beschleunigung die Filamentgeschwindigkeit eine gewisse Grenze übersteigt, tritt eine wesentliche Zusatzbelastung wegen der Luftreibung ein, sofern keine Massnahmen ergriffen werden, diese Zusatzbelastung zu vermeiden bzw. zu begrenzen.
Die Höhe des Stresses bei der Erstarrung ist für einige Filamenteigenschaften (wie z.B. die Reissdehnung, die Reissfestigkeit, der Kochschrumpf und einiges mehr) massgebend. Je höher dieser Stress, zum Beispiel beim POY-Spinnen, desto ungünstiger fallen die Werte der erzielbaren Fadeneigenschaften aus.
Es stehen daher "mathematisch" zwei Möglichkeiten offen, die Werte günstig zu beeinflussen
  • einerseits kann das Resultierende FR reduziert werden, was im konventionellen Verfahren eine Abnahme der Fadengeschwindigkeit bedeutet,
  • anderseits kann die Flächengrösse Q vor der Erstarrung (d.h. bei gegebenen decitex pro Filament) erhöht werden.
In der Praxis kann jede dieser "mathematischen" Möglichkeiten ausgenutzt werden, was nachfolgend anhand der Fig. 2 erklärt wird.
Die Elemente der Fig 2 sind grundsätzlich die gleichen, die in Fig. 1 gezeigt sind, und sie sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied liegt darin, dass Mittel (in Fig. 2 nicht gezeigt) vorgesehen sind, um einen Luftstrom LS in der Fadenlaufrichtung zu erzeugen. Der Strom LS bildet die nun am Filament 16 oberhalb des Erstarrungspunktes EP angrenzende Luftschicht, die mit einer Geschwindigkeit VR in der Fadenlaufrichtung fliesst, die genauso (oder fast genauso) hoch ist, wie die Geschwindigkeit der Filamentoberfläche. Die Reibungskräfte Fr werden deswegen jetzt vernachlässigbar, was eine Abnahme des Resultierenden FR ermöglicht. Der Luftstrom LS berührt das Filament 16 zuerst an einer Stelle EB, die mit einem Abstand A unterhalb der Platte 10 angeordnet ist, und er bleibt in Berührung mit dem Filament bis zum Erstarrungspunkt EP.
Die Unterstützung der Fadenbewegung oberhalb des Erstarrungspunktes EP führt zu einer Abnahme des Stresses in jedem Fadenstück zwischen der Düsenplatte und dem Punkt EP. Diese Verminderung des Stresses im Filament ermöglicht die Vermeidung von "Necking" - die plötzliche Verjüngung des Filamentquerschnittes, die gerade vor der Erstarrung eintritt und den Querschnitt des Filamentes bei der Erstarrung deshalb reduziert - bei Fadengeschwindigkeiten deutlich höher als diejenige, die heute zu Necking führen.
Fig. 3 zeigt eine erste Ausführung zur praktischen Realisierung des neuen Prinzips. Die Düsenplatte ist jetzt mit 25 angedeutet, der Wickler mit 27 und die sich im Wickler aufbauende Spule mit 28. Es werden in der Platte 25 mehrere Filamente 29 gebildet (drei gezeigt), die an einem vorgegebenen Punkt P zu einem Faden F zusammengefasst werden. Vor dem Wickler 27 wird eine Avivage mittels eines Dosiergerätes 31 aufgetragen und allenfalls eine Verwirbelung durch das Gerät 33 durchgeführt. Nicht gezeigt ist die Dosierpumpe, welche die Spinndüse 25 mit Schmelze versorgt und zwar mit einer vorgegebenen Menge/Zeiteinheit. Diese Menge zusammen mit der Anzahl Löcher in der Düsenplatte und die Abzugsgeschwindigkeit ergeben die Dicke jeder einzelnen Filamente, der sogenannte decitex pro Filament. Sofern entspricht das Verfahren dem heute üblichen.
Um die Bildung der schnell laufenden Luftschicht zu ermöglichen, ist der Fadenlauf oberhalb des Erstarrungspunktes EP von einem Spinnrohr 35 umschlossen. Dieses Rohr führt einen Luftstrom der mittels eines Unterdruckerzeugers 37 verursacht wird. Das obere Ende 39 des Rohrs 35 ist offen und ermöglicht somit den Zugang von Raumluft, welche den vorerwähnten Luftstrom im Rohr bildet. Das untere Ende 41 des Rohrs 35 mündet in eine längliche Kammer 43, welche als Verbindung zwischen dem Rohr 35 und dem Unterdruckerzeuger 37 dient, wie nachfolgend näher beschrieben.
Die Kammer 43 bildet eine Verlängerung des Rohrs 35 in der Fadenlaufrichtung, so dass der Faden ohne Umlenkung nach dem Durchlaufen des Rohrs 35 auch durch die Kammer 43 und aus einem Austritt 45 hinaus laufen kann. Der Austritt 45 ist derart konstruiert, dass er den Fadenlauf nicht hindert, aber dem Eintritt von Raumluft in die Kammer 43 an dieser Stelle entgegenwirkt. Am Austritt 45 können Keramikfadenführer 46 vorgesehen werden. Die Distanz zwischen dem Austritt 45 und dem Gerät 31 kann derart kurz gewählt werden, dass kein wesentlicher Spannungsaufbau durch Luftreibung am verfestigten Faden stattfinden kann.
Der untere Endteil der Kammer 43 ist als perforierte Fläche 47 gebildet und ist von einem Sammelring 49 umschlossen, der über einen Kanal 51 mit dem Unterdruckerzeuger 37 verbunden ist. Im bzw. am Kanal 51 sind vorzugsweise Mittel vorgesehen, um die Strömungsgeschwindigkeit steuern zu können, z.B. ein Ventil 53, eine Drossel 55 und ein Messgerät 57, um den Differentialdruck vor bzw. nach der Drossel zu messen. Da solche Anordnungen dem Fachmann bekannt sind, werden sie hier nicht näher beschrieben.
Die Kammer 43 ist über ein sich in der Fadenlaufrichtung ausbreitendes Verbindungsstück (eine "Trompete") 58 mit dem Rohr 35 verbunden. Die hohe Luftgeschwindigkeit im Rohr 35 wird dadurch etwas reduziert, bevor die Luft in die Kammer 43 eintritt. Eine weitere Verlangsamung findet beim Übertritt von der Kammer 43 in den Sammelring 49 statt. Durch diese Massnahmen wird das Risiko der Entstehung von Turbulenz im Luftstrom vermindert. Durch die Verminderung der Luftgeschwindigkeit unterhalb des Rohres 35 kann die Fadenspannung erhöht werden, was unter Umständen für das Spulen vorteilhaft ist. Für das übliche Spulverfahren ist eine Einlaufspannung des Fadens im Bereich 0,08 bis 0,15 CN/dtex vorteilhaft.
Aus dem gleichen Grund wird oberhalb des oberen Endes 39 vom Rohr 35 ein sich in der Fadenlaufrichtung verjüngendes Mundstück (ein "Trichter") 59 vorgesehen. Der Trichter 59 (und allenfalls auch die Trompete 58) sind vorzugsweise mit einem Profil auf seiner inneren Fläche versehen, das möglichst wenig Turbulenz im Luftstrom erzeugt. Der Trichter 59 ist im Inneren eines perforierten Zylinders 61 angeordnet, durch welchen Raumluft eingesaugt wird. Dieser perforierte Zylinder 61 erstreckt sich bis zum Heizkasten 63 zurück, welcher die Spinndüse 25 umfasst. Ein zweiter perforierter Zylinder 65 kann um den ersten Zylinder 61 vorgesehen werden, um dazwischen einen Beruhigungsraum 67 zu bilden, welcher auch dazu hilft, Luftturbulenzen zu vermeiden.
Varianten der dargestellten Anordnung
Es kann nach dem Austritt aus der Kammer 43 (vor dem Spuler) eine Walze (ein Godet) bzw. Walzenaggregat vorgesehen werden. Dadurch kann das aus der Kammer austretende "Vorgarn" verstreckt werden, was zum Herstellen von FDY-Garnen bzw. technischen Garnen verwendet werden kann. Das Godet könnte aber bloss dazu dienen, die Fadenspannung vor dem Spulen zu beeinflussen, ohne eine Verstreckung zu bezwecken.
Der perforierte Zylinder 61 kann als Drahtnetz, gelochtes Blech, Sinterkörper oder Faserelement gebildet werden. Der Minimaldurchmesser des Zylinders 61 ist derart gross, dass die noch (dick)-flüssigen Filamente 29 die Innenfläche des Zylinders 61 nicht berühren. Die axiale Länge kann 5 bis 200 cm betragen.
Das Rohr 35 kann einen inneren Durchmesser z.B. von 0,5 cm bis 20 cm aufweisen. Das Material des Rohres ist nicht wichtig sofern die Filamente beim Berühren seiner Innenfläche nicht daran haften und die Wand selbst nicht schmilzt. Der Innendurchmesser des Rohres 35 ist gegenüber dem Unterdruck des Erzeugers 37 derart zu wählen, dass die nötige Luftgeschwindigkeit im Rohr 35 aufrechterhalten werden kann. Diese Luftgeschwindigkeit ist vorzugsweise so hoch oder sogar noch höher als die Abzugsgeschwindigkeit, d.h. die Filamentgeschwindigkeit nach dem Erstarren.
Eine geschützte Zone Z kann zwischen der Spinndüse 25 und einer Stelle vorgesehen werden, wo der einströmende Luftstrom die Filamente erstmals berührt. Diese Zone Z kann dadurch gebildet werden, dass ein Ring 64 am Heizkasten 63 unterhalb der Spinndüse 25 angebracht ist. Der Heizkasten 63 kann als Alternative selbst unterhalb der Spinndüse 25 vorstossen. Die einströmende Luft kann vorgeheizt werden.
Um das Risiko der Berührung der Filamente 29 mit der Innenfläche des Rohres 35 zu vermindern, können am oberen Ende 39 des Rohres (zwischen dem Rohr 35 und dem Trichter 59) Luftstrahlmittel 60 vorgesehen werden, die Luftstrahle in der axialen Richtung des Rohres 35 der Innenfläche entlang einführen. Diese Luftstrahlmittel 60 können auch als Hilfsmittel zum Einfädeln benutzt werden.
Wie schon bei der Einleitung der Beschreibung der Figuren erwähnt wurde, kann die "einfache" Spinnlinie nach den Figuren durch Zusatzaggregate ergänzt werden, um bekannte Wirkungen zu erzielen. Als Beispiele solcher Anordnungen (wovon viele dem Fachmann bekannt sind), werden hier nur DE-A-21 17 659 und DE-C-40 21 545 erwähnt, welche die Erwärmung des Fadens nach dem Erstarren vorschlagen.
DE 2117659 zeigt ausserdem ein Galettenaggregat (Godetpaar), das zum Verstrecken des Fadens vorgesehen ist.
Fig. 4 zeigt eine Variante, welche das Kühlen des Fadens verlangsamt, um das Erschrecken des Polymers beim Austritt aus der Spinndüse 25 zu vermeiden. Die Düse 25 wird in diesem Fall von einer beheizten Hülle 70 gefolgt, welche einen starken Abfall der Fadentemperatur verhindert. Diese Wirkung wird dadurch weiter unterstützt, dass der Zylinder 61 in einen oberen Teil 61A und einen unteren Teil 61B durch eine Abschottung 72 unterteilt wird, wobei oberhalb der Abschottung Warmluft dem Zylinderteil 61A zugeführt wird, während der relativ kalten Raumluft der Zugang zum Zylinderteil 61B gewährt wird.
Die Luftströmung im Rohr 35 könnte aus Blasluft entstehen, die in das obere Ende des Rohres eingeführt wird.
Die Luftgeschwindigkeit beim Eintritt in das Rohr 35 kann durch eine Blende 74 beeinflusst weden, die den Zylinder 61 umgibt und gegenüber dem Zylinder in der Fadenlaufrichtung verschoben werden kann. Die Blende 74 hat keine Perforation und begrenzt daher den Zugang von Raumluft zum perforierten Zylinder 61 (bzw. gibt diesen Zugang frei, wenn die Blende 74 nach unten verschoben wird).
Die Luftgeschwindigkeit im Rohr 35 soll der Fadengeschwindigkeit entsprechen, wie vorher erklärt. Die Raumluft, die die Luftströmung im Rohr bildet, wird aber vorzugsweise als sogenannter "Crossflow" (quer zur Fadenlänge) angesogen. Dieses Anströmen von Raumluft darf keine Turbulenz aufweisen, welche Ungleichmässigkeiten der Fadeneigenschaften hervorrufen könnte. Die Luftmenge muss deswegen möglicherweise begrenzt werden (durch die Wahl eines relativ kleinen Durchmessers des Rohres 35), weil höhere Luftmengen mit erhöhten Risiken der Turbulenz verbunden sind.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung, Anwendungsbeispiele
Die Wirkung einer höheren Filamentbelastung ist die, die Kristallinität und die Orientierung der Polymerstruktur zu erhöhen. Die Erfindung wirkt dementsprechend, die Kristallisation bzw. die Orientierung zu begrenzen. Die bevorzugten Anwendungsbereiche sind dementsprechend diejenigen, wo diese Wirkungen die grössten Vorteile versprechen. Um dies zu erklären, wird vorerst zwischen den folgenden "Garntypen" unterschieden:
  • a) Technische Garne - solche Garne sind heute in zwei Stufen hergestellt, wobei in der ersten Stufe ein "Vorgarn" gesponnen wird und in der zweiten Stufe dieses (verfestigte) Vorgarn einem Verzug unterworfen wird, um seine Festigkeit deutlich zu erhöhen. Im Vorgarn sollte sowohl die Kristallinität wie auch die Orientierung möglichst niedrig sein, um eine möglichst hohe Verstreckung in der zweiten Stufe zu erlauben. Vollständigkeitshalber wird hier bemerkt, dass die erwähnten Stufen in "zwei Schritten" oder in "einem Schritt" durchgeführt werden. Im sogenannten Zwei-Schritt-Verfahren wird das Vorgarn bei niedriger Geschwindigkeit aufgespult und die Spule an eine weitere Maschine zum Verstrecken transportiert. Im "Ein-Schritt-Verfahren" wird das Vorgarn auf einem Godet-Aggregat vor dem Aufspulen verstreckt.
  • b) POY-Textilgarne - solche Garne ("partially oriented yarns") dienen als Vorgarn für ein weiteres Verfahren, nämlich das Verstrecken bzw. das Strecktexturieren. Die Kristallinität sollte eine gewisse obere Grenze nicht übersteigen, um optimale Wirkungen im zweiten Schritt zu ermöglichen. PES-Garne weisen z.B. vorzugsweise eine Kristallinität von maximal 20% auf, was eine Dehnung von ca. 80 bis 150%; Kochschrumpf ca. 50 10% ergibt.
  • c) FDY-Textilgarne - solche Garne ("fully drawn yarns") sind für die Endbenutzung ohne einen weiteren Verarbeitungsschritt anwendbar. Hier ist eine höhere Kristallinitätsgrenze akzeptabel, z.B. PES-FDY-Garn ca. 20 bis 50%, was eine Dehnung von 25 bis 45%, eine Festigkeit von 3 bis 5 CN/dtex und einen Kochschrumpf von 0 bis 10% ergibt.
    • Aus diesen Beispielen wird klar, dass der akzeptable Kristallinitätsgrad sehr wohl in Abhängigkeit vom Anwendungsbereich verschieden ist, dass es aber für jede Anwendung eine obere Grenze gibt.
    Die Erfindung, welche den Kristallinitäts- bzw. Orientierungsgrad für eine gegebene Liefergeschwindigkeit beeinflusst, kann daher zur Erzielung folgender Wirkungen eingesetzt werden:
    • Verspinnen von Garnen mit vorgegebenen Eigenschaften bei Liefergeschwindigkeiten, die höher als heute üblich sind (z.B. das Verspinnen von POY-Garnen mit 0,5 bis 30 decitex pro Filament bei Liefergeschwindigkeiten zwischen 7000 und 8000 m/min, statt der heute üblichen Geschwindigkeiten von 2500 bis 5500 m/min, beim Beibehalten der heute bekannten Fadeneigenschaften).
    • Verspinnen von feineren Filamenten bzw. Filamenten aus bestimmten Polymeren bei wirtschaftlichen Liefergeschwindigkeiten, wo dies heute gar nicht möglich ist (z.B. das Verspinnen von PES POY-Garnen von ca. 0,1 bis 0,5 decitex pro Filament bei Liefergeschwindigkeiten von ca. 3000 m/min).
    Die nachfolgenden Veränderungen von bekannten Verfahren zum Herstellen von bestimmten Garntypen werden als Beispiele der Anwendbarkeit dieser Erfindung aufgeführt:
    Bekanntes Verfahren für FDY-PES-Garn
    Ein PES- (Polyester) Garn wird mit einer Geschwindigkeit von ca. 3600 m/min (ohne aufgespult zu werden) an ein Godet-aggregat geliefert. Das Aggregat erzeugt einen Verzug von ca. 1,45 und das verstreckte Garn wird mit einer Abzugsgeschwindigkeit von ca. 5200 m/min aufgespult, um ein Garn mit bis zu 6 decitex pro Filament zu ergeben.
    Neues Verfahren für FDY-PES-Garn
    Mittels dieser Erfindung wird die Liefergeschwindigkeit an das Godetaggregat auf ca. 7000 m/min erhöht, ohne die Eigenschaften des Vorlagegarnes wesentlich zu ändern. Der Verzug bleibt unverändert, so dass die Eigenschaften des bekannten Garnes beibehalten werden. Die Abzugsgeschwindigkeit wird auf mehr als 10 000 m/min erhöht.
    Bekanntes Verfahren für technische Garne (z.B. Reiencord)
    PES- oder PA-(Polyamid) Garn wird mit einer Geschwindigkeit zwischen 400 und 600 m/min (z.B. PES Reifencord, ca. 400 m/min) an ein Godetaggregat geliefert. Nach dem Verstrecken im Godetaggregat wird das Garn mit einer Abzugsgeschwindigkeit zwischen 2000 und 3500 m/min (z.B. PES Reifencord, 2200 bis 2500 m/min) aufgespult. Das aufgespulte Garn weist eine Festigkeit von 7 bis 9 g/den bei bis zu 10 decitex pro Filament auf.
    Neues Verfahren für technische Garne
    Durch die Anwendung dieser Erfindung kann das Garn ab der Düse mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1000 m/min bei im Vergleich zum bekannten Verfahren unveränderten Eigenschaften an das Godetaggregat geliefert werden. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit auf mehr als 5500 m/min bei ebenfalls im Vergleich zum bekannten Verfahren unveränderten Eigenschaften des aufgespulten Garnes.
    Bekanntes Verfahren für HMLS-Garn
    "High Modulus, Low Shrinkage" (HMLS) Garne sind neulich als Reifencord verwendet worden. Beim Verspinnen wird ein PES-Garn bei einer Geschwindigkeit von 3000 bis 3500 m/min an ein Godetaggregat geliefert, wo die Vorlage verstreckt wird. Das verstreckte Garn wird mit einer Abzugsgeschwindigkeit von ca. 6000 m/min aufgespult. Trotz relativ hoher Orientierung und hoher Kristallinität kann dieses Garn die Anforderungsprofile für bestimmte Anwendungen erfüllen.
    Neue Polymere für HMLS-Garn
    Das HMLS-Verfahren kann nicht ohne weiteres auf andere Polymertypen übertragen werden, weil andere Polymere anders auf die Spinnbedingungen reagieren. Polypropylen (PP) und PA (inkl. PA 6,6) würden unter den genannten Spinnbedingungen schon am ersten Godet eine viel höhere Kristallinität als PES aufweisen, was Probleme beim Verstrecken hervorrufen würde. Die Erfindung kann in einem solchen Fall zur Minderung dieser unakzeptablen Kristallinität eingesetzt werden.
    Wenn ein Filament bei Stresspegel unterhalb einer bestimmten Grenze verarbeitet wird, verjüngt sich das Filament gleichmässig bis zum Erstarrungspunkt und die Erstarrung findet bei der sogenannten Glastemperatur statt. Bei zunehmendem Stress erstarrt das Polymer schon oberhalb der Glastemperatur (auch bei sonst unveränderten Kühlbedingungen), wobei die Erstarrung durch zunehmende Kristallisation begleitet wird. Das Risiko von "Necking" wird dadurch deutlich erhöht.
    Bei höheren Fadengeschwindigkeiten besteht immer ein Risiko von Filamentbrüchen. Das Risiko wird durch die Verminderung von Stress sehr reduziert, es könnte sich aber als vorteilhaft erweisen, andere Spinnbedingungen anzupassen, um dieses Risiko noch weiter zu senken (in Griff zu bekommen). Solche Bedingungen sind zum Beispiel die Beschleunigung, die Dehnung pro Längeneinheit (Δx/x) und das Kühlen. Diese Bedingungen können durch die Verfahrensparameter Abstand A (oberes Rohrende bis zur Düsenplatte), Rohrlänge, Luftströmungsgeschwindigkeit und Lufttemperatur beeinflusst werden. Dadurch können Spinnbedingungen erzeugt werden, die den heute üblichen Bedingungen ungefähr entsprechen.
    Es ist nicht das primäre Ziel dieser Erfindung, Wirkungen durch Temperatur-Veränderungen zu erzielen, wie dies z.B. in EP 456 505 der Fall ist. Die Erfindung lässt sich aber sehr gut mit Verfahren kombinieren, die auf der Wärmebehandlung beruhen, wie nachfolgend anhand der Figuren 5 und 6 erklärt wird. In den letzten Figuren werden Teile, die gegenüber der Ausführung nach Fig. 3 unverändert bleiben, mit den gleichen Bezugszeichen angedeutet.
    Dementsprechend umfasst die Ausführung nach Fig. 5 z.B. eine Spinndüse 25, ein Rohr 35, eine Kammer 43 und einen Luftabzug 51. Der Bereich zwischen der Düse 25 und dem Rohr 35 ist in Fig. 5 nicht besonders gezeigt worden, er kann nach Fig. 3 oder nach Fig. 4 gestaltet werden.
    Unterhalb der Kammer 43 ist in Fig. 5 ein Wärmebehandlungskanal 80 vorgesehen. In diesem Kanal wird durch nach oben strömende Warmluft (Temperatur z.B. 200 bis 240° C) das verfestigte Garn wieder auf eine Temperatur oberhalb des Glaspunktes (aber unterhalb der Schmelztemperatur) aufgeheizt. Das aus dem Kanal austretende Garn wird an ein Godetpaar 82,84 geliefert, wobei das Garn durch die Godets nicht verstreckt wird. Die Fadenspannung beim Einlauf in das Godetpaar ist derart hoch, dass das Garn an ein Streck- bzw. Dehnpunkt DP im Kanal verstreckt wird. Die Fadenspannung nach dem Godetpaar ist für das Aufspulen im Spuler 27 geeignet.
    Eine bevorzugte Variante dieses erweiterten Verfahrens ist in Fig. 6 schematisch dargestellt, wobei die Wärmebehandlung in der für diese Erfindung vorgesehenen Vorrichtung integriert wird. Fig. 6 zeigt den unteren Endteil des Rohrs 35 (in der Nähe des Erstarrungspunktes EP). Statt der Kammer 43 nach Fig. 3 ist nun ein relativ grosser Erweiterungskanal 90 vorgesehen, z.B. um die Luftströmungsgeschwindigkeit von ca. 7000 m/min auf ca. 500 m/min zu reduzieren.
    Die langsam strömende Luft im Kanal 90 wird durch ein Heizungsmittel 92 auf eine derartige Temperatur erwärmt, dass das Garn auf eine Temperatur oberhalb des Glaspunktes aber unterhalb des Schmelzpunktes aufgeheizt wird. Die Verlangsamung der Luftströmung ergibt auch eine Erhöhung des Luftwiderstandes (der Luftreibung) und eine entsprechende Erhöhung der Fadenspannung. Dies ergibt ein Streck- bzw. Dehnpunkt DP im unteren Teil des Kanals 90. Durch das Verstrecken wird die Kristallinität erhöht, was einen niedrigen Kochschrumpf ergibt. Garne, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, können direkt in Textilanwendungen (z.B. Stricken, Weben) verwendet werden.

    Claims (10)

    1. Schmelzspinnverfahren, wobei an der Oberfläche des Fadens (16) eine Luftströmung (LS) in der Fadenlaufrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung über zumindest einer Teillänge des Fadens (16) fliesst, wo das Polymermaterial noch nicht erstarrt worden ist, und dass über dieser Teillänge des Fadens (16), die Geschwindigkeit (VR) des Luftstroms (LS) in der Fadenlaufrichtung derart hoch ist, dass der Faden keine bzw. vernachlässigbare Belastung wegen Reibung zwischen dem Faden (16) und der sich angrenzenden Luftschicht erfährt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Faden (16) an eine Spulvorrichtung (20) geliefert und darin zu einer Spulde (18) (Packung) bei vorgegebener Geschwindigkeit aufgespult wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulgeschwindigkeit derart hoch ist, dass ab einer vorbestimmten Stelle in der Spinnlinie, bei der an dieser Stelle herrschenden Fadengeschwindigkeit ohne Unterstützung der Luftströmung in der Fadenlaufrichtung, die Reibung zwischen dem Faden und der angrenzenden Luftschicht eine Zusatzbelastung des Fadens (16) bewirken würde, welche die Fadeneigenschaften beeinflussen würde, und dass schon ab der genannten Stelle ein Luftstrom (LS) mit einer derart hohen Geschwindigkeit (VR) in der Fadenlaufrichtung erzeugt wird, dass die Reibungskräfte zwischen dem Faden (16) und der angrenzenden Luftschicht unterhalb einer Grenze bleiben, wo sie die Fadeneigenschaften wesentlich beeinflussen können.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom den Faden (16) mindestens bis zu einem Punkt in der Spinnlinie begleitet, wo die Fadeneigenschaften im wesentlichen durch die genannten Reibungskräfte nicht mehr beeinflusst werden können, d.h. bis zu einem Punkt in der Nähe einer Stelle, wo das Polymermaterial erstarrt worden ist.
    4. Schmelzspinnverfahren, wonach der Faden (16) an eine Spulvorrichtung (20) geliefert wird, wo er zu einer Spule (18) bei vorgegebener Geschwindigkeit aufgespult wird, wobei die Spulgeschwindigkeit derart hoch eingestellt ist, dass ohne Unterstützung der Luftströmung (LS) in der Fadenlaufrichtung "Necking" im Fadenlauf entstehen würde, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung (LS) in der Fadenlaufrichtung derart unterstützt wird, dass Necking vermieden wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auch nach einem der Ansprüche 1 bis 3 durchgeführt wird.
    6. Vorrichtung zum Schmelzspinnen von Filamenten (16) mit einer Spinndüse (25) und einem Spuler, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (35,37) zum Erzeugen eines Luftstromes (LS) in der Fadenlaufrichtung vorgesehen sind, wobei die Geschwindigkeit (VR) des Stromes an der Oberfläche des Fadens die Oberflächengeschwindigkeit des Fadens derart angepasst ist, dass zwischen dem Faden (16) und der ihm angrenzenden Luftschicht höchstens unwesentliche Reibungskräfte entstehen, und das genannte Mittel (35,37) derart gestaltet ist, dass der Luftstrom von einer Stelle in der Spinnlinie fliesst, wo ohne Unterstützung des Luftstromes (LS) Reibungskräfte entstehen würden, welche die Fadeneigenschaften beeinflussen würden, und dass der Luftstrom (LS) bis zu einem Punkt fliesst, wo sich das Filament (16) verfestigt hat.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Rohr (35) umfasst, welches die Spinnlinie derart umgibt, dass der Luftstrom (LS) durch das Rohr (35) in der Nähe der Filamente (16) geführt wird.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (LS) durch das Erzeugen eines Unterdruckes bewirkt wird.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Raumluft in das obere Ende des Rohres (35) eintritt, um den Luftstrom (LS) zu bilden.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (70) an der Spinndüse (25) vorgesehen sind, um das Kühlen des Filamentes (16) nach dem Austritt aus der Düse (25) zu verzögern.
    EP95900885A 1993-12-03 1994-12-02 Schmelzspinnverfahren für filamente Expired - Lifetime EP0682720B1 (de)

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