EP0754790A2

EP0754790A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Heizen eines synthetischen Fadens

Info

Publication number: EP0754790A2
Application number: EP96110889A
Authority: EP
Inventors: Rahim Gross; Heinz Schippers
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2016-07-05
Also published as: US5783127A; KR970006555A; US6012912A; TW320654B; EP0754790A3; CN1074472C; DE59611386D1; CN1145959A; EP0754790B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spinnen, Verstrecken und Aufspulen eines synthetischen Fadens (1). Hierbei wird der Faden (1) bei der Verstreckung in einer Verstreckzone einer mehrstufigen Wärmebehandlung durch beheizte Heizoberflächen (32, 117) unterworfen. In der ersten Wärmebehandlung wird der Faden (1) auf den Bereich der Glasübergangstemperatur des Fadenmaterials erhitzt, wobei der Faden mit Teilumschlingung über eine Heizoberfläche (32) geführt wird. Die zweite Stufe der Wärmebehandlung wird durch eine langgestreckte Heizoberfläche 117 gebildet. Eine der Heizoberflächen (32 oder 117) ist auf eine Oberflächentemperatur erhitzt, die oberhalb der Schmelzetemperatur des Fadenmaterials liegt. In der Verstreckzone wird der Faden einer Fadenzugkraft unterworfen, die zur plastischen Verformung in oder unmittelbar hinter der ersten Stufe der Wärmebehandlung erforderlich ist. Der Faden wird dabei verstreckt und fixiert. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Heizen eines synthetischen Fadens nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 19.
Dieses Verfahren und diese Vorrichtung sind bekannt durch z.B. das US-Patent 3 103 407.
Bei dem Verfahren bzw. der Vorrichtung wird ein frisch gesponnener synthetischer Faden (Polyester) mittels einer Abzugsgalette aus einer Spinnzone in eine Verstreckzone gefördert und zwischen der Abzugsgalette und einer Verstreckgalette verstreckt. Hierbei wird der Faden mittels der beheizten Abzugsgalette und einer direkt anschließenden beheizten Metallplatte in zwei Stufen durch Kontakt aufgeheizt. Die Abzugsgalette ist hierbei auf eine Temperatur von 60 bis 90 °C und die Metallplatte auf eine Temperatur von 160 bis 200 °C erhitzt. Die Abzugsgeschwindigkeit liegt im Bereich von kleiner 1.000 m/min.
Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, daß die Aufheizung des Fadens ausschließlich vom Kontakt zwischen den beheizten Oberflächen und dem Faden abhängig ist. Außerdem führt die große Berührlänge und die Kontaktkraft zu erhöhten Fadenreibungen, die sich nachteilig auf die Fadenqualität auswirken. Diese Effekte verstärkt sich schnell bei höheren Abzugsgeschwindigkeiten, so daß eine gleichmäßige Wärmeübertragung nicht möglich ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, beim thermischen Behandeln eines laufenden synthetischen Fadens - es kann sich dabei um Polyester, insbesondere aber auch Polyamid, Polytrimethylenterephthalat und Polypropylen handeln - eine gleichmäßige Aufheizung des Fadens mit entsprechend gleichmäßiger Verstreckung und gleichmäßigen, gut einstellbaren Fadeneigenschaften zu erreichen.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Ansprüchen 1 und 19.
Hierin ist vorgesehen, daß die Oberflächentemperatur mindestens einer der Heizoberflächen höher ist als die Schmelztemperatur des Fadenmaterials, vorzugsweise höher als 100 Kelvin oberhalb der Schmelztemperatur des Fadenmaterials und daß der Faden dabei einer Fadenzugkraft unterworfen wird, die zur plastischen Verformung erforderlich ist.
Durch die hohe Temperatur der Heizoberfläche wird eine schockartige Aufheizung des Fadens unmittelbar kurz nach Eintritt in die Heizzone bewirkt. Einerseits kann dadurch der sogenannte Streckpunkt genau lokalisiert werden. Der Streckpunkt ist ein sehr enger Bereich des Fadens, in dem die plastische Verformung durch gleichmäßiges Fließen beginnt. Andererseits führt die schockartige Aufheizung dazu, das Gefügeumwandlungen bevorzugt stattfinden. Die reibungsbedingte mechanische Beanspruchung des Fadens wird auf ein Minimum reduziert, so daß die Fadenzugkraft, die zur plastischen Verformung erforderlich ist, einen stabilen Verlauf aufweist.
Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß bei der kontinuierlichen Verstreckung und Fixierung die Fadenzugkraft nicht erhöht zu werden braucht sondern im wesentlichen konstalt bleiben kann. Aufgrund der schockartigen Wärmebehandlung wird mit der Verstreckspannung auch bereits eine ausreichend gute Fixierwirkung erzielt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß Mittel, wie z. B. Galetten, zur Erhöhung der Fadenzugkraft zwischen den einzelnen Stufen der Wärmebehandlung entfallen können.
Die Verfahrensvariante nach Anspruch 3 kann überall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo Materialien verarbeitet werden, wie z. B. Polypropylen, die eine Nachverstreckung erfordern.
Die Verfahrensvariante nach Anspruch 4 hat den Vorteil, daß die Wärmebehandlung in der ersten Stufe insbesondere durch einen beheizten Streckstift derart erfolgen kann, daß trotz geringer Berührlänge und hohen Abzugsgeschwindigkeiten die hohen Oberflächentemperaturen eine Ausbildung des Streckpunktes an dem Streckstift bewirken. Der Streckstift kann eine gekrümmte Oberfläche haben mit einem Radius von beispielsweise 10 cm oder sogar weit höher. Er ist ortsfest und nicht drehend angebracht. Sein Mantel wird von dem Faden teilweise berührt bzw. umschlungen. Aufgrund der hohen Oberflächentemperaturen kann die Berührlänge und die Kontaktkraft sehr klein gehalten werden. Hierdurch wird der Verschleiß der Streckstifte gemindert. Außerdem stellen sich sehr geringe Reibungskräfte an dem Faden ein, so daß Fadenbeschädigungen vermieden werden.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Streckstift auch durch eine Platte ersetzt werden kann, die vom Faden berührt wird.
Die Erfindung wendet sich bewußt ab von der "nur"-kontaktfreien Fadenführung. Gemäß Anspruch 5 erfolgt die Wärmerübertragung in der ersten Stufe durch Kontakt, der so gestaltet ist, daß sich nur geringe Reibungskräfte an dem Faden ergeben. Die erste Stufe der Wärmebehandlung kann insbesondere durch eine heiße Galette erfolgen, durch die der Faden von der Spinndüse abgezogen wird. Diese Galette liegt an einer Stelle, an der der frisch gesponnene Faden wieder wesentlich erkaltet ist (ca. 40 °C). Diese Galette kann auf eine Temperatur von 70 bis 120 °C aufgeheizt werden. Durch eine nachfolgende Verstreckgalette wird der Faden von der ersten Galette mit einer solchen Fadenzugkraft abgezogen, daß sich unmittelbar beim Ablauf des Fadens von der Galette der Streckpunkt ausbildet. Alternativ kann an die Stelle der Abzugsgalette ein von innen beheizter Streckstift oder eine beheizte Platte treten. Die Berührlänge am Streckstift ist dabei so gering, daß die entstehenden Reibungskräfte gerade ausreichen, daß an dem Streckstift das Fließen erstmals eintritt und sich demgemäß ein Streckpunkt ausbildet. Der Streckstift wirkt also als Bremsfläche, ähnlich der DE 38 23 337 = Bag. 1590. In der zweiten Stufe wird der Faden dagegen im wesentlichen kontaktlos, d.h. mit sehr genauer Führung in engem Abstand zu einer Heizoberfläche geführt, die auf eine Temperatur zwischen 350 und 550 °C erhitzt ist. Der Abstand zwiwschen dem Faden und der Heizoberfläche liegt im Bereich von 0,5 bis 3,5 mm, so daß bei Eintritt in die Heizzone der Faden schockartig erhitzt wird.
Die Führung des Fadens geschieht durch Fadenführer, die zum einen für eine Laufruhe des Fadens, zum anderen aber auch für den genauen Abstand zu der Heizoberfläche sorgen.
In einer dritten Stufe kann der Faden sodann in einer anderen Ausführungsform ebenfalls kontaktfrei und in engem Abstand zu einer weiteren Heizoberfläche geführt werden, die auf eine Temperatur zwischen 300 und 500 °C erhitzt ist.
Die Ausführung nach Anspruch 8 erlaubt eine sehr genaue Einstellung des Verstreckverhältnisses. Der direkt beheizte Streckstift führt auch bei Abzugsgeschwindigkeiten oberhalb 5.000 m/min sicher zur Ausbildung des Streckpunktes.
Die Verfahrensvariante nach Anspruch 9 hat den Vorteil, daß größere Umschlingungswinkel zur Erzeugung hoher Fadenzugkräfte möglich sind. Die Verfahrensmodifikation nach Anspruch 11 bietet den Vorteil, daß die mitgeführte Spinnwärme bereits in der ersten Stufe der Wärmebehandlung genutzt werden kann. Die Führung des Fadens über eine gekrümmte Heizoberfläche kann hierbei entfallen. Hiermit können Abzugsgeschwindigkeiten im Bereich von 6.000 bis 7.500 m/min erreicht werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 12 ergibt eine sehr einfache Verfahrensführung.
Die Verfahrensvariante gemäß Anspruch 14 besitzt den Vorzug, daß der Faden bei geringer Verstreckspannung einen genau lokalisierten Streckpunkt ausbildet und bereits in der ersten Stufe der Verstreckung aufgrund der schockartigen Erwärmung eine bevorzugte Gefügeumwandlung erfährt.
Das Verfahren läßt sich auf alle gängigen Polymertypen anwenden. Für die mechanischen Eigenschaften von Fäden kann es vorteilhaft sein, daß diese aus einer Rezeptur verschiedener Polymere ersponnen werden. Beispielsweise ist bekannt, daß die Beigabe von bis zu 5 % PBT (Polybuthylenterephtalat) zu PET die Spinnbarkeit und die elastischen Eigenschaften der Fasern verbessert.
Mit diesem Verfahren können bevorzugt Polypropylene mit einer engen Molekulargewichtsverteilung im Bereich kleiner als 3, insbesondere aus Metallocene-Basis hergestellte Typen verarbeitet werden.
Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß hier eine sehr kurze Heizeinrichtung ermöglicht wird, die aber andererseits durch ihre Ausgestaltung den Vorteil hat, daß eine sehr gezielte, auf die Geschwindigkeit des Fadens abgestimmte Temperaturführung im Faden und eine über die Länge des Fadens sehr gleichmäßige Erwärmung ermöglicht wird. Die schockartige Wärmezuführ bei Eintritt des Fließens verhindert eine Störung der Kristallstuktur und ermöglicht damit eine optimale Orientierung der Fadenmoleküle.
Die schockartige Wärmezufuhr in der ersten Stufe der Erwärmung führt schlagartig zum Erreichen des Streckpunktes und vermindert zudem die Berührlänge und Kontaktkraft.
Die Weiterbildung der Vorrichtung nach Anspruch 22 hat den Vorteil, daß sie einfach bedient werden kann, das insbesondere der Faden einfach eingelegt werden kann. Auch die Überwachung ist gut möglich.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 23 sorgt für eine ruhige Fadenführung und erlaubt darüber hinaus eine den Bedürfnissen angepaßte Temperaturführung. Hierdurch lassen sich Festigkeit, Dehnbarkeit und Schrumpfneigung des Fadens sehr weitgehend beeinflussen und auf gewünschte Werte einstellen.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 24 dient der Fixierung des Fadenlaufs relativ zu der beheizten Oberfläche aber auch zur Beruhigung des Fadenlaufs.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 25 und 26 ist maschinentechnisch einfach dargestellt. Die Umschlingung des Fadens an dem Streckstift kann durch die Positionierung des Streckstiftes sehr einfach so eingestellt werden, daß unter Berücksichtigung der Temperatur des Streckstiftes die Fadenzugkraft so weit erhöht wird, daß sich an dem Streckstift der Streckpunkt ausbildet. Bei dieser Ausführung ist es auch möglich, ohne Abzugsgalette zu arbeiten, was zum einen maschinentechnisch einfach ist, zum anderen aber auch erlaubt, die aus der Spinnzone mitgeführte Wärme im Faden auch bereits für die Ausbildung des Streckpunktes zu nutzen.
Erfolgt die Versteckung nach Anspruch 29, ergeben sich sehr weitgehende Einstellmöglichkeiten für das Verstreckverhältnis und die dadurch hervorgerufene Orientierung und die sonstigen Eigenschaften des Fadens.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 6 beschrieben.

Fig. 1: zeigt schematisch ein Spinnverfahren und die dazu erforderlichen Vorrichtungsteile in dem Verfahren und Vorrichtung nach dieser Erfindung angewandt werden;
Fig. 2: zeigt eine Modifikation des Verfahrens und der Vorrichtung;
Fig. 3: zeigt eine Ausführungsform einer Heizeinrichtung;
Fig. 4: zeigt eine Modifikation der Verstreckzone und deren Vorrichtung;
Fig. 5: zeigt eine weitere Modifikation der Verstreckzone und der Vorrichtung;
Fig. 6: zeigt eine galettenlose Verfahrensvariante und deren Vorrichtungsteile.

Soweit nicht anders gezeigt, gilt folgendes für Fig. 1 + 2.
Ein Faden 1 wird aus einem thermoplastischen Material gesponnen. Das thermoplastische Material wird durch eine Fülleinrichtung 2 dem Extruder 3 aufgegeben. Der Extruder 3 ist durch einen Motor 4 angetrieben. Der Motor 4 wird durch eine Motorsteuerung 49 gesteuert. In dem Extruder 3 wird das thermoplastische Material aufgeschmolzen. Hierzu dient zum einen die Verformungsarbeit (Scherenergie), die durch den Extruder in das Material eingebracht wird. Zusätzlich ist eine Heizeinrichtung 5, z. B. in Form einer Widerstandsheizung vorgesehen, die durch eine Heizungssteuerung 50 angesteuert wird. Durch die Schmelzeleitung 6, in der ein Drucksensor 7 zur Messung des Schmelzedruckes für eine Druck-Drehzahlsteuerung des Extruders vorgesehen ist, gelangt die Schmelze zu der Zahnradpumpe 9, die durch Pumpenmotor 44 angetrieben wird. Der Pumpenmotor wird durch die Pumpensteuerung 45 derart angesteuert, daß die Pumpendrehzahl feinfühlig einstellbar ist. Die Pumpe 9 fördert den Schmelzestrom zu dem beheizten Spinnkasten 10, an dessen Unterseite sich die Spinndüse 11 befindet. Aus der Spinndüse 11 tritt die Schmelze in Form von feinen Filamentsträngen 12 aus. Die Filamentstränge durchlaufen einen Kühlschacht 14. In dem Kühlschacht 14 wird durch Anblasen ein Luftstrom 15 quer oder radial auf die Filamentschar 12 gerichtet. Dadurch werden die Filamente gekühlt.
Am Ende des Kühlschachtes 14 wird die Filamentschar durch eine Präparationswalze 13 oder einen Präparationsstift zu einem Faden 1 zusammengefaßt und mit einer Präparationsflüssigkeit versehen.

Nur für die Ausführung nach Fig. 1 gilt:

Der Faden wird aus dem Kühlschacht 14 und von der Spinndüse 11 durch eine Abzugsgalette 16 abgezogen. Der Faden umschlingt die Abzugsgalette 16 mehrfach. Dazu dient eine verschränkt zu der Galette 16 angeordnete Überlaufrolle 17. Die Überlaufrolle 17 ist frei drehbar. Die Galette 16 wird durch Galettenmotor 18 und Frequenzgeber 23 angetrieben mit einer voreinstellbaren Geschwindigkeit. Diese Abzugsgeschwindigkeit ist um ein Vielfaches höher als die natürliche Austrittsgeschwindigkeit der Filamente 12 aus der Spinndüse 11 und höher als die Filamentgeschwindigkeit nach Erstarrung in der Anblasung.

Nur für die Ausführung nach Fig. 2 gilt:

Der Faden wird aus dem Kühlschacht 14 und von der Spinndüse 11 durch eine Abzunggalette 54 abgezogen. Der Faden umschlingt die Abzuggalette 54 mehrfach. Dazu dient eine verschränkt zu der Galette 54 angeordnete Überlaufrolle 55. Die Überlaufrolle 55 ist frei drehbar. Die Galette 55 wird durch einen Galettenmotor mit einer voreinstellbaren Geschwindigkeit abgezogen. Diese Abzugsgeschwindigkeit ist um ein Vielfaches höher als die natürliche Austrittsgeschwindigkeit der Filamente 12 aus der Spinndüse. Von der Abzuggalette 54 gelangt der Faden durch die Heizeinrichtung 20b zu der weiteren Galette 16, die hier als Verstreckgalette bezeichnet wird. Die Verstreckgalette 16 ist mit einer höheren Geschwindigkeit angetrieben als die zuvorbeschriebene Galette 54. Dadurch wird der Faden zwischen den beiden Galetten 54 und 16 verstreckt.

Für beide Ausführungen gilt wiederum:

Von der Verstreckgalette 16 in Fig. 2 bzw. der Abzugsgalette 16 in Fig. 1 gelangt der Faden 1 zu dem sogenannten "Kopffadenführer" 25 und von dort in das Changierdreieck 26. In Fig. 1 ist die Changiereinrichtung 27 nicht dargestellt. Es handelt sich dabei um gegensinnig rotierende Flügel, die den Faden 1 über die Länge der Spule 33 hin- und herführen. Dabei umschlingt der Faden hinter der Changiereinrichtung 27 eine Kontaktwalze 28. Die Kontaktwalze 28 liegt auf der Oberfläche der Spule 33 an. Sie dient zur Messung der Oberflächengeschwindigkeit der Spule 33. Die Spule 33 wird auf einer Hülse 35 gebildet. Die Hülse 35 ist auf einer Spulspindel 34 aufgespannt. Die Spindel 34 wird durch Spindelmotor 36 und Spindelsteuerung 37 derart angetrieben, daß die Oberflächengeschwindigkeit der Spule 33 konstant bleibt. Hierzu wird als Regelgröße die Drehzahl der frei drehbaren Kontaktwalze 28 an der Kontaktwalzenwelle 29 mittels einer ferromagnetischen Einlage 30 und einem magnetischen Impulsgeber 31 abgetastet.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Changiereinrichtung 27 auch eine übliche Kehrgewindewalze mit einem in der Kehrgewindenut über den Changierbereich hin- und hergeführten Changierfadenführer sein kann.
In Figur 1 wird als Zustandparameter der Spule 33 der Durchmesser laufend erfaßt oder eine von dem Durchmesser abgeleitete Größe. Zur Messung des Durchmessers wird die Drehzahl der Spindel 34 und die Drehzahl der Kontaktwalze 28, die auf der Oberfläche der Spule anliegt, gemessen. Hierzu dienen ferromagnetische Einlagen 30, 38 in der Spindel 34 wie auch der Kontaktwalze 28 sowie entsprechende Impulsgeber 31, 39. Während die Drehzahl der Kontaktwalze 28 gleichzeitig als Regelgröße für die Verstellung des Spindelmotors 36 über Spindelsteuerung 37 dient, wird die Drehzahl der Spindel 34 - worauf hier nicht weiter eingegangen wird, zur Steuerung der Changiereinrichtung 27 verwandt.
Wie die Ausführung nach Fig. 1 zeigt, liegen zwischen dem Kühlschacht 14 und der Abzugsgalette 16 Streckstifte 56 und eine Heizeinrichtung 20b. Der letzte der Streckstifte 56 weist eine beheizte Heizoberfläche 32 auf. Die Streckstifte sind bevorzugt nicht drehbar und bevorzugt fest angeordnet. Sie werden von dem Faden teilweise umschlungen. Durch Verstellung des ersten Steckstiftes senkrecht zum Fadenlauf kann der Umschlingungswinkel und damit die Berührlänge an den Oberflächen jedes Steckstiftes in gewünschter weise verkleinernt oder vergrößert werden. Bei einer Anordnung von drei Streckstiften (Fig. 5) wird vorzugsweise der mittlere Streckstift verstellt. In Fig. 1, 4 und 5 ist der Versatz übertrieben dargestellt. In Wirklichkeit genügt ein geringer Versatz. Mindestens einer der Streckstifte, vorzugsweise der letzte, ist - wie gesagt - beheizt. Die Temperatur, auf die der Faden erhitzt wird, liegt höher als die Glasübergangstemperatur des Fadens, die für Polyester bei 55 und unter 120 °C liegt.
Bei einer Oberflächentemperatur der Heizoberfläche 32 des beheizten Streckstiftes 56, die über der Schmelztemperatur des Fadenmaterials liegt, werden Abzugsgeschwindigkeiten von bis über 5.000 m/min erreicht. In diesem Fall wird mit sehr geringen Berührlängen an den Streckstiften 56 gefahren.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 liegt die Heizeinrichtung 20b zwischen der Abzugsgalette 54 und der Verstreckgalette 16. In dieser Ausführung ist die Oberfläche 32 der Abzugsgalette 54 beheizt, so daß sich der Streckpunkt des Fadens unmittelbar hinter oder auf der Galette ausbildet. Zur weiteren Wärmebehandlung wird der Faden durch die Heizeinrichtung 20b geführt.
Fig. 4 zeigt eine Modifikation der Ausführung nach Fig. 2. Hierbei ist die Abzugsgalette 54 nicht beheizt. Stattdessen befinden sich vor der Heizeinrichtung 20b Streckstifte 56, von denen mindestens einer eine beheizte Heizoberfläche 32 aufweist. Im übrigen entsprechen diese Streckstifte in ihrer Ausführung und Temperaturführung den Streckstiften, die in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden sind.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung der Figur 4 ist dann gegeben, wenn die Streckstifte 56 im Fadeneintrittsbereich der Heizeinrichtung 20b angeordnet werden. Der Streckpunkt des Fadens wird sich unmittelbar hinter dem letzten Streckstift 56 ausbilden, so daß die Verstreckung und die Fixierung in der unmittelbar folgenden Wärmebehandlung erfolgt.
Fig. 5 zeigt ebenfalls eine Modifikation der Ausführung nach Fig. 2. Die Abzugsgalette 54 ist nicht beheizt. Vor der Heizeinrichtung 20b sind die unbeheizten Streckstifte 56 angeordnet. Gegenüber der Umschlingungsseite des mittleren Streckstiftes befindet sich eine beheizte Platte 58, so daß sowohl der Faden als auch indirekt die Streckstifte erwärmt werden.
Bei dieser Ausführung ist das Verfahren dahingehend modifizierbar, daß die Streckkstifte 56 entfallen können. Der Faden wird dann mit geinger Berührung oder auch berührungslos über die beheizte Platte 58 geführt.
Bei den Ausführungen nach Fig. 4 und 5, die jeweils den umrandeten Teil nach Fig. 2 ersetzen, liegen Streckstifte und Heizeinrichtung - insofern wird auf Fig. 1 verwiesen - zwischen Abzugsgalette 54 und Verstreckgalette 16.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist die Abzugsgalette 54 beheizt auf eine Temperatur im Bereich zwischen 70 und 120 °.
In beiden Fällen können auch die Abzugsgaletten 16 beheizt sein mit einer Temperatur von ca. 150 ° ± 40 °C, um eine Schrumpfung und Wärmefixierung des Fadens zu ereichen. Dies ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung.
Bei der in Fig. 6 gezeigeten Modifikation wird der Faden galettenlos mit einer Abzugsgeschwindigkeit größer 5.000 m/min direkt von der Aufwicklung, die durch die Kontaktwalze 28 und die Spule 33 gezeigt ist, aufgenommen. Die Verstreckung beginnt bereits in der Spinnzone. Die erste Stufe der Wärmebehandlung wird durch die mitgeführte Spinnwärme gebildet. Die Führung des Fadens über eine gekrümmte Oberfläche kann entfallen. Der Faden wird sodann durch eine Öse oder Fadenführer 8 zu der zweiten Stufe der Wärmebehandlung mittels der Heizeinrichtung 20b geführt. Die Wärmebehandlung erfolgt dadurch, daß der Faden 1 im wesentlichen über die Heizoberfläche 117 geführt wird. Die Heizoberfläche 117 weist eine Oberflächentemperatur auf, die über der Schmelztemperatur des Fadenmaterials liegt. Nach der Verstreckung wird der Faden direkt auf die Spule 33 aufgewickelt. Mit dieser Modifikation werden Abzugsgeschwindigkeiten im Bereich zwischen 6.000 bis 7.500 mm/min erreicht.
Die Heizeinrichtung 20b kann zweistufig ausgebildet sein, wobei beide Stufen etwa gleich lang, d.h. 300 bis 500 mm lang sind oder bewußt im Einzug kurz und in den Folgezonen länger sind, damit eine starke Überhöhung der Einzugstemperratur im Vergleich zu den Folgezonen möglich ist. Die Temperaturführung geschieht so, daß in der eingangsseitigen Stufe die Oberflächentempratur 450 bis 550 °C und in der ausgangssseitigen Stufe die Oberflächentemperatur 400 bis 500 °C beträgt. Der Faden wird in geringem Abstand zu der jeweiligen Oberfläche geführt, etwa in einem Abstand von 0,5 bis 3,5 mm.
Die Heizeinrichtung 20b wird anhand Figur 3 beschrieben.
Wie dargestellt kann die Heizvorrichtung 20b aus mehreren, hier zwei in Fadenlaufrichtung hintereinanderliegenden Schienenabschnitten 114a und 114b bestehen. Diese sind von unterschiedlicher Länge, ansonsten aber gleicher Querschnittsform. Zweck einer solchen zweigeteilten Anordnung kann es sein, die Heizeinrichtung 20b in verschiedenen Längenbereichen unterschiedlich zu erwärmen, um den Faden 1 bei einem seinen Eigenschaften gerechtwerdenden Wärmeprofil zu behandeln. Das heißt: Es können auch mehr als die zwei dargestellten Abschnitte angewandt werden. Dabei ist es von besonderer Wichtigkeit, daß der Winkel, den die beiden Heizschienen 114 zueinander bilden, an jeder Bearbeitungsstelle der Spinn-Streck-Maschine identisch eingestellt wird, damit auf allen Bearbeitungsstellen Fäden gleicher Qualität erzeugt werden. Zur Befestigung der beiden Heizschienen 114 dient eine Befestigungsschiene 158. Dabei handelt es sich um eine Schiene, die die Länge der beiden Heizschienen hat. Die Befestigungsschiene hat einen U-förmigen Querschnitt. Die Heizschienen 114 werden auf dem Grund der Befestigungsschiene mit Abstandshaltern 160 befestigt. Durch die Dimensionierung der Abstandshalter und ihre Position relativ zu der Heizschiene 114 wird die Neigung der Heizschiene 114 im Bezug auf die geradegestreckte Befestigungsschiene 158 festgelegt. Dabei haben die beiden Heizschienen 114 bezüglich der Befestigungsschiene gegensätzliche Neigung und bilden darüber miteinander einen stumpfen Winkel. Die Befestigungsschiene 158 dient also zum einen zur genauen Befestigung der beiden Heizschienen. Da die Befestigungsschiene 158 ein U-förmiges Profil hat, umgreift sie aber auch die beiden Heizschienen. Daher dient die Befestigungsschiene 158 auch der Temperaturvergleichmäßigung über die Länge und Breite der Heizschienen. Die Befestigungsschiene wird mit einer Isolierung umgeben.
Es können stabförmige Abstandshalter 140 vorgesehen sein können, die die Längsnut 112 am Nutengrund, d. h. der Heizoberfläche 117 überbrücken und den Fadenlauf in einem genauen Abstand zum Nutengrund festlegen. Alternativ oder zusätzlich können einige oder alle Fadenführer 132 mit einer umlaufenden Führungskante, z. B. einer Umfangsnut 142 (Fig. 3a) versehen sein, deren Höhe vom Nutengrund mit der von den Führungskörpern 140 vorgegebenen Höhe der Fadenlaufbahn abgestimmt ist. Auf die Weise wird der Faden, der in der Nut geführt ist, zusätzlich durch die Seitenkanten der Nut geführt. Die Umfangsnuten haben über den Umfang gleiche Tiefe, sind also konzentrisch zu den Fadenführern 132 ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, die Umfangsnuten mit im Verlauf des Umfangs wechselnder Tiefe auszubilden, z. B. dadurch, daß der Nutengrund zwar kreiszylindrisch aber exzentrisch zu den Fadenführern 132 eingeschnitten wird. In diesem Falle ist durch Verdrehen der Fadenführer die Möglichkeit einer Feineinstellung der Berührung zwischen Faden 131 und Fadenführern 132 und des zickzackförmigen Fadenlaufes gegeben. Dazu ließen sich die Fadenführer 132 beispielsweise über ein sie verbindendes Gestänge (nicht dargestellt) gemeinsam und in gleichem Ausmaß verdrehen.
Im übrigen ist die Heizvorrichtung in einem Isolierkasten (nicht gezeigt) untergebracht, in dem sie in einem wärmedämmenden Material, z.B. Glasfasern, eingebettet ist. Der Isolierkasten kann dabei mit einer Klappe versehen sein, der es ermöglicht, ihn zu öffnen, um Zugang zu der Heizvorrichtung zu bieten und den Faden einzulegen. Ferner dient der Isolierkasten mit seinen sich über die Heizvorrichtung legenden Teile zum axialen Festlegen der Fadenführer 132 in der Schiene 114. Dabei ist der Isolierkasten mit Schlitzen versehen, die mit der Mittelebene und den Anschrägungen 134 der Fadenführer 132 fluchten und es ermöglichen, einen zu behandelnden Faden 138 zwischen die Fadenführer 132 einzubringen. Die Schlitze sind an ihren Seitenwänden mit verschleißfesten Isolierplatten versehen.
Auch die für die Heizelemente 124, 126 erforderlichen elektrischen Kontakte sind gegebenenfalls in dem Isolierkasten 144 untergebracht.
Die Kontaktflächen, mit denen die Fadenführer den Faden berühren, haben einen verhältnismäßig großen Durchmesser. Im Gegensatz dazu besitzt die Zickzacklinie, in der der Faden durch die Überlappung U der aufeinanderfolgenden Fadenführer geführt ist, eine verhältnismäßig kleine Amplitude, bei verhältnismäßig großem Abstand (A) zwischen zwei benachbarten Fadenführern. Dadurch wird erreicht, daß der Umschlingungswinkel, mit welchem der Faden die Fadenführer bzw. die an ihnen gebildeten Kontaktflächen umschlingt, auch in der Summe klein ist.
Die Heizschiene besitzt auf ihrer von der Längsnut 112 abgewandten Seite zwei Nuten, die im wesentlichen unterhalb der Fadenführungsnuten 112 liegen. In diese Nuten sind Heizelemente 124 und 126 eingelegt. Die Heizelemente werden durch eine Befestigungsschiene 159, die sich über die gesamte Länge der Heizschiene erstreckt, festgeklemmt. Dazu besitzt auch die Befestigungsplatte Nuten, welche die Heizelemente 124, 126 umgreifen. Durch Lösen der Befestigungsplatte 159 können die Heizelemente 124, 126 leicht ausgetauscht werden.
Der Abstand des Fadens zu der Heizoberfläche 117 ist sehr gering. Der Abstand liegt im Bereich zwischen 0,5 bis 5 mm. Vorzugsweise beträgt der obere Wert nicht mehr als 3,5 mm, um einen guten Wärmeübergang und eine genaue störungsfreie Temperaturführung zu erzielen.
Dadurch erfolgt bei der entsprechend hohen Temperatur der Heizschiene von mehr als 350°C eine schockartige Erhitzung. Die Fadenführer 132 können zumindest teilweise auch fortgelassen oder entfernt werden, wenn sie einen negativen Einfluß haben. Sie tragen einerseits zu einer Beruhigung des Fadenlaufs und einer Erwärmung des Fadens durch Laufkontakt bei und haben andererseits nur eine geringe Reibung auf den Faden infolge der geringen Umschlingung.
Das Wesentliche ist jedoch die kontaktfreie Führung in dichter Nachbarschaft zu der hoch-erhitzten Heizoberfläche.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Faden
2: Fülleinrichtung
3: Extruder
4: Motor
5: Heizeinrichtung
6: Schmelzeleitung
7: Drucksensor
8: Fadenführer
9: Pumpe, Zahnradpumpe
10: Spinnkopf. Spinnkasten
11: Düse, Spinndüse
12: Filamente, Filamentstrang
13: Präparationswalze, Präparationseinrichtung
14: Kühlschacht
15: Anblasung, Luftstrom
16: Abzugsgalette
17: Überlaufrolle
18: Antriebsmotor
19: Gehäuse
20: Heizeinrichtung
21: Ausgangsschleuse
22: Frequenzgeber
23: Dampfdüse
24: Fadenkanal
25: Kopffadenführer, Fadenführer
26: Changierdreieck
27: Changiereinrichtung
28: Kontaktwalze
29: Kontaktwalzenwelle
30: ferromagnetische Einlage
31: Impulsgeber
32: Heizoberfläche, Oberfläche
33: Spule
34: Spindel
35: Spulhülse
36: Antriebsmotor
37: Spindelsteuerung
38: ferromagnetische Einlage
39: Impulsgeber
40: Eingangsschleuse
41: Dampfkanal
42: Heizdampferzeuger
44: Pumpenmotor
45: Pumpensteuerung
46: Rechnereinheit
47: Wasserdüse
48: Überlaufkörper
49: Extrudersteuerung
50: Heizungssteuerung
51: Kühlsteuerung
52: Ausgangsschleuse
53: Eingangsschleuse
54: Galette
55: Überlaufrolle
56: Streckstift
58: Platte
112: Längsnut
114: Schiene
116: Unterteil
117: Heizoberfläche
118: Wand
120: Trennwand
122: Wand
124: Heizelement
126: Heizelement
128: Ausnehmung
130: Schlitz
132: Fadenführer, Führungskörper
134: Anschrägung
136: Rille
140: Fadenführer, Abstandhalter
142: Umfangsnut
158: Befestigungsschiene
159: Befestigungsplatte
160: Abstandshalter

Claims

Verfahren zum Spinnen, Verstrecken und Aufspulen eines synthetischen Fadens (1),
bei dem der Faden (1) bei der Versteckung in einer Verstreckzone einer mehrstufigen Wärmebehandlung durch beheizte Heiz- oberflächen (32, 117) unterworfen wird,
und bei dem die erste Wärmebehandlung der Erhitzung des Fadens (1) auf den Bereich der Glasübergangstemperatur des Fadenmaterials dient, wobei der Faden (1) über eine Heizoberfläche (32) mit Teilumschlingung (Galette, Platte oder Streckstift) geführt wird und bei dem unmittelbar daran anschließend der Faden (1) in der zweiten Stufe entlang einer langgestreckten Heizoberfläche (117) geführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberflächentemperatur mindestens einer der Heizoberflächen (32, 117) höher ist als die Schmelztemperatur des Fadensmaterials
vorzugsweise höher als 100 Kelvin oberhalb der Schmelztemperatur des Fadenmaterials vorzugsweise zwischen 200 und 300 Kelvin oberhalb der Schmelztemperatur des Fadenmaterials,
und daß der Faden (1) in der Verstreckzone einer Fadenzugkraft unterworfen wird, die zur plastischen Verformung in oder unmittelbar hinter der ersten Stufe der Wärmebehandlung erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekenzeichnet, daß
die Fadenzugkraft innerhalb der Verstreckzone im wesentlichen konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Fadenzugkraft innerhalb der Verstreckzone erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberflächentemperatur der ersten Heizoberfläche (32) höher ist als die Schmelztemperatur des Fadenmaterials.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberflächentemperatur der zweiten Heizoberfläche (117) höher ist als die Schmelztemperatur des Fadenmaterials.
Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Faden (1) entlang der zweiten Heizoberfläche (117) mit Abstand und im wesentlichen ohne Berührung geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
daß der Faden (1) entlang der zweiten Heizoberfläche (117) durch einen oder mehrere kurze Führungskörper (132), die längs der Heizstrecke verteilt sind, geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verstreckung zwischen zwei Galetten (54, 16) erfolgt und die erste der Galetten (54) unbeheizt ist,
und daß die erste Stufe der Wärmebehandlung hinter der ersten Galette (54) durch einen feststehenden Streckstift (56) erfolgt, welcher der Faden (1) teilumschlingt oder zumindest berührt.
Verfahren nach Ansruch 8,
dadurch gekennzeichnet ist, daß
die erste Stufe der Wärmebehandlung hinter der ersten Galette (54) mittels einer beheizten Platte (58) erfolgt, an welcher der Faden (1) brührungslos entlang geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
die Verstreckung zwischen zwei Galetten (54, 16) erfolgt und die erste der Galetten (54) zur Durchführung der ersten Stufe der Wärmebehandlung mit einer Temperatur im Bereich der Glasübergangstemperatur des betreffenden Polymers beheizt ist, vorzugsweise mit einer Temperatur zwischen 60 und 120°C .
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verstreckung in der Spinnzone beginnt, wobei die Abzugsgeschwindigkeit der Aufwicklung oberhalb 5.000 m/min liegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verstreckung mittels einer Galette (16) erfolgt, welche den frisch gesponnenen Faden unmittelbar mit hoher Geschwindigkeit von mehr als 3500 m/min von der Spinndüse abzieht und daß die erste Stufe der Wärmebehandlung durch einen feststehenden Streckstift (56) erfolgt, welchen der Faden teilweise umschlingt oder zumindest berührt.
Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Stufe der Wärmebehandlung durch eine feststehende Platte (58) erfolgt, an welcher der Faden berührungslos entlang geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Stufe der Wärmebehandlung durch einen Streckstift (56) gebildet wird, wobei der Streckstift innerhalb einer langgestreckten Heizoberfläche (117) unmittelbar am Fadeneintritt angeordnet ist, und wobei die Heizoberflächentemperatur höher ist als die Schmelztemperatur des Fadenmaterials.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
daß der synthetische Faden aus Polyester insbesondere Polyethylen terephthalat besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
daß der synthetische Faden aus einem Polyamid (PA 6 oder PA 6.6 oder Blend aus PA-Typen) besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
daß der synthetische Faden aus einem Polypropylen besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
der synthetische Faden aus einem Polytrimethylenterephthalat besteht.
Spinn-, Streck- und Aufwickelmaschine zum Spinnen, Verstrecken und Aufwickeln eines synthetischen Fadens (1), bei welcher der Faden (1) in der Verstreckzone mittels einer Heizeinrichtung (20) bei einer zur plastischen Verformung führenden Fadenzugkraft in mehreren Stufen erwärmt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtung (20a) der ersten Stufe eine vorzugsweise gekrümmte Heizoberfläche (32) ist, über die der Faden (1) geführt wird
und daß
die Heizeinrichtung (20b) der zweiten Stufe eine langgestreckte Heizoberfläche (117) mit Fadenführern (132) ist, durch welche der Faden (1) berührungsfrei, jedoch in enger Nachbarschaft zu der Heizoberfläche (117) geführt wird,
und daß zumindest eine der Heizoberflächen (32, 117) auf eine Temperatur, die höher ist als die Schmelztemperatur des Fadenmaterials, vorzugsweise höher als 100 Kelvin oberhalb der Schmelztemperatur des Fadenmaterials vorzugsweise mehr als 150 Kelvin oberhalb der Schmelztemperatur des Fadenmaterials eingeregelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtung (20a) der ersten Stufe der Erwärmung auf eine höhere Temperatur als die Schmelztemperatur des Fadenmaterials eingeregelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtung (20b) der zweiten Stufe der Erwärmung auf eine höhere Temperatur als die Schmelztemperatur des Fadens eingeregelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtung (20) durch eine langgestreckte U-förmige oder V-förmige Schiene gebildet wird, in deren Längsnut der Faden im wesentlichen kontaktfrei geführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 21,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtung (20b) der zweiten Stufe zweigeteilt ist und aus zwei langgestreckten U-förmigen oder V-förmigen Schienen (114) gebildet wird, die einen stumpfen Winkel zwischen sich einschließen, und
daß im Bereich der benachbarten Enden zwischen beiden Schienen (114) Fadenführer (132) angeordnet sind, die dazu dienen, den Faden (1) in der Längsnut (112) beider Schienen (114) im wesentlichen kontaktfrei zu führen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 oder 23,
dadurch gekennzeichnet, daß
daß der Faden (1) entlang der Heizoberfläche (117) durch einen oder mehrere kurze Führungskörper (132, 140), die längs der Heizstrecke verteilt sind, geführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtung (20a) der ersten Stufe ein beheizter Sreckstift (56) ist, um welchen der Faden (1) mit Teilumschlingung geführt wird und daß die Heizoberfläche (32) des Streckstiftes auf eine Temperatur höher als die Schmelztemperatur des Fadenmaterials, vorzugweise höher 150 Kelvin oberhalb der Schmelztemperatur des Fadenmaterials eingeregelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtung (20a) der ersten Stufe eine beheizte Platte (58) ist, an welcher der Faden (1) berührungslos vorbeigeführt wird und daß die Heizoberfläche der Platte auf eine Temperatur höher als die Schmelztemperatur des Fadenmaterials, vorzugweise höher 150 Kelvin oberhalb der Schmelztemperatur des Fadenmaterials eingeregelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 oder 26,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verstreckzone sich ohne Zwischenschaltung einer Abzugeinrichtung, Galette oder dergl. unmittelbar an die Spinnzone anschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 oder 26,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verstreckzone zwischen einer Abzugseinrichtung, Galette (54) oder dergl. und einer Galette (16) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Faden (1) durch eine Abzugeinrichtung, Galette (54) oder dergl. aus der Spinnzone abgezogen und in die Streckzone gefördert wird, und daß die Abzugeinrichtung als erste Stufe der Wärmebehandlung beheizt ist.