EP0957187A2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Mikrofilamenten von hoher Titer-Gleichmässigkeit aus thermoplastischen Polymeren - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Mikrofilamenten von hoher Titer-Gleichmässigkeit aus thermoplastischen Polymeren Download PDF

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EP0957187A2
EP0957187A2 EP99109026A EP99109026A EP0957187A2 EP 0957187 A2 EP0957187 A2 EP 0957187A2 EP 99109026 A EP99109026 A EP 99109026A EP 99109026 A EP99109026 A EP 99109026A EP 0957187 A2 EP0957187 A2 EP 0957187A2
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EP
European Patent Office
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cooling unit
filaments
titer
cooling
dtex
Prior art date
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Withdrawn
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EP99109026A
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English (en)
French (fr)
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EP0957187A3 (de
Inventor
Manfred Dr. Rer. Nat. Stein
Christian Dipl. Masch.-Ing.(Eth) Baumann
Ulrich Dipl.-Ing. Kemp (FH)
Gunter Dipl.-Ing. Goosens (FH)
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.)
Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Original Assignee
EMS Inventa AG
Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung
Inventa Fischer AG
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by EMS Inventa AG, Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung, Inventa Fischer AG filed Critical EMS Inventa AG
Publication of EP0957187A2 publication Critical patent/EP0957187A2/de
Publication of EP0957187A3 publication Critical patent/EP0957187A3/de
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for producing Microfilament yarns made of thermoplastic polymers with high titer uniformity, (Uster value) which are preferably intended for textile further processing.
  • Filaments and filament yarns are made from thermoplastic polymers generally by the melt spinning process.
  • the polymer is delivered to the individual by spinning pumps Spinnerets distributed. After the melt has escaped from the capillary holes of the nozzles in Form of fine filaments, these are cooled with the help of a cooling medium, afterwards summarized or bundled, loaded with spin finish and wound up.
  • the cooling of the filaments is in the overall process of producing a polymer thread a very essential process step. Through him the mass uniformity, the Quality of the dyeing, as well as the textile properties such as strength and elongation of the Yarn affects.
  • the usual filament yarns for textile processing with a total denier of 84 dtex or 167 dtex are then no longer made up of just 36 or 72 filaments, but instead according to the current state of the art from approx. 100 to 200 individual filaments.
  • the filaments are discharged through after exiting the nozzle plate central blowing system cooled.
  • the filaments are made from a spinneret plate spun, the capillary holes on one or more preferably concentric Circles are arranged.
  • the diameter of the smallest circle must be sufficient be large around the cooling device, the so-called blowing candle, centrally below the spinneret, to be able to install.
  • This blow-on candle consisting of a tubular, porous, gas-permeable hollow body, cooling air is supplied from a pipe end, the opposite pipe end is closed. The cooling air flows through the porous candle radially outwards and thus cools the filaments arranged concentrically around them.
  • the filaments strip a ring to apply the Spin finish. Finally, they are combined into a strand below the blow candle.
  • the filaments spun in this way are suitable for the production of staple fibers.
  • the patent specification DE 196 53 451 describes a central blower for the production of technical yarns from a large number of individual filaments with high capillary titers of over 1 dtex / fil. which are characterized by a low shrinkage and a high modulus.
  • No. 3,969,462 describes the production of coarse-titer technical polyester yarn using a central cooling unit, which begins with an approximately 15 to 60 cm long non-blown but externally heated zone in order to improve the Uster uniformity of the yarn.
  • DE 38 22 571 A1 describes a central blowing device with an annular slot diaphragm, which is arranged between the nozzle plate and the blowing candle. It is pointed out that in practice, without such an arrangement, malfunctions frequently occur due to filament breaks and the mass uniformity of the filaments remains insufficient in comparison to cross-flow blowing.
  • the devices known from the prior art are indeed suitable for production of products with a high throughput, such as those used in the manufacture of Staple fibers or for the production of technical yarns are necessary, but they are for the production of microfilament continuous yarns, in which the throughput per nozzle is essential less is insufficient.
  • the throughput per nozzle is essential less is insufficient.
  • the known devices were used only for heavy titers well above 1 dtex / fil or in fiber spinning processes with very high number of holes in a nozzle plate.
  • DE 37 08 168 C2 for example, over 700 holes are mentioned per nozzle plate.
  • fiber spinning processes sufficient heat is supplied to the spinneret plate through the melt mass due to the high melt throughput required.
  • the specialist makes use of higher ones, especially in the case of cross-flow blowing Spinning or melt temperatures. Affect higher temperatures but significantly increase the reliability of the process, or increase it the frequency of interruptions due to the increased thermal decomposition rate the polymer melt in the spinning beam and nozzle pack and the increasing impurities on the surface of the spinneret plate.
  • the upper limit of the hole density known from the prior art thus remains below 30 holes / cm 2 . Even with this device, higher hole densities cannot be achieved without sacrificing quality and spinning safety.
  • the object of the present invention was therefore based on the spinning of microfilament yarns made of thermoplastic polymers with a single capillary titer less than 1 dtex / filament using a suitable device, in particular the process step of cooling so that the number of spinning disorders is reduced and microfilament yarns with improved textile mechanical properties and more uniform Dyeability results, reducing equipment and production costs as much as possible are.
  • the object is achieved by the characterizing features of a device for producing microfilament yarns from thermoplastic polymers with a maximum titer of 500 dtex total and individual filament titer of a maximum of 1 dtex, preferably a maximum of 0.8 dtex and high titer uniformity according to claim 1 , by a method for producing these microfilaments according to claim 24 using a device according to the invention and the microfilaments thus produced according to claim 37 .
  • the device according to the invention which includes a suitable active central cooling unit for the production of Micro filament yarns up to a maximum of 500 dtex, preferably up to 250 dtex, with a single capillary titer of less than 1 dtex / filament, preferably less than 0.8 dtex / filament, very high Allow hole densities to be achieved.
  • the device according to the invention with the integrated cooling unit ensures for spinneret plates with special high number of holes compared to cross-flow blowing a very uniform cooling of filaments.
  • the device according to the invention solves the problem in particular in that a spinneret plate which has a very high hole density of up to 40 holes per cm 2 of effective exit surface (of the hole rows) with a diameter of up to 110 mm and up to 600 capillary bores which is customary in the prior art ) is combined with an active cooling unit, which allows the emerging filaments to start cooling directly under the nozzle at a distance S and continues on an air cushion formed by a cooling air stream that exits at a constant speed over the entire cooling length until solidification and preparation.
  • the inventive device is shown in Figures 1a and 1b schematically.
  • the cooling unit 5 is fixed at a distance S of a maximum of 35 mm with a centering mandrel in a nozzle-symmetrical manner centrally under the spinneret plate 2 .
  • This distance S is variably adjustable depending on the titer.
  • the space in the geometric extension of the candle diameter is thermally insulated with the distance S or provided with additional heating or cooling elements.
  • the isolation largely allows not only the temperature of the surface of the spinneret plate constant, but also 5 to 10 ° C below the temperature of the emerging Keep melt.
  • Such insulation is preferably made of a low thermal material Conductivity.
  • the insulation is integrated in the spinneret plate 2 .
  • the annular or circular arrangement of the capillary bores in the spinneret plate 2 is interrupted in preferred embodiment variants or divided into groups in order to facilitate the separate assembly of filaments 4 with the aid of separate thread guiding elements in separate filament bundles or the area above the entry device 7 of the cooling unit 5 to keep free of filaments 4 .
  • the active cooling unit 5 consists of a tubular, air-permeable fabric (FIG. 8) that expands biconically under the pressure of the emerging cooling air or a perforated tubular part with an air supply on one side (FIG. 7) , while the other end on the spinneret side is closed.
  • the cooling unit consists of a tube part directed upwards from the insertion device against the spinneret plate 2 and a tube part directed downwards in the course of the filament (FIGS. 10a, b).
  • the lower tube part is designed to converge in a conical, pointed manner downwards.
  • the cooling unit 5 can be varied both in length and in diameter and can therefore be adapted to spinning conditions, in particular the spinning speed and the spinning titer of the filaments.
  • the preferred diameters are in the range between 10 and 106 mm and are particularly advantageously 1 to 40 mm smaller than the inner circle of the annular capillary bores in the spinneret plate 2 .
  • the length, in particular the cooling effective length Lk, can be adjusted by the length of the perforated part and optionally by additional non-perforated or differently perforated intermediate rings. It is preferably in the range between 50 and 1000 mm.
  • the cooling unit 5 is designed in special variants as a bellows or pluggable (Fig.9a, b) .
  • the perforation of the cooling unit 5 is carried out by hole size and shape, by spacing of the holes, the hole depth or wall thickness of the unit and its orientation, and by different execution of these parameters over the length of the unit for regulating the blown air, which is in the range of 15 to 200 ° C, or preferably from 18 ° C to 10 ° C below the T G of the spun polymer and the exit rate is also controllable.
  • the blowing air is only tempered before it exits the cooling unit 5 . This can be done uniformly or in different areas with different temperatures.
  • 5 displacement bodies for regulating the speed of the blowing air advantageously between 0.05 and 0.7 m / sec, or devices for using blowing air in partial areas of the cooling unit 5 with different temperatures are installed inside the cooling unit.
  • the cooling unit 5 is horizontally through the arm of a retractor 7 and vertically or preferably on a vertical circular Einschwenkweg 13 under the spinning nozzle plate 2 can be positioned, or completely out of the Filamentverlauf swung.
  • the pivoting in and out can be controlled mechanically, pneumatically or electronically and preferably combined with a thread monitor.
  • the cooling unit swings out under its own force of gravity or spring.
  • the arm of the retraction device 7 in which the air supply to the cooling unit 5 is also integrated, preferably has a narrow, preferably rectangular or oval cross section.
  • the arm is provided with circular (FIG. 2a) or slit-shaped air outlet openings, which allow a filament- repellent air flow to be created to protect the device from impinging and adhering filaments.
  • the openings are advantageously arranged uniformly in a narrow grid or, for reasons of saving air, only at the critical points, ie at the points at which contact with the filaments 4 must be avoided.
  • the arm of the retractor 7 is protected by a specially designed, for example, drop-shaped thread guides (9 in Figure 3) prior to contact with filaments of which the contact for all the filaments on a small as possible, precisely defined surface is almost identical .
  • annular positioning thread guide 6 and 10 ( FIG. 4 ) with a sufficiently large diameter is advantageous.
  • This thread guide is designed either as a dry thread guide or as a preparation applicator.
  • the thread-contacting ring 10 of the dry thread guide 6 consists of wear-resistant material, for example ceramic aluminum oxide or a similarly resistant coated surface on a metallic background.
  • FIG. 5a shows a further embodiment of the annular positioning thread guide 10 .
  • a gas stream is guided through an annular gap, whereby the individual filaments 4 run on a gas cushion over the entire ring circumference and a direct contact between the positioning thread guide 6 and the filaments 4 is largely prevented.
  • the positioning thread guide 6 consists of a cone which widens downwards in the direction of the filament in the shape of a funnel or trumpet in accordance with FIG. 5b.
  • the air carried by the filaments 4 is accelerated on this cone and guided against the filaments 4 .
  • An air cushion is formed by this deflected drag air, so that the direct contact between the filaments 4 and the thread guide is largely prevented.
  • the device are in the direction of the filament run air scraper plates attached shortly before the preparation order, which an undisturbed and thus ensure even application of the preparation.
  • one or more preparation applicators 11 which are arranged one behind the other in the thread running direction and supplied by a pump with a uniform amount of spin preparation, and are adjustable in height, are provided as a further embodiment for combining the filaments and applying the preparation.
  • the Spray nozzles for working from the inside out in the center as well as outside advantageous for inward spraying.
  • a thread monitor is provided that registers a filament break and automatically and immediately releases a lock, whereby the cooling unit, preferably by their own gravity removed from the filament path and a contamination or Damage to the blow candle is reliably prevented.
  • the preferred filament single titer in this process is between 0.1 and 1 dtex, preferably between 0.3 and 0.8 dtex and the particularly preferred total titer of the yarn at a maximum of 250 dtex.
  • the cooling of the spun filaments by the exactly centered cooling unit starts a distance S below the spinneret plate, which is a maximum of 35 mm and preferably 5 to Is 10 mm. It is particularly advantageous if this distance S from the environment is isolated. In preferred process variants, this distance S is heated or cooled.
  • the device according to FIG. 1 is inserted into the recess at the necessary distance S.
  • Process variants with a heated intermediate space are particularly advantageous if deposits of monomers appear when the polymer is spun in the nozzle plate area or separate oligomers of the spinning material.
  • a heater which disturbing accumulation of deposits at the top of the cooling unit reduced, increases the spinning safety in an advantageous manner.
  • the advantageous speeds of the blowing air measured at a distance from the innermost hole circle diameter of the capillary bores from the center of the cooling unit, are between 0.05 and 0.7 m / sec, preferably between 0.1 and 0.5 m / sec, and are at Titer and spinning speed of the filaments matched.
  • a suitable speed profile of the blown air along the cooling unit 5 is particularly important.
  • the type and distribution of the perforation are in particular the cooling effective length of the cooling unit varies depending on the titer.
  • the effective cooling length Lk of the blowing is at least 50 mm, maximum 1000 mm and is preferably between 100 and 500 mm.
  • the blowing air is advantageously used at a temperature between 15 and 200 ° C, in preferred process variants between normal room temperature and 45 ° C. In other variants, it is heated to a maximum of 30 to a maximum of 10 ° C. below the T G of the spun polymer.
  • only the blown air is used for the upper outlet area the so-called blow candle, preferably for the upper 1/3 to 2/3 of the cooling length Lk, tempered.
  • the diameter of the cooling unit 5 of the device according to the invention essentially depends on the nozzle geometry. Usual diameters of the spinneret plates are in a range from 70 mm to 110 mm.
  • a difference in radius from a minimum of 1 mm up to 40 mm, but preferably at least 2 mm up to a maximum set mm 30th results in a preferred range from a minimum of 10 to a maximum of 106 mm. Diameters up to a maximum of about 60 mm are particularly preferred.
  • FIG. 8 Another special process variant uses a cooling unit made of a tubular, heat-resistant, air-permeable fabric, which inflates due to the excess gas pressure and can be adapted to the course of the filaments in a biconical shape. (Fig. 8). Due to the particularly small distance to the filament bundle over the course of the cooling length Lk, an excellent uniformity of the filaments is achieved.
  • the cooling effective length Lk is determined by the coarsest titer of the process. Important is that the solidification point of the cooled filament bundle before the first touch lies with the device.
  • This point is advantageously at least 10 mm, but preferably at least 40 mm before End of length Lk set.
  • the change in length Lk in the invention Process of producing different products and optimizing the thread tension set.
  • the cooling unit is thus adapted to the different nozzle geometries, titer and filament numbers and thus to the changing aerodynamics over the length Lk.
  • the use of a bellows version (Fig. 9a) and a plug-in version (Fig. 9b) that is infinitely adjustable in length has proven to be particularly suitable.
  • the advantageous length is between 50 and 1000 mm, but preferably in the range from 100 mm to 500 mm.
  • FIGS. 11, 12 and 13 A multiple arrangement of a preferred embodiment of the device is shown schematically in FIGS. 11, 12 and 13 .
  • This consists of at least one cooling unit 5 , which can be swung out completely from the area of the running filaments 4 . In its retracted operating position, it engages through a centering mandrel arranged at its tip in a centering hole made centrally in the spinneret plate 2 (FIG. 13) .
  • FIG. 12 shows the service position with the swung-out cooling units, in which the individual movement phases can be followed.
  • the arrangement is characterized by a circular swivel-in path 13 , the axis 14 of which runs within the cross-section of an air supply duct 15 which can be rotated with the swivel movement, at least one, but preferably any larger number, particularly preferably 2 to 12 cooling units 5 , by a common swiveling in and out Extending mechanism can be swung into a corresponding number of bundles of filaments 4 , by fastening them together on the air supply duct 15 by means of a nozzle or insertion device 7 which conducts the blown air from the air supply duct 15 to the cooling unit 5 and these are flat at least in the area of the filament path, close to the positioning thread guide 6 is designed and preferably has a narrow rectangular cross section.
  • the pivoting movement is transmitted externally by a lever 16 , which in turn is actuated by hand by a drive (not shown) or, in a preferred embodiment, by a handle 17 and describes the bow 29 , with a second one in each bearing point 18 on the levers 16
  • Lever 19 is articulated, which carries a plowshare-like thread divider 21 per cooling unit 5 on a cross member 20 connected to it, so that all thread dividers 21 can be pivoted together about the pivot axis 28 extending through the bearing points 18 and in the pivoted-out position of the cooling units 5 by their gravity 13 at the left end of their common swivel path about the swivel axis 28 of the thread divider 21 end point 22, which marks the active position, are held, which swivels with the swivel-in movement of the cooling units 5 on its arc 23 about axis 14 and in front of the Cooling unit 5 immersed in the filament bundle 4 , the bundle part lt, the individual filaments are later
  • the cooling device 5 swings automatically out of the area of the running filaments, due to its gravity, a spring tensioned when swiveling in, or a drive fed with external energy, into a service position according to FIG. 12 Mechanics and gear arrangement required for this are not part of the present invention and are therefore not shown for reasons of clarity.
  • spinneret plates 2 are used which are advantageously thermally insulated in their central area around the centering holes, which is preferably done by a recess 26 which filled with heat-insulating material or, in another embodiment, evacuated, if necessary, heated and sealed off by a preferably welded-in cover 27 .
  • the air supply line can be adjusted by a lockable throttle device 12 for each of the individual entry devices 7 or connecting pieces.
  • the filaments are bundled after the cooling and solidification of thread guide elements and subsequently subjected to preparation by contact or spraying on, thread guide and / or preparation unit at least 1 to 40 mm before the end of the cooling effect Length Lk can be positioned. It is preferred that for the spun Yarn considered advantageous convergence point.
  • the concentric around the cooling unit Arranged filaments can in the area of the retraction device in unprepared Unintentionally touching the condition, which leads to the fact that it is opposite the remaining filaments have changed properties, which is undesirable.
  • this contact is prevented by using a spinneret plate which has no capillary bores in the area above the entry device, the concentric circles of the nozzle holes are therefore interrupted at this point.
  • a special embodiment of the cooling device according to the invention provides for the arrangement of a thread guide below the air supply according to FIG. 3 , which has a drop-like shape in the area of filament contact with the insertion device, whereby the contact takes place only on this thread guide and is almost identical for all filaments of a bundle.
  • Another process variant is the generation of an air cushion from the air accompanying the filaments by the arrangement of friction-reducing structures or embossments in the form of scales (FIG. 2b), diamonds, diagonals, etc. on the surface of the arm of the entry device in the area of the Filament contact before, whereby direct contact between filaments and arm of the retractor is largely prevented.
  • FIG. 2 b shows an example of how this device is provided with fine openings in the area of the filaments that are being passed, which openings create an air cushion through the air that prevents the filaments from coming into contact with the device.
  • the outlet opening of the air is designed so that it flows evenly radially.
  • a special embodiment provides that the air in the direction of the filament running direction is directed.
  • Another method variant is the application of the spin preparation according to FIG. 4 after the filaments have been bundled by one or more preparation applicators 11 arranged one behind the other in the thread running direction and supplied by a pump with a uniform amount of spin preparation.
  • the preparation can be done both from the inside out as well as sprayed in from the outside inwards.
  • a gas flow is guided through the annular gap in a positioning thread guide, as a result of which the individual filaments run on a gas cushion over the entire ring circumference and the friction between the positioning thread guide and the filaments is reduced.
  • a positioning thread guide is used from a cone which widens downward in the direction of the filament in the direction of the filament according to FIG. 5b . The air carried by the filaments is deflected on this cone and directed against the filaments. This deflected drag air forms an air cushion so that the direct friction between the filaments and the thread guide is avoided.
  • the filaments are fed directly to the preparation job 11 without prior contact.
  • the filament bundle is divided according to FIG. 7 and the resulting filament bundles are combined, treated and wound up separately.
  • This procedure enables the equipment costs and thus the manufacturing costs without significantly reducing quality.
  • the hole density of the spinneret plates 2 in contrast to 8 holes / cm 2 for cross-flow blowing and 25 holes / cm 2 for a device according to the patent specification EP 0 646 189 B1 according to the invention Processes up to 40 holes / cm 2 are preferred but can be increased up to 35 holes / cm 2
  • FIG. 1 The principle of the method according to the invention is shown in FIG. 1 :
  • the polymer melt is fed via the melt line 1 to the spinneret plate 2 in the spinning beam 3 .
  • the melt then emerges in the form of filaments 4 from the capillary bores of the spinneret plate 2 .
  • these are guided concentrically along the cooling unit 5 of the device according to the invention, combined and then wound in the winding unit 8 .
  • a positioning thread guide 6 with an annular, geometric arrangement fixes the filaments 4. At the same time, it can also be used to prepare the filaments 4 .
  • Example 1 central cooling device shows how the quality in relation to the uniformity (Uster values and Uster 1/2 values) and the quality (quality number) significantly improves compared to Comparative Example 2 (cross-flow blowing).
  • the values shown in Example 3 confirm that, using the device according to the invention, the quality of a yarn consisting of a great deal of microfilaments is significantly better than that mentioned in Comparative Example 5 , using a device according to the prior art.
  • Example 4 makes it clear that using the method according to the invention with the device according to the invention increases the number of holes and achieves a much better quality than when using a device according to the prior art. With the help of cross-flow blowing, it was not possible to manufacture such high-capillary products with the same nozzle diameter. This better quality of the method according to the invention in connection with the device according to the invention can be used to increase the speed of the method compared to systems from the prior art.
  • the number of holes mentioned in Examples 3 and 5 is also suitable for spinning two individual bundles of 144 filaments from this spinneret plate.
  • the spinneret plate of Example 2 would be suitable for spinning three individual bundles of 120 filaments each.
  • microfilament yarns have so far, despite their advantages for the Consumers can not enforce to the expected extent.
  • the main reasons for this are the difficult controllability of uniform dyeing of such yarns in the Comparison to yarns in the normal filament titer range and the inevitably reduced Production speed of the further processing.
  • the Uster unevenness is an essential parameter for the quality assessment of a filament yarn with regard to the expected uniformity the filament titer, the textile-physical properties and the dyeing of this Yarns in the finished fabric.
  • As a parameter for one The Uster value expressed as a percentage, can be used for easy dye processing U1 ⁇ 2.
  • For yarns in the normal filament titer range here Usually values for U from 0.40 to 0.70% and for U1 ⁇ 2 from 0.25 to 0.65% are reached. At No problems of dyeing are generally observed in such yarns.
  • Microfilament devices spun according to the prior art are inflated Values from 0.70 to 0.95 are common.
  • Filarnentarns succeeds in the dye-safe range of 0.25 to 0.70% for U1 ⁇ 2 to produce.
  • An additional advantage of the method according to the invention is the increase the cleaning cycle time of the nozzle surface by up to 45% due to lower surface temperatures the spinneret plate.
  • the surface temperature is homogeneous over the whole Spinneret plate can be lowered up to 5 ° C, preferably even up to 10 ° C.
  • the lower temperature of the spinneret causes the thermal decomposition rate the polymer melt emerging from the capillary bores is reduced on the surface and thereby extend the nozzle cleaning intervals.
  • the resulting higher thread tension stabilizes the filaments and thus leads to increased uniformity or a very low Uster value.
  • the use of the device according to the invention in the method according to the invention improves the textile-physical yarn properties.
  • the so-called quality number in particular also increases at a constant production speed and the Cv elongation and the Cv strength are also improved.
  • the process according to the invention is outstandingly suitable for textile microfilament yarns which are to be further treated in a special way.
  • the filament bundle can be additionally swirled before winding and, if necessary, subjected to a further preparation.
  • the filament bundle is heated by means of godets before winding or chilled and stretched, shrunk, crimped at the same time or subsequently and / or should be swirled.
  • thermoplastic Polymers used, those of polyamide, polyester or polyolefins preferred are.
  • microfilament yarns that are used in an additional process step stretched, swirled, shrunk, crimped or at particularly high process speeds to be further processed to highly oriented filament yarns.
  • This method step is advantageously integrated into the method according to the invention before winding.

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Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren gezeigt, mit denen Mikrofilamentgarne aus synthetischen Polymeren mit höherer Gleichmässigkeit von Titer, Anfärbbarkeit und verbesserten physikalischen Garneigenschaften bei erhöhter Produktionsgeschwindigkeit in einem Spinnprozess mittels Spinndüsenplatten mit hoher Lochdichte und einer zentralen Abkühleinheit hergestellt werden können. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Mikrofilamentgarnen aus thermoplastischen Polymeren mit hoher Titer-Gleichmässigkeit, (Uster-Wert) welche vorzugsweise zur textilen Weiterverarbeitung vorgesehen sind.
Die Herstellung von Filamenten und Filamentgarnen aus thermoplastischen Polymeren erfolgt im allgemeinen nach dem Schmelzspinnverfahren.
Ausgehend von einem Schmelzestrom, der von einem Extruder oder direkt aus einer Polykondensationsanlage geliefert wird, wird das Polymer durch Spinnpumpen zu den einzelnen Spinndüsen verteilt. Nach Austritt der Schmelze aus den Kapillar-Bohrungen der Düsen in Form von feinen Filamenten, werden diese mit Hilfe eines Kühlmediums abgekühlt, danach zusammengefasst oder gebündelt, mit Spinnpräparation beaufschlagt und aufgewickelt.
In den Anfängen der Entwicklung von Schmelzespinnverfahren wurden die gesponnenen Fäden, ohne aktive Unterstützung einer Vorrichtung, lediglich durch ihre vertikale Eigenbewegung im Luftmedium auf dem Wege zur Aufwicklung abgekühlt.
Seit Mitte der fünfziger Jahre werden zur Reduzierung der Maschinenhöhe und zur Kapazitätssteigerung aktive Kühlsysteme vorwiegend unter Berücksichtigung einer Querstromanblasung eingesetzt.
Die Abkühlung der Filamente ist im Gesamtprozess der Herstellung eines polymeren Fadens ein sehr wesentlicher Verfahrensschritt. Durch ihn werden die Massengleichmässigkeit, die Qualität der Anfärbung, sowie die textilen Eigenschaften wie Festigkeit und Dehnung des Garnes beeinflusst.
Seit etwa zehn Jahren zeichnet sich in der Spinntechnologie eine Entwicklung zur Herstellung von Filamentgarnen mit immer feineren Einzelfilament-Titern, sogenannten Mikrofilamenten mit einer Feinheit unter 1 dtex pro Filament, ab.
Die für die textile Weiterverarbeitung üblichen Filamentgarne mit einem Gesamttiter von 84 dtex bzw. 167 dtex setzen sich dann nicht mehr aus nur 36 bzw. 72 Filamenten, sondern nach dem heutigen Stand der Technik aus ca. 100 bis 200 Einzelfilamenten zusammen.
Die Produkte aus derartig vielen Mikrofilamenten zeichnen sich durch besondere, für den Verbraucher vorteilhafte Eigenschaften aus.
Nach dem Stand der Technik wird für die Abkühlung von Filamenten oder Fäden nach dem Schmelzspinnen üblicherweise eine sogenannte Querstromanblasung eingesetzt.
Dies bedingt jedoch, dass für Garne mit hohen Filamentzahlen Spinndüsenplatten mit grossem Durchmesser zu verwenden sind, da mit der Filamentabkühlung dieser Verfahren Lochdichten von etwa 8 Loch/cm2 auf der Düsenplatte aus Gründen der Produktgleichmässigkeit nicht überschritten werden können.
Grosse Spinndüsenplatten ergeben jedoch Nachteile in Hinblick auf den Platzbedarf der Produktionsanlagen und in Bezug auf die Produktqualität durch die sich erhöhende Temperaturungleichmässigkeit über die Oberfläche der Spinndüsenplatte sowie durch die vergrösserte Verweilzeit der Polymerschmelze im Düsenpaket. Vorrichtungen die sich zum Spinnen von vielkapillarigen Produkten als besonders geeignet gezeigt haben, sind beispielsweise aus DE 36 29 731 A1, DE 196 53 451 oder WO 92/157 32 A1 bekannt.
Bei diesen Vorrichtungen werden die Filamente nach Austritt aus der Düsenplatte durch ein zentrales Anblasungssystems abgekühlt. Dazu werden die Filamente aus einer Spinndüsenplatte gesponnen, deren Kapillarbohrungen auf einem oder mehreren bevorzugt konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Der Durchmesser des kleinsten Kreises muss ausreichend gross sein um unterhalb der Spinndüse zentral die Kühlvorrichtung, die sogenannte Anblaskerze, installieren zu können. Dieser Anblaskerze, bestehend aus einem rohrförmigen, porösen, gasdurchlässigen Hohlkörper, wird von einem Rohrende her Kühlluft zugeführt, das gegenüberliegende Rohrende ist verschlossen. Die Kühlluft strömt durch die poröse Kerze radial nach aussen und kühlt so die konzentrisch um sie herum angeordneten Filamente. Nach dem Passieren der Anblaszone streifen die Filamente einen Ring zur Auftragung der Spinnpräparation. Abschliessend werden sie unterhalb der Blaskerze zu einem Strang zusammengefasst. Die so gesponnenen Filamente eignen sich zur Stapelfaserherstellung.
In der Patentschrift DE 196 53 451 wird eine zentrale Anblasung zur Herstellung von technischen Garnen aus einer hohen Anzahl von Einzelfilamenten mit hohen Kapillartitern von über 1 dtex/fil. die sich durch einem niedrigen Schrumpf und einen hohen Modul auszeichnen, beansprucht.
In der US 3,969,462 wird die Herstellung von grobtitrigem, technischen Polyestergarn unter Verwendung einer zentralen Abkühlungseinheit beschrieben, die mit einer etwa 15 bis 60 cm langem nichtdurchblasenen aber von aussen beheizten Zone beginnt, um die Uster-Einheitlichkeit des Garns zu verbessern.
Zu Vermeidung von Spinnstörungen wird in der DE-Offenlegungsschrift DE 38 22 571 A1 eine zentrale Anblasvorrichtung mit einer Ringschlitzblende beschrieben, welche zwischen Düsenplatte und Anblaskerze angeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass es in der Praxis ohne eine solche Anordnung häufig zu Betriebsstörungen durch Filamentbrüche kommt und die Massengleichmässigkeit der Filamente im Vergleich zu einer Querstromanblasung nur unzureichend bleibt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen haben sich zwar für die Herstellung von Produkten mit einem hohen Durchsatz bewährt, wie sie bei der Herstellung von Stapelfasern oder zur Herstellung von technischen Garnen notwendig sind, sie sind aber für die Produktion von Mikrofilament-Endlosgarnen, bei der der Durchsatz pro Düse wesentlich geringer ist, ungenügend. Für die Herstellung von Mikrofilament-Garnen treten deutliche Nachteile auf, die im folgenden näher beschrieben werden:
Für den Fachmann ist das Spinnen von Mikrofilamenten für textile Garne keineswegs trivial. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, besteht bei solchen Produkten die Gefahr, dass die Spinndüsenplatte wegen des geringen Schmelzedurchsatzes auskühlt und dadurch vermehrt Spinnprobleme auftreten, wie sie von Th. Tekaat in Chemiefasern/Textilindustrie, 42./94. Jahrgang, S.879 beschrieben werden.
Daher wurden die bekannten Vorrichtungen nur für schwere Titer deutlich über 1 dtex/fil oder aber in Faserspinnverfahren mit sehr hohen Lochzahlen in einer Düseplatte eingesetzt. In der DE 37 08 168 C2 werden beispielsweise über 700 Loch pro Düsenplatte genannt. In Faserspinnverfahren wird der Spinndüsenplatte durch den notwendigen hohen Schmelzedurchsatz genügend Wärme durch die Schmelzemasse zugeführt.
Um der Abkühlung der Spinndüsenplatte bei der Herstellung von Mikrofilamenten zu begegnen, behilft sich der Fachmann dann, besonders im Falle der Querstromanblasung, mit höheren Spinn-, beziehungsweise Schmelzetemperaturen. Höhere Temperaturen beeinträchtigen aber in erheblichen Masse die Zuverlässigkeit des Prozesses, beziehungsweise erhöhen die Häufigkeit von Unterbrüchen aufgrund der erhöhten thermischen Zersetzungsrate der Polymerschmelze in Spinnbalken und Düsenpaket und der zunehmenden Verunreinigungen auf der Oberfläche der Spinndüsenplatte.
In der unveröffentlichten DE Patentschrift DE 197 16 394.7-26 wird eine Vorrichtung zur passiven Abkühlung gesponnener Filamente beschrieben, mit der sich nur Lochzahlen von maximal 300 für Düsenplatten der üblichen Grösse mit Durchmessern bis zu 110 mm nur Lochdichten um 10 Loch/cm2 erreichen lassen.
In der EP 0 646 198 B1 wird für Düsenplatten mit kreisförmiger Lochanordnung eine Lochdichte von nur max. 25 Loch/cm2 erreicht.
Damit bleibt die aus dem Stand der Technik bekannte Obergrenze der Lochdichte unter 30 Loch/cm2. Höhere Lochdichten lassen sich ohne Einbussen in der Qualität und in der Spinnsicherheit auch mit dieser Vorrichtung nicht verwirklichen.
Die im genannten Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können dieses Ziel nicht erreichen.
Für die vorliegende Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, für das Spinnen von Mikrofilamentgarnen aus thermoplastischen Polymeren mit einem Einzelkapillartiter kleiner als 1 dtex/ Filament mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung insbesondere den Verfahrensschritt des Abkühlens so zu gestalten, dass die Anzahl der Spinnstörungen reduziert wird und Mikrofilamentgarne mit verbesserten textilmechanischen Eigenschaften und gleichmässigerer Anfärbbarkeit resultieren, wobei Equipment- und Produktionskosten möglichst zu verringern sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale einer Vorrichtung zur Herstellung Mikrofilamentgarnen aus thermoplastischen Polymeren mit maximal 500 dtex Gesamttiter und Filament- Einzeltitern von maximal 1 dtex, bevorzugt maximal 0,8 dtex und hoher Titergleichmässigkeit gemäss Anspruch 1, durch ein Verfahren zur Herstellung dieser Mikrofilamente nach Anspruch 24 unter Verwendung einer erfindungsgemässen Vorrichtung und die so hergestellten Mikrofilamente gemäss Anspruch 37.
Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, dass sich in der erfindungsgemässen Vorrichtung, welche eine geeignete aktive zentrale Abkühleinheit beinhaltet, für die Herstellung von Mikro-Filamentgarnen bis maximal 500 dtex, bevorzugt bis 250 dtex, mit einem Kapillar-Einzeltiter von kleiner als 1 dtex/Filament, bevorzugt unter 0,8 dtex /Filament, sehr hohe Lochdichten erreichen lassen.
Es hat sich weiter unerwartet gezeigt, dass solche hohen Lochdichten am sichersten dann realisiert werden können, wenn die Filamente unmittelbar nach dem Austritt aus der Spinndüse abgekühlt werden.
Für die Produktion von Mikrofilamenten zeigte sich somit die in der Offenlegungsschrift DE 38 22 571 A1 beschriebene Ringschlitzblende als ungenügend geeignet.
Es genügt auch nicht, die Filamente nur in einem schmalen, schlitzförmigen Segment in der Nähe der Düse abzukühlen, wie es in der DE 195 44 662 A1 beansprucht ist.
Um die gestellte Aufgabe erfüllen zu können, mussten die Kühlfunktion der zentralen Abkühleinheit erarbeitet, ihre Positionierung und ihre Form neu entwickelt werden.
Auch für die Funktion der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es wesentlich, dass die Verfestigung der Filamente vor der ersten Berührung mit den Fadenleitorganen der Vorrichtung erfolgt und die Verteilung der Anblasluftgeschwindigkeit über den Querschnitt möglichst konstant ist.
Des Weiteren muss ein möglichst homogenes Temperaturprofil über die Düsenplatte gewährleistet sein, d. h. es müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, die ein inhomogenes Abkühlen der Düsenplatte weitgehend vermeiden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung mit der integrierten Abkühleinheit gewährleistet für Spinndüsenplatten mit besonders hoher Lochzahl im Vergleich zur Querstromanblasung eine sehr einheitliche Abkühlung der Filamente.
Da die Gesamtheit der Filamente die sogenannte Blaskerze wie ein rohrförmiger Mantel umhüllen, tendiert die radial eingetragene Kühlluft, diesen Mantel bikonisch aufzuweiten, um entweichen zu können. Diese Aufweitung des Filament-Mantels stabilisiert die Positionen der einzelnen Filamente zusätzlich wie auf einem Luftkissen und verhindert durch den sich vergrössernden seitlichen Abstand der einzelnen Filamente eine gegenseitige Berührung. Dadurch kann der seitliche Abstand zwischen zwei Kapillarbohrungen in der Spinndüsenplatte gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringert werden.
Dies ermöglicht wiederum wesentlich mehr Kapillarbohrungen oder Düsenlöcher pro Lochkreis, wodurch die Anzahl der Lochreihen gegenüber der Querstromanblasung sehr deutlich reduziert werden kann. Weniger luftdurchströmte Lochreihen haben geringere Produktunterschiede zur Folge.
Im Gegensatz zu einer Querstromanblasung kommt es bei der erfindungsgemässen Vorrichtung in Folge der gleichmässigeren Abkühlung der Einzelfilamente somit zu nur sehr geringen Masseunterschieden zwischen den einzelnen Filamenten. Diese sehr geringen Unterschiede sind wiederum ausschlaggebend für die guten CV-Werte der textilphysikalischen Eigenschaften.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung löst die gestellte Aufgabe insbesondere dadurch, dass eine Spinndüsenplatte, die bei einem nach dem Stand der Technik üblichen Durchmesser bis zu 110 mm und bis zu 600 Kapillarbohrungen eine sehr hohen Lochdichte von bis zu 40 Loch pro cm2 wirksame Austrittsfläche (der Lochreihen) aufweist, mit einer aktiven Abkühleinheit kombiniert ist, die die Abkühlung der austretenden Filamente direkt unter der Düse im Abstand S beginnen lässt und auf einem durch einen über die gesamte kühlwirksame Länge mit gleichmässiger Geschwindigkeit austretenden abkühlenden Luftstrom gebildeten Luftkissen bis zur Verfestigung und Präparierung weiterführt.
Wenn dies nicht geschieht, geraten die Filamente unkontrolliert in Schwingungen, welche den Uster-Wert für die Gleichmässigkeit massgeblich verschlechtern. Zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen die folgenden Figuren 1 bis 10, die teilweise im Längs- und Querschnitt dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1a,b:
schematische Übersicht über Vorrichtung und Verfahren
Fig.2a:
gelochte Struktur einer Einfahrvorrichtung
Fig.2b:
geschuppte Stuktur einer Einfahrvorrichtung
Fig.3:
Vorrichtung mit tropfenförmigem Fadenführer
Fig.4a,b:
Präparationsauftrag durch mehrere Präparationsapplikatoren
Fig 5a:
Positionierfadenführer mit ringförmigem Spalt
Fig.5b:
trompetenförmiger Positionierfadenführer
Fig.6a,b:
Vorrichtung ohne Fadenführer
Fig.7:
Verfahren mit zwei separaten Filamentbündeln
Fig.8:
bikonisch geformter Schlauch als Abkühleinheit
Fig.9a:
Faltenbalg als eine Abkühleinheit
Fig.9b:
steckbare Form einer Abkühleinheit
Fig.10a,b:
Abkühleinheit mit oberen und unteren Rohrteil
Fig. 11:
Spinnanlage mit eingeschwenkten Abkühleinheiten
Fig.12:
Spinnanlage mit ausgeschwenkten Abkühleinheiten (Servicestellung)
Fig. 13:
Seitenansicht der Abkühleinheit mit schematisch dargestellten Bewegungsphasen
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist in Fig. 1a und 1b schematisch dargestellt mit: Schmelzeleitung 1 für die Zuführung der Polymerschmelze zur Spinndüsenplatte 2 im Spinnbalken 3, die aus den Kapillar-Bohrungen der Spinndüsenplatte 2 austretenden Filamente 4, die an der Abkühleinheit 5, welche sich (im eingefahrenen Zustand) im Abstand S zentriert unter der Spinndüsenplatte 2 befindet, zur Verfestigung entlang geführt werden, wobei die Lk die kühlwirksame Länge der Abkühleinheit 5 ist, der Positionierfadenführer 6, der Arm der Einfahr-Vorrichtungen 7 mit den (nicht sichtbaren) integrierten Luftzuführungen, die Aufwickeleinheit 8.
Die Abkühleinheit 5 ist im Abstand S von maximal 35 mm mit einem Zentrierdorn düsensymmetrisch zentral unter der Spinndüsenplatte 2 fixiert. Dieser Abstand S ist titerabhängig variabel einstellbar.
Zur Vermeidung von Temperaturunterschieden über den gesamten Querschnitt der austrittseitigen Oberfläche der Spinndüsenplatte 2 und zwischen Spinndüsenplatte 2 und Abkühleinheit 5 ist der Zwischenraum in der geometrischen Verlängerung des Kerzendurchmessers mit dem Abstand S thermisch isoliert oder mit zusätzlichen Heiz- oder Kühlelementen versehen.
Die Isolation ermöglicht, nicht nur die Temperatur der Oberfläche der Spinndüsenplatte weitgehend konstant, sondern auch zugleich 5 bis 10°C unter der Temperatur der austretenden Schmelze zu halten.
Eine derartige Isolation besteht vorzugsweise aus einem Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Isolierung in der Spinndüsenplatte 2 integriert.
Die ring- oder kreisförmige Anordnung der Kapillar-Bohrungen in der Spinndüsenplatte 2 ist in bevorzugten Ausführungsvarianten unterbrochen oder in Gruppen aufgeteilt, um das separate Zusammenfassen von Filamenten 4 mit Hilfe separater Fadenleitorgane in separate Filamentbündel zu erleichtern oder den Bereich über der Einfahrvorrichtung 7 der Abkühleinheit 5 frei von Filamenten 4 zu halten.
Die aktive Abkühleinheit 5 besteht aus einem schlauchförmigen luftdurchlässigen Gewebe (Fig.8), dass sich unter dem Druck der austretenden Kühlluft bikonisch ausweitet oder aus einem perforierten Rohrteil mit einseitiger Luftzuleitung (Fig.7), während das andere, spinndüsenseitige Ende geschlossen ist.
In anderen besonderen Ausführungsvarianten besteht die Abkühleinheit aus je einem von der Einfahrvorrichtung aus nach oben gegen die Spinndüsenplatte 2 und einem im Filamentverlauf nach unten gerichteten Rohrteil (Fig.10a, b)
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist der untere Rohrteil konusartig spitz nach unten zusammenlaufend ausgeführt. Die Abkühleinheit 5 ist sowohl in ihrer Länge, als auch in ihrem Durchmesser variierbar und damit an Spinnbedingungen, speziell die Spinngeschwindigkeit und an den Spinntiter der Filamente anpassbar.
Die bevorzugten Durchmesser liegen im Bereich zwischen 10 und 106 mm und sind insbesondere vorteilhaft 1 bis 40 mm kleiner als der Innenkreis der ringförmigen Kapillar-Bohrungen in der Spinndüsenplatte 2. Die Länge, insbesondere die kühlungswirksame Länge Lk ist durch die Länge des perforierten Teils und wahlweise durch zusätzliche nichtperforierte oder unterschiedlich perforierte Zwischenringe einstellbar. Sie liegt bevorzugt im Bereich zwischen 50 und 1000 mm.
Zur Veränderung von Lk ist die Abkühleinheit 5 in besonderen Varianten als Faltenbalg oder steckbar ausgeführt (Fig.9a,b).
In weiteren Ausführungsformen ist die Perforation der Abkühleinheit 5 durch Lochgrösse und Form, durch Abstand der Löcher, die Lochtiefe bzw Wandstärke der Einheit und ihre Ausrichtung, sowie durch unterschiedliche Ausführung dieser Parameter über die Länge der Einheit zur Regelung der Anblasluft ausgeführt, die im Bereich von 15 bis 200°C, oder bevorzugt von 18°C bis 10°C unter den TG des versponnenen Polymeren temperierbar und deren Austrittgeschwindigkeit ebenfalls steuerbar ist.
In speziellen Vorrichtungsvarianten wird die Anblasluft erst vor dem Austritt aus der Abkühleinheit 5 temperiert. Das kann einheitlich oder in unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlicher Temperatur erfolgen.
In weiteren Ausführungsvarianten sind im Innern der Abkühleinheit 5 Verdrängungskörper zur Regelung der Geschwindigkeit der Anblasluft, vorteilhaft zwischen 0,05 und 0,7 m/sek, oder Vorrichtungen zur Anwendung von Anblasluft in Teilbereichen der Abkühleinheit 5 mit unterschiedlicher Temperatur eingebaut.
Die Abkühleinheit 5 ist durch den Arm einer Einfahrvorrichtung 7 horizontal und vertikal oder bevorzugt auf einem vertikalen zirkularen Einschwenkweg 13 unter der Spinndüsenplatte 2 positionierbar, beziehungsweise vollständig aus dem Filamentverlauf ausschwenkbar.
Das Ein- und Ausschwenken ist mechanisch, pneumatisch oder elektronisch steuerbar und vorzugsweise mit einem Fadenwächter kombiniert.
In besonders vorteilhaften Vorrichtungsvarianten geschieht das Ausschwenken der Abkühleinheit unter eigener Schwerkraft- oder Federwirkung. Der Arm der Einfahrvorrichtung 7, in dem auch die Luftzufuhr zur Abkühleinheit 5 integriert ist, hat bevorzugt einen schmalen, bevorzugt rechteckigen oder ovalen Querschnitt.
In einer besonderen Ausführungsform ist er mit einer Oberflächengestaltung durch reibungsreduzierende diagonal, rauten- oder schuppenförmig (Fig.2b) ausgebildete Strukturen oder Prägungen versehen, welche aus der die Filamente begleitenden Luft ein Luftkissen erzeugen, das den direkten Kontakt der Filamente mit der Einfahrvorrichtung 7 weitgehend verhindert.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist der Arm mit kreis- (Fig.2a) oder schlitzförmigen Luftaustrittsöffnungen versehen, die einen filamentabweisenden Luftstrom zum Schutz der Vorrichtung vor auftreffenden und anklebenden Filamenten entstehen lassen.
Die Öffnungen sind vorteilhaft in einem engen Raster gleichmässig oder aus Luftersparnisgründen nur an den kritischen Punkten, d.h. an den Stellen, an denen ein Kontakt mit den Filamenten 4 vermieden werden muss, angeordnet.
Es sind selbstverständlich auch Ausführungsformen aus einer Mischung aus Strukturen und Perforation sowie eine Mischung verschiedener Strukturen und Perforationsgeometrien geeignet, sowie solche, in denen auch die Halterung der Abkühleinheit perforiert ist.
In einer weiteren Variante wird der Arm der Einfahrvorrichtung 7 durch einen speziell gestalteten, beispielsweise tropfenförmigen Fadenführer (9 in Fig.3) vor der Berührung mit Filamenten geschützt, an dem der Kontakt für alle Filamente an einer möglichst kleinen, genau definierten Oberfläche nahezu identisch ist.
Um unerwünschte oszillierende Eigenbewegungen der Filamente 4 auf der Abkühlstrecke zu vermeiden, ist die Anordnung eines ringförmigen Positionierfadenführers 6 und 10 (Fig. 4) mit genügend grossem Durchmesser vorteilhaft.
Dieser Fadenführer ist entweder als ein trockener Fadenführer oder als Präparationsauftragsorgan ausgeführt. Der fadenberührende Ring 10 des trockenen Fadenführers 6 besteht aus verschleissfestem Material z.B. keramischem Aluminiumoxid oder einer ähnlich widerstandsfähigen beschichteten Oberfläche auf metallischem Grund.
Eine weitere Ausführungsform des ringförmigen Positionierfadenführers 10 zeigt Fig. 5a. Dabei wird ein Gasstrom durch einen ringförmigen Spalt geführt, wodurch die einzelnen Filamente 4 auf dem gesamten Ringumfang auf einem Gaspolster laufen und ein direkter Kontakt zwischen dem Positionierfadenführer 6 und den Filamenten 4 weitgehend verhindert wird.
In einer zusätzlichen Ausführungsform besteht der Positionierfadenführer 6 aus einem sich in Filamentlaufrichtung nach unten trichter- oder trompetenförmig erweiternden Konus gemäss Fig. 5b. Die von den Filamenten 4 mitgeführte Luft wird auf diesem Konus beschleunigt und gegen die Filamente 4 geführt. Durch diese umgelenkte Schleppluft wird ein Luftpolster ausgebildet, sodass der direkte Kontakt zwischen den Filamenten 4 und dem Fadenführer weitgehend verhindert wird.
Die Durchmesser der Fadenführer werden mit Vorteil nach der Formel 〈I〉 bemessen:
Figure 00110001
Dpf =
Durchmesser des Positionierfadenführers in mm,
DL =
Durchmesser des Lochkreises der Kapillarbohrungen in mm,
Ddp =
Durchmesser der Spinndüsenplatte in mm
- Ddp 4.75 ≤ K ≤ Ddp 4.75
Sie sind in gleicher Weise wie die Präparationseinrichtung vorteilhafterweise höhenverstellbar und mindestens 1 bis 40 mm vor dem wirksamen Ende der Abkühleinheit 5 fixierbar ausgeführt.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Vorrichtung sind in Richtung des Filamentlaufs kurz vor dem Präparationsauftrag Luftabstreifbleche angebracht, die eine ungestörte und somit gleichmässige Auftragung der Präparation gewährleisten.
Als weitere Ausführungsform für das Zusammenfassen der Filamente und den Auftrag der Präparation gemäss Fig. 4 sind ein oder mehrere in Fadenlaufrichtung hintereinander angeordnete und durch eine Pumpe mit einer gleichförmigen Menge an Spinnpräparation versorgte, in der Höhe verstellbare, Präparationsapplikatoren 11 vorgesehen.
In Ausführungsvarianten, in denen die Präparation aufgesprüht wird, ist die Anbringung der Sprühdüsen sowohl für eine Arbeitsweise von innen nach aussen im Zentrum, als auch aussen für ein nach innen gerichtetes Sprühen vorteilhaft.
In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist für jedes Filamentbündel ein Fadenwächter vorgesehen, der einen Filamentbruch registriert und automatisch und umgehend eine Verriegelung löst, wodurch die Abkühleinheit, bevorzugt durch ihre eigene Schwerkraft aus dem Filamentenverlauf entfernt und eine Verschmutzung oder Beschädigung der Blaskerze sicher verhindert wird.
Die Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zum Herstellen von Mikrofilamentgarnen aus thermoplastischen Polymeren mit maximal 500 dtex und mit Filament-Einzeltitern von maximal 1 dtex mit hoher Titergleichmässigkeit mit der erfindungsgemässen Vorrichtung mit den Schritten
  • Schmelzspinnen der Filamente mit einem Gesamttiter zwischen 22 und 500 dtex mit einer Spinngeschwindigkeit zwischen 2000 und 7000 m/min,
  • gleichmässiges und positionsstabilisierendes Abkühlen der Filamente mit temperierter Luft durch die Abkühleinheit,
  • wahlweises Aufteilen des Filamente an separaten Führungsorganen in ein oder mehre re separate Filamentbündel,
  • Beaufschlagen der Filamentbündel mit Präparation,
    Aufwickeln der separaten Filamentbündel mit einer Geschwindigkeit zwischen 2000 und 7000 m/ min,
wobei der Abstand S titerabhängig nach der Formel S = 1.4 × exp(2.01 × TEK) 4 RL - 1 [mm]
S =
Abstand Düsenplatte in [mm]
TEK =
Titer Einzelkapillare in dtex
RL =
Anzahl hintereinander liegender Lochreihen auf der Düsenplatte
auf maximal 35 mm eingestellt wird und
wobei die Oberfläche der Düsenplatte gegenüber der Schmelzetemperatur eine über die gesamte Düsenplatte homogene Abkühlung bis zu 10°C erfahren kann und
wobei der Verfestigungspunkt der Filamentbündel in Abhängigkeit von Titer und Spinngeschwindigkeit auf 1 bis 40 mm über dem Ende der kühlwirksame Länge Lk der Abkühleinheit eingestellt wird.
Die bevorzugten Filament-Einzeltiter in diesem Verfahren liegen zwischen 0,1 und 1 dtex, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,8 dtex und der besonders bevorzugte Gesamttiter des Garns bei maximal 250 dtex.
Die Abkühlung der gesponnenen Filamente durch die exakt zentrierte Abkühleinheit setzt in einem Abstand S unter der Spinndüsenplatte ein, der maximal 35 mm und bevorzugt 5 bis 10 mm beträgt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn dieser Abstand S gegen die Umgebung isoliert ist. In bevorzugten Verfahrensvarianten ist dieser Abstand S beheizt oder gekühlt.
Schliessen die Spinndüsenplatten nicht bündig mit dem Spinnbalken ab, d. h. ist die Düse um das Mass R in den Spinnbalken versenkt, so ist die Vorrichtung gemäss Fig. 1 in den Rücksprung auf den notwendigen Abstand S eingeführt.
Für die Anpassung an verschiedene Filamenttiter wird der Abstand S der Abkühleinheit von der Spinndüsenplatte 2 im Bereich von 0 mm bis 35 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 1 mm bis 10 mm eingestellt, wobei die folgende Korrelation gilt: S = 1.4 × exp(2.01 × TEK) 4 RL - 1 [mm]
S =
Abstand Düsenplatte in [mm]
TEK =
Titer Einzelkapillare in dtex
RL =
Anzahl hintereinander liegender Lochreihen auf der Düsenplatte
Verfahrensvarianten mit beheiztem Zwischenraum sind besonders dann vorteilhaft, wenn sich beim Verspinnen des Polymeren im Düsenplattenbereich Ablagerungen aus Monomeren oder Oligomeren des Spinngutes abscheiden.
Eine Heizung, welche störende Ansammlung von Ablagerungen an der Spitze der Abkühleinheit reduziert, erhöht in vorteilhafter Weise die Spinnsicherheit.
Die vorteilhaften Geschwindigkeiten der Anblasluft, gemessen im Abstand des innersten Lochkreis-Durchmessers der Kapillarbohrungen von der Mitte der Abkühleinheit, liegen zwischen 0,05 und 0,7 m/sec, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 m/sec und sind auf Titer und Spinngeschwindigkeit der Filamente abgestimmt. Dabei ist ein geeignetes Geschwindigkeitsprofil der Blasluft längs der Abkühleinheit 5 besonders wichtig.
Diese wird in vorteilhafter Weise durch die Verwendung von Verdrängungskörpern im Innern der Abkühleinheit gesteuert, wobei die Bildung von Turbulenzen vermieden werden muss.
In einer anderen Variante werden insbesondere die Art und Verteilung der Perforierung über die kühlwirksame Länge der Abkühleinheit titerabhängig variiert.
Die effektiv kühlwirksame Länge Lk der Anblasung beträgt mindestens 50 mm, maximal 1000 mm und liegt bevorzugt zwischen 100 und 500 mm.
Die Anblasluft wird vorteilhaft temperiert zwischen 15 und 200°C eingesetzt, in bevorzugten Verfahrensvarianten zwischen der normalen Raumtemperatur und 45°C. Sie wird in weiteren Varianten auf maximal 30 bis maximal 10°C unter dem TG des versponnenen Polymeren temperiert.
In einer anderen Variante des Verfahrens wird nur die Blasluft für den oberen Austrittsbereich der sog. Blaskerze, bevorzugt für die oberen 1/3 bis 2/3 der kühlwirksamen Länge Lk, temperiert.
Der Durchmesser der Abkühleinheit 5 der erfindungsgemässen Vorrichtung hängt im wesentlichen von der Düsengeometrie ab. Übliche Durchmesser der Spinndüsenplatten liegen in einem Bereich von 70 mm bis 110 mm.
Besonders vorteilhaft für den Abstand der Abkühleinheit 5 vom innersten Kreis der Kapillarbohrungen in der Spinndüsenplatte 2 wird eine Radiusdifferenz von minimal 1 mm bis maximal 40 mm, bevorzugt aber minimal 2 mm bis maximal 30 mm eingestellt. Somit ergibt sich als Durchmesser für die Abkühleinheit der erfindungsgemässen Vorrichtung ein bevorzugter Bereich von minimal 10 bis maximal 106 mm. Besonders bevorzugt sind Durchmesser bis maximal etwa 60 mm.
Eine weitere besondere Verfahrensvariante verwendet eine Abkühleinheit aus einem schlauchförmigen, hitzebeständigen, luftdurchlässigen Gewebe, welches sich durch den Gasüberdruck in ihrem Innern aufbläht und bikonisch geformt dem Verlauf der Filamente angepasst werden kann.(Fig. 8). Durch den besonders geringen Abstand zum Filamentbündel über den Verlauf der kühlwirksamen Länge Lk wird eine hervorragende Gleichmässigkeit der Filamente erreicht.
Die kühlwirksame Länge Lk wird durch den gröbsten Titer des Verfahrens bestimmt. Wichtig ist, dass der Verfestigungspunkt des abgekühlten Filamentbündels vor der ersten Berührung mit der Vorrichtung liegt.
Dieser Punkt wird vorteilhaft mindestens 10 mm, bevorzugt aber mindestens 40 mm vor dem Ende der Länge Lk festgelegt. Über die Änderung der Länge Lk wird im erfindungsgemässen Verfahren die Herstellung unterschiedlicher Produkte und die Optimierung der Fadenspannung eingestellt.
So wird die Anpassung der Abkühleinheit an die verschiedenen Düsengeometrien, Titer-und Filamentzahlen und somit an die wechselnde Aerodynamik über die Länge Lk vorgenommen. Dabei hat sich die Verwendung einer in der Länge stufenlos verstellbaren FaltenbalgAusführung (Fig. 9a) und eine steckbare Ausführung (Fig. 9b) als besonders geeignet erwiesen. Die vorteilhafte Länge liegt zwischen 50 und 1000 mm, bevorzugt aber im Bereich von 100 mm bis 500 mm.
Sie kann auch vorteilhaft durch eingesetzte unperforierte oder anders perforierte Stücke angepasst werden. Dies ist eine besonders einfache Art und Weise, die Vorrichtung an verschiedene Schmelzedurchsätze und somit verschiedene Produkte anzupassen, aber auch um die für das Aufwickeln der Filamentgarne notwendige Fadenspannung zu regulieren.
Für in gewissen Zeitabständen erforderliche Servicearbeiten an der Spinndüsenplatte ist die zentrale Abkühleinheit temporär aus dem Arbeitsbereich der Spinndüse zu entfernen. Dies geschieht am einfachsten auf die Weise, dass die Abkühleinheit um einen Drehpunkt in Richtung der Maschinenrückseite ausgeschwenkt wird.
Eine Mehrfach-Anordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist in den Figuren 11, 12 und 13 schematisch dargestellt. Diese besteht aus mindestens einer Abkühleinheit 5, welche vollständig aus dem Bereich der laufenden Filamente 4 ausschwenkbar ist. In ihrer eingefahrenen Betriebstellung greift sie durch einen an ihrer Spitze angeordneten Zentrierdorn in eine zentrisch in die Spinndüsenplatte 2 eingebrachte Zentrierbohrung ein (Fig. 13).
Die Service-Stellung mit den ausgeschwenkten Abkühleinheiten ist in Fig. 12 dargestellt. Fig. 13 zeigt die Seitenansicht der Vorrichtung, in der die einzelnen Bewegungsphasen verfolgt werden können.
Die Anordnung ist gekennzeichnet durch einen zirkularen Einschwenkweg 13, dessen Achse 14 innerhalb des Querschnittes eines mit der Schwenkbewegung drehbaren Luftzuführkanals 15 verläuft, wobei mindestens eine, vorzugsweise aber eine beliebige größere Anzahl, besonders bevorzugt 2 bis 12 Abkühleinheiten 5, durch eine gemeinsame Ein-und Ausfahrmechanik in eine entsprechende Anzahl von Bündeln aus Filamenten 4 einschwenkbar sind, indem sie gemeinsam am Luftzuführkanal 15 über je einen die Blasluft vom Luftzuführkanal 15 zur Abkühleinheit 5 leitenden Stutzen oder Einfahrvorrichtung 7 befestigt sind und diese mindestens im Bereich des Filamentweges, nahe am Positionierfadenführer 6 flach gestaltet ist und bevorzugt einen schmalen Rechteck-Querschnitt aufweist. Die Schwenkbewegung wird aussen durch je einen Hebel 16 übertragen, der seinerseits durch einen nicht dargestellten Antrieb oder in bevorzugter Ausführungsform durch einen Griff 17 von Hand betätigt wird und dabei den Bogen 29 beschreibt, wobei in je einem Lagerpunkt 18 an den Hebeln 16 je ein zweiter Hebel 19 angelenkt ist, der an einer mit ihm verbundenen Traverse 20 je Abkühleinheit 5 einen pflugscharähnlichen Fadenteiler 21 trägt, so daß alle Fadenteiler 21 gemeinsam um die durch die Lagerpunkte 18 verlaufende Schwenkachse 28 schwenkbar sind und in der ausgeschwenkten Lage der Abkühleinheiten 5 durch ihre Schwerkraft in einem in Fig. 13 am linken Ende ihres gemeinsamen Schwenkweges um die Schwenkachse 28 des Fadenteilers 21 liegenden Endpunktes 22, der die aktive Stellung markiert, gehalten werden, der mit der Einschwenkbewegung der Abkühleinheiten 5 auf seinem Bogen 23 um Achse 14 mitschwenkt und vor der Abkühleinheit 5 in das Filamentbündel 4 eintaucht, das Bündel teilt, die einzelnen Filamente seitlich ablenkt, so daß diese nicht auf die einschwenkende Abkühleinheit 5 auflaufen, bis der am Schwerpunkt des Systems aus Hebel 19, Traverse 20 und Fadenteiler 21 angreifende Schwerkraftvektor 24 durch die gemeinsame Drehung um die Achse 14 die durch die Lagerpunkte 18 verlaufende Schwenkachse 28 geschnitten hat, so daß die Vorrichtung um die Lagerpunkte 18 in seine entgegengesetzte Endlage 25 und damit in seine passive oder Service-Stellung kippt, wodurch die Fadenteiler 21 aus dem Filamentbündel 4 ausschwenken und dieses auf dem letzten Teil des Einfahrweges 13 der Abkühleinheit 5 freigibt, so daß die Zentrierdorne in die ihnen zugeordneten Zentrierbohrungen in den Spinndüsenplatten 2 einfahren können, gleichzeitig der gesamte Weg der Filamentbündel 4 für den Spinnvorgang freigegeben wird, und sich der beschriebene Vorgang während des Ausschwenkens der Abkühleinheit 5 aus dem Weg des Filamentbündels 4 in umgekehrter Reihenfolge wiederholt.
Sobald eine Spinnstörung eintritt (Ansprechen eines Fadenbruchwächters), schwenkt die Abkühlvorrichtung 5 selbsttätig, durch ihre Schwerkraft, eine beim Einschwenken gespannte Feder oder einen mit Fremdenergie gespeissten Antrieb, aus dem Bereich der laufenden Filamente aus, bis in eine Servicestellung nach Fig. 12. Die hierzu erforderliche Mechanik und Getriebeanordnung gehört nicht zur vorliegenden Erfindung und ist daher - aus Gründen der Übersichtlichkeit- nicht dargestellt.
Um ferner zu vermeiden, dass während des Spinnverfahrens ein zu grosser Wärmestrom von der Spinndüsenplatte 2 über den Zentrierdorn abgeleitet wird, werden Spinndüsenplatten 2 eingesetzt, die in ihrem zentralen Bereich um die Zentrierbohrungen vorteilhaft wärmeisoliert ausgeführt sind, was bevorzugt durch eine Ausnehmung 26 erfolgt, die mit wärmeisolierendem Material gefüllt oder in einer anderen Ausführungsform evakuiert gegebenenfalls beheizt und durch eine vorzugsweise eingeschweisste Abdeckung 27 abgeschlossen ist.
Die Luftzuleitung ist durch eine arretierbare Drosseleinrichtung 12 für jede der einzelnen Einfahr-Vorrichtungen 7 oder Stutzen justierbar.
Die Filamente werden nach dem Abkühlen und Verfestigen von Fadenleitorganen gebündelt und nachfolgend durch Kontakt oder Aufsprühen mit Präparation beaufschlagt, wobei Fadenführer und/oder Präparationseinheit mindestens 1 bis 40 mm vor dem Ende der kühlwirksamen Länge Lk positioniert werden. Dabei wird bevorzugt der für das gesponnene Garn vorteilhafte Konvergenzpunkt berücksichtigt. Die konzentrisch um die Abkühleinheit angeordneten Filamente können im Bereich der Einfahrvorrichtung diese in unpräpariertem Zustand unbeabsichtigt berühren was dazu führt, dass diese gegenüber den restlichen Filamente geänderte Eigenschaften aufweisen, was unerwünscht ist.
Im einfachsten Falle wird dieses Berühren verhindert, indem eine Spinndüsenplatte eingesetzt wird, die im Bereich über der Einfahrvorrichtung keine Kapillarbohrungen aufweist, die konzentrischen Kreise Düsenlöcher der an dieser Stelle also unterbrochen sind. Soll aus Gründen einer möglichst homogenen Polymerverteilung der Kreis der Kapillarbohrungen nicht unterbrochen werden, sieht eine besondere erfindungsgemässe Ausführungs-form der Abkühleinrichtung die Anordnung eines Fadenführers unterhalb der Luftzuführung gemäss Fig. 3 vor, der im Bereich des Filamentkontaktes mit der Einfahrvorrichtung eine tropfenähnliche Form aufweist, wodurch der Kontakt nur an diesem Fadenführer stattfindet und für alle Filamente eines Bündels nahezu identisch ist.
Eine weitere Verfahrensvariante ist die Erzeugung eines Luftkissens aus der die Filamente begleitenden Luft durch die die Anordnung von reibungs-reduzierenden Strukturen oder Prägungen in Form von Schuppen (Fig. 2b), Rauten, Diagonalen etc. auf der Oberfläche des Armes der Einfahrvorrichtung im Bereich des Filamentkontaktes vor, wodurch ein direkter Kontakt zwischen Filamenten und Arm der Einfahrvorrichtung weitgehendst verhindert wird.
Eine weitere Verfahrensvariante liegt in der Vermeidung eines trocknenen Kontaktes zwischen Filamenten und Einfahrvorrichtung. Fig. 2b zeigt beispielhaft, wie diese Vorrichtung im Bereich der vorbeigeführten Filamente mit feinen Öffnungen versehen ist, welche durch austretende Luft ein Luftpolster entstehen lassen, das den Kontakt der Filamente mit der Vorrichtung verhindert.
Die Austrittsöffnung der Luft ist dabei so gestaltet, dass diese gleichmässig radial strömt. In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Luft in Richtung der Filamentlaufrichtung gerichtet ist.
Eine weitere Verfahrensvariante ist der Auftrag der Spinnpräparation gemäss Fig. 4 nach dem Bündeln der Filamente durch einen oder mehrere in Fadenlaufrichtung hintereinander angeordnete und durch eine Pumpe mit einer gleichförmigen Menge an Spinnpräparation versorgte Präparationsapplikatoren 11.
In bevorzugten Ausführungsvarianten kann die Präparation sowohl von innen nach aussen als auch von aussen nach innen gerichtet aufgesprüht werden.
In einer weiteren Verfahrensvariante gewährleisten kurz vor dem Präparationsauftrag im Filamentlauf Luftabstreifbleche die ungestörte und somit gleichmässige Auftragung der Präparation. Um unerwünschte oszillierende Eigenbewegungen der Filamente auf der Abkühlstrecke zu vermeiden, ist die zusätzliche Anordnung eines ringförmigen trockenen oder als Präparationsauftragsorgan ausgeführten Positionierfadenführers 6 mit genügend grossem Durchmesser vorteilhaft (Fig. 4.).
Gemäss Fig. 5a wird in einer weiteren Verfahrensvariante in einem Positionierfadenführer ein Gasstrom durch den ringförmigen Spalt geführt, wodurch die einzelnen Filamente auf dem gesamten Ringumfang auf einem Gaspolster laufen und die Reibung zwischen dem Positionierfadenführer und den Filamenten vermindert wird. In einer zusätzlichen Variante wird ein Positionierfadenführer aus einem sich in Filamentlaufrichtung nach unten trompetenförmig erweiternden Konus gemäss Fig. 5b eingesetzt. Die von den Filamenten mitgeführte Luft wird auf diesem Konus umgelenkt und gegen die Filamente geführt. Durch diese umgelenkte Schleppluft wird ein Luftpolster ausgebildet, sodass die direkte Reibung zwischen den Filamenten und dem Fadenführer vermieden wird.
In Verfahrensvarianten unter Einsatz einer Abkühleinheit 5, die nach unten konusförmig spitz zusammenlaufend ausgeführt ist, können extrem kurze Längen bis zur Bündelung der Filamente 4 realisiert werden, wobei auf einen Positionierfadenführer verzichtet werden kann.
In einer besonders geeigneten Verfahrensausführung werden, wie in Fig. 6 gezeigt, die Filamente ohne vorherige Berührung direkt dem Präparationsauftrag 11 zugeführt.
Für das Spinnen von mehreren Filamentbündeln aus einer Spinndüsenplatte 2 wird die Filamentschar gemäss der Fig. 7 geteilt und die entstehenden Filamentbündel separat zusammengefasst, behandelt und aufgewickelt.
Durch diese Verfahrensweise gelingt es, die Equipmentkosten und damit die Herstellungskosten ohne Qualitätsminderung deutlich zu reduzieren.
Um bei einem Filamentbruch das Aufstauen der nicht mehr abtransportierten Filamente auf der Abkühleinheit oder auf einem Fadenleitorgan zu vermeiden, sieht das erfindungsgemässe Verfahren für jedes Filamentbündel einen Fadenwächter vor. Meldet dieser Fadenwächter einen Bruch, wird automatisch und umgehend eine (nicht dargestellte) Verriegelung gelöst, wodurch die Abkühleinheit durch ihre eigene Schwerkraft oder durch Federkraft aus dem Filamentenverlauf entfernt, in eine sogenannte Serviceposition gebracht und dadurch eine Beschädigung oder Verschmutzung der Blaskerze oder sogar der Spinndüsenplatte sicher verhindert wird.
Durch die mit der zentrale Abkühleinheit 5 erreichbare gleichmässigere und positionsstabilisierende Anblasung der Filamente kann die Lochdichte der Spinndüsenplatten 2 im Gegensatz zu 8 Loch/cm2 für eine Querstromanblasung und 25 Loch/cm2 für eine Vorrichtung gemäss der Patentschrift EP 0 646 189 B1 im erfindungsgemässen Verfahren auf bis zu 40 Loch/cm2 bevorzugt aber bis zu 35 Loch/cm2 erhöht werden
Zugleich wird auch die Gleichmässigkeit der Einzelfilamente und damit des Filamentgarnes verbessert. Für die Berechnung der Lochdichte wird, analog Patentschrift EP 0 646 189 B1 die für die Extrusion entscheidende Fläche berücksichtigt.
Durch die erhöhte Gleichmässigkeit der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Mikrofilamente gelingt es
  • die Produktionsgeschwindigkeit zu steigern,
  • die Produktionsausfallzeit zu minimieren,
  • den Platzbedarf der Spinnmaschine zu reduzieren,
  • den Durchmesser der Spinndüsenplatten infolge der erhöhten Lochdichte zu reduzieren, oder
  • bei unverändertem Spinndüsenplattendurchmesser mehrere separate Filamentbündel pro Düsenplatte zu spinnen, separat weiterzubehandeln und aufzuwickeln, beziehungsweise
  • zur Erzeugung einer festgelegten Fadenzahl pro Maschine die Anzahl der Spinndüsenplatten und/oder die Länge der Spinnanlage, das heisst des Spinnbalkens deutlich zu reduzieren und damit
  • die Investitionskosten der Anlage und somit auch die Produktkosten beträchtlich zu senken.
Das Prinzip des erfindungsgemässen Verfahrens ist in Fig. 1 dargestellt:
Die Polymerschmelze wird über die Schmelzeleitung 1 der Spinndüsenplatte 2 im Spinnbalken 3 zugeführt. Die Schmelze tritt dann in Form von Filamenten 4 aus den Kapillarbohrungen der Spinndüsenplatte 2 aus. Diese werden zur Verfestigung konzentrisch an der Abkühleinheit 5 der erfindungsgemässen Vorrichtung entlang geführt, zusammengefasst und anschliessend in der Aufwickeleinheit 8 gewickelt. Unterhalb der sogenannten Blaskerze oder Abkühleinheit 5 übernimmt ein Positionierfadenführer 6 mit einer ringförmigen, geometrischen Anordnung die Fixierung der Filamente 4. Er kann gleichzeitig auch zur Präparierung der Filamente 4 dienen.
Beispiel 1 (zentrale Kühlvorrichtung) zeigt, wie sich gegenüber Vergleichsbeispiel 2 (Querstromanblasung) die Qualität in Bezug auf die Gleichmässigkeit (Uster-Werte und Uster 1/2-Werte) und die Qualität (Qualitätszahl) deutlich verbessert. Die im Beispiel 3 gezeigten Werte bestätigen, dass, unter Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung, die Qualität eines Garnes bestehend aus sehr viel Mikrofilamenten deutlich besser ist, als die im Vergleichsbeispiel 5 genannten, unter Verwendung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Das Beispiel 4 macht deutlich, dass unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens mit der erfindungsgemässen Vorrichtung die Lochanzahl gesteigert und eine wesentlich bessere Qualität erreicht wird, als bei Verwendung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Mit Hilfe der Querstromanblasung war die Herstellung derartig hochkapillariger Produkte bei gleichem Düsendurchmesser nicht möglich. Diese bessere Qualität des erfindungsgemässen Verfahrens in Verbindung mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kann ausgenutzt werden um die Verfahrensgeschwindigkeit gegenüber Systemen aus dem Stand der Technik zu erhöhen.
Die in den Beispielen 3 und 5 genannte Lochzahl eignet sich ebenfalls, um aus dieser Spinndüsenplatte zwei Einzelbündel à 144 Filamente zu spinnen. Die Spinndüsenplatte des Beispiels 2 würde sich eignen drei Einzelbündel à 120 Filamente zu spinnen.
Entgegen den Erwartungen haben sich Mikrofilamentgarne bisher trotz ihrer Vorteile für den Verbraucher nicht in dem erwarteten Masse durchsetzten können. Wesentliche Gründe dafür sind die schwierige Beherrschbarkeit einer gleichmässigen Anfärbung solcher Garne im Vergleich zu Garnen des normalen Filamenttiterbereichs und die zwangsläufig reduzierte Produktionsgeschwindigkeit der weiterverarbeitenden Prozesse.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren erhält man nun ein Garn mit Einzelfilamenten in hoher Titergleichmässigkeit, welches sich durch seine verbesserten textilphysikalischen Eigenschaften, insbesondere eine hervorragende Anfärbe-Gleichmässigkeit auszeichnet und mit erhöhter Produktionsgeschwindigkeit hergestellt werden kann.
Wie der Fachmann weiss, ist die Uster-Ungleichmässigkeit eine wesentliche Kenngrösse für die Qualitätsbeurteilung eines Filamentgarnes bezüglich der zu erwartenden Gleichmässigkeit des Filamenttiters, der textilphysikalischen Eigenschaften und der Anfärbung dieses Garnes im fertigen Flächengebilde. Je höher der gemessene Usterwert ist, um so schlechter wird beispielsweise die spätere Färbeegalität ausfallen. Besonders störend sind langweilig variierende Färbeaffinitäten, da sie im fertigen Flächengebilde wesentlich deutlicher in Erscheinung treten, als kurzperiodische Fehler. Solche Färbefehler können zu ernsthaften Verarbeitungsproblemen und zu teuren Reklamationen führen. Als Kenngrösse für eine problemlose färberische Weiterverarbeitung kann der in Prozent ausgedrückte Uster-Wert U½, zugrunde gelegt werden. Bei Garnen im normalen Filamenttiterbereich werden hier üblicherweise Werte für U von 0,40 bis 0,70 % und für U½ von 0,25 bis 0,65 % erreicht. Bei solchen Garnen werden in der Regel keine Färbeprobleme beobachtet.
Bei Mikrofilamentgernen, die nach dem Stand der Technik gesponnen wurden, sind überhöhte Werte von 0,70 bis 0,95 üblich. Unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens gelingt es, Filarnentgarne im färberisch sicheren Bereich von 0,25 bis 0,70 % für U½ zu produzieren. Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der Erhöhung der Reinigungszyklenzeit der Düsenoberfläche um bis zu 45 % durch tiefere Oberflächentemperaturen der Spinndüsenplatte.
Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, dass zur Produktion von Filamenten aus Polymeren mit einem Filamenttiter unter 1 dtex/Filament zur Verbesserung der Spinnperformance höhere Spinntemperaturen angewendet werden müssen. Die erhöhten Temperaturen haben aber den Nachteil, dass sich die Polymerschmelze im Spinnbalken und Düsenpaket beschleunigt thermisch zersetzt.
Überraschend hat sich gezeigt, dass sich im erfindungsgemässen Verfahren bei Einsatz der ertindungsgemässen Vorrichtung die Oberflächentemperatur homogen über die ganze Spinndüsenplatte bis zu 5°C, bevorzugt sogar bis zu 10°C abgesenkt werden kann. Die niedrigere Temperatur der Spinndüse hat zur Folge, dass die thermische Zersetzungsrate der aus den Kapillarbohrungen austretenden Polymerschmelze an der Oberfläche erniedrigt ist und sich dadurch die Düsenreinigungsintervalle verlängern.
Die dadurch ebenfalls auftretende höhere Fadenspannung stabilisiert die Filamente und führt somit zu einer erhöhten Gleichmässigkeit, bzw. zu einem sehr niedrigen Uster-Wert. Überraschend hat sich auch gezeigt, dass durch die Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung im erfindungsgemässen Verfahren die textilphysikalischen Garneigenschaften verbessert werden. So steigt z.B. insbesondere die sogenannte Qualitätszahl auch bei konstanter Produktionsgeschwindigkeit an und auch die Cv-Dehnung und die Cv-Festigkeit werden verbessert. (Beispiel 1). Das erf'indungsgemässe Verfahren eignet sich in hervorragender Weise für textile Mikrofilamentgarne, die in spezieller Weise weiterbehandelt werden sollen. Dazu kann das Filamentbündel vor dem Wickeln zusätzlich verwirbelt und gegebenenfalls ein weiteres Mal mit Präparation beaufschlagt werden.
Es eignet sich auch, wenn das Filamentbündel vor dem Aufwickeln mittels Galetten beheizt oder gekühlt und gleichzeitig oder anschliessend verstreckt, geschrumpft, gekräuselt und/oder verwirbelt werden soll.
Die Reduktion von Filament- und Fadenbrüchen, wie sie in den Beispielen aufgezeigt wird, macht das Verfahren besonders geeignet für das Spinnen bei hohen Spinngeschwindigkeiten wie sie für die Herstellung von hoch orientiertem Filamentgarn praktiziert wird.
Darüber hinaus ermöglicht die intensive Kühlung der Vorrichtung eine Verkürzung der Konvergenzlänge, wodurch geringere Spinnfadenspannungen möglich werden. Dadurch wird gegenüber den konventionellen Verfahren ein problemloses galettenfreies Arbeiten bei hohen Abzugsgeschwindigkeiten praktikabel.
Das Verfahren wird vorteilhaft zum Verspinnen von Mikrofilamentgarnen aus thermoplastischen Polymeren verwendet, wobei solche aus Polyamid, Polyester oder Polyolefinen bevorzugt sind.
Die Erfindung beinhaltet auch die nach dem dargelegten Verfahren hergestellten Mikrofilamentgarne, die bevorzugt Einzeltiter von 0,2 bis 1,0 dtex aufweisen und insbesondere solche, die Usterwerte unter 0,9 % bei Qualitätszahlen von 29 bis 35√% *cN/dtex (Qualitätszahl = Festigkeit *√Dehnung) zeigen.
Sie beinhaltet auch solche Mikrofilamentgarne, die in einem zusätzlichen Verfahrensschritt verstreckt, verwirbelt, geschrumpft, gekräuselt oder bei besonders hohen Verfahrensgeschwindigkeiten zu hochorientierten-Filamentgarnen weiterbehandelt werden sollen.
Dieser Verfahrensschritt wird vorteilhafterweise in das erfindungsgemässe Verfahren vor dem Wickeln integriert.
Figure 00250001
Figure 00260001

Claims (39)

  1. Vorrichtung zum Herstellen von Mikrofilament-Garnen aus thermoplastischen Polymeren mit maximal 500 dtex Gesamttiter und mit Filament-Einzeltitern von maximal 1 dtex und hoher Titer-Gleichmässigkeit, bestehend aus:
    einer Spinndüsenplatte mit Kapillar-Bohrungen in ringförmiger Anordnung und einer Lochdichte L/A von bis 40 Loch/cm2 wirksamer Austrittsfläche,
    einer mit einem Abstand S unter der Spinndüse zentral positionierbaren und fixierba-ren Iuftdurchlässigen aktiven Abkühleinheit (5) für temperierte Luft
    einer Einfahr-Vorrichtung (7) mit integrierten Luftzuführungen für die Abkühleinheit (5),
    mindestens einem Fadenleitorgan (9) aus der Gruppe Fadenführer oder Leitblech,
    mindestens einer Präparationsauftragseinrichtung,
    einem Fadenwächter, der (wahlweise) mit einer Steuerung für die Einfahr-Vorrichtung (7) kombiniert ist und
    mindestens einer Aufwickeleinheit (5)
    wobei die gemeinsam aus der Spinndüse gesponnenen Filamente (4) einzeln oder in mehr als ein separates Filamentbündel geteilt, so geführt, mit Präparation versehen und aufgewickelt sind,
    wobei der Abstand S titerabhängig nach der Formel S = 1.4 × exp(2.01 × TEK) 4 RL - 1 [mm]
    S =
    Abstand Düsenplatte in [mm]
    TEK =
    Titer Einzelkapillare in dtex
    RL =
    Anzahl hintereinander liegender Lochreihen auf der Düsenplatte
    auf maximal 35 mm
    und wobei die kühlwirksame Länge Lk der Abkühleinheit titer- und spinngeschwindigkeitsabhängig einstellbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die ringförmige Anordnung der Düsenlöcher unterbrochen oder in Gruppen aufgeteilt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Filamente aus einer Spinndüsenplatte (2) mit Hilfe der Fadenleitorgane (9) in mindestens zwei separate Filamentbündel aufteilbar sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Abstand S zwischen Spinndüsenplatte (2) und Abkühleinheit (5) mit einer Isolation versehen ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Isolation mit Heiz- oder mit Kühlelementen versehen ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Abstand S 0.1 bis 35 mm beträgt.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Abstand S 1 bis 10 mm beträgt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die aktive Abkühleinheit aus luftdurchlässigem Gewebe besteht.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die aktive Abkühleinheit aus mindestens einem perforierten einseitig geschlossenen Rohrteil besteht.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Abkühleinheit (5) aus einem nach oben und einem nach unten gerichteten Rohrteil besteht.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Abkühleinheit (5) durch die Einfahr-Vorrichtung (7) horizontal und vertikal oder auf einem zirkularen Einschwenkweg (13) positionierbar und mit einem Zentrierdorn düsensymmetrisch fixierbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Abkühleinheit (5) bei Störungen selbsttätig aus dem Fadenlauf hinaus in eine Servicestellung verfahrbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Bewegung der Einfahr-Vorrichtung (7) beim Ein- und Ausfahren vorwiegend in horizontaler und beim Zentrieren gegenüber der Düsenplatte (2) vorwiegend in vertikaler Richtung erfolgt.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einfahr-Vorrichtung (7) mechanisch, pneumatisch oder elektronisch steuerbar ist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einfahr-Vorrichtung (7) durch Oberflächengestaltung oder Perforierung filamentabweisend gestaltet ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einfahr-Vorrichtung (7) einen kreisförmigen Einfahrweg (13) um eine Achse (14) auf weist, wobei die Schwenkbewegung via einen Hebel (16), an dem ein zweiter Hebel (19) über einen Lagerpunkt (18) angelenkt ist, übertragbar ist, wobei dieser zweite Hebel (19) via eine Traverse (20) einen pflugscharähnlichen Fadenteiler (21) trägt, sodass dieser Fadenteiler (21) einerseits um den Lagerpunkt (18) und andererseits gemeinsam mit der Abkühleinheit (5) um die Achse (14) schwenkbar ist, wodurch während des Einschwenkens der Abkühleinheit (5) in den Fadenlauf , diese zunächst vom Fadenteiler (21) über deckt wird, so dass der Fadenteiler (21) zuerst in den Fadenlauf eintaucht und diesen teilt, sodass die Abkühleinheit (5) von den Filamenten nicht berührt wird, bis die Abkühleinheit (5) ihre vertikale Endstellung nahezu erreicht hat und sich vollständig unterhalb des nicht durch Kapillarbohrungen perforierten Zentralbereichs der Spinndüsenplatte (2) befindet, wonach der Fadenteiler (21) um den Lagerpunkt (18) aus dem Fadenlauf aus schwenkt und den Weg der Filamente (4) freigibt.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Abkühleinheit in Länge und Durchmesser variierbar ist, wobei der Durchmesser im Bereich zwischen 10 und 106 mm liegt und mindestens 1 mm kleiner ist, als der Innendurchmesser des kleinsten Kreises der ringförmig angeordneten Kapillar-Bohrungen.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Abkühleinheit (5) in ihrer kühlungswirksamen Länge Lk und in der Ausführung ihrer Perforation auf die abzukühlenden Filamente in Titer und Spinngeschwindigkeit abgestimmt ist.
  19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Luft auf 15 bis 200°C temperierbar ist.
  20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dass die Austrittgeschwindigkeit und/oder die Austrittstemperatur und/oder die Austrittsrichtung der Luft über die Länge Lk der Abkühleinheit (5) variabel, auf Titer und Spinngeschwindigkeit der Filamente (4) abgestimmt, einstellbar sind.
  21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Fadenführer (9) und Präparationsauftragseinrichtung (11) höhenverstellbar sind, womit auch der Verfestigungspunkt der Filamente mindestens 1 bis 40 mm vor dem wirksamen Ende der Abkühleinheit (5) einstellbar ist.
  22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Fadenführer (9) als Stützring oder als Trichter mit oder ohne zusätzliche Luftabgabe gestaltet ist.
  23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Fadenführer (9) tropfenförmig gestaltet ist.
  24. Verfahren zum Herstellen von Mikrofilament-Garnen aus thermoplastischen Poly meren mit maximal 500 dtex Gesamttiter und mit -Einzeltitern der Filamente von maximal 1 dtex und hoher Titer-Gleichmässigkeit mit der Vorrichtung nach den Ansprü chen 1 bis 23 mit den Schritten
    Schmelzspinnen der Filamente mit einem Gesamttiter von 22 bis 500 dtex
    mit einer Spinngeschwindigkeit von 2000 bis 7000 m/min,
    Abkühlen der Filamente mit temperierter Luft mit einer Abkühleinheit mit der kühlwirksamen Länge Lk im Abstand S von der Spinndüsenplatte, Aufteilen der Filamente an separaten Führungsorganen in ein oder mehrere separate Filamentbündel,
    Beaufschlagen der Filamentbündel mit Präparation,
    Aufwickeln der separaten Filamentbündel mit einer Geschwindigkeit von 2000 bis 7000 m/min,
    wobei der Abstand S titerabhängig nach der Formel S = 1.4 × exp(2.01 × TEK) 4 RL - 1 [mm]
    S =
    Abstand Düsenplatte in [mm]
    TEK =
    Titer Einzelkapillare in dtex
    RL =
    Anzahl hintereinander liegender Lochreihen auf der Düsenplatte
    auf maximal 35 mm eingestellt wird und
    wobei die Oberfläche der Düsenplatte gegenüber der Schmelzetemperatur eine über die gesamte Düsenplatte homogene Abkühlung bis zu 10°C erfahren kann und
    wobei der Verfestigungspunkt der Filamentbündel in Abhängigkeit von Titer und Spinngeschwindigkeit auf 1 bis 40 mm über dem Ende der kühlwirksame Länge Lk der Abkühleinheit eingestellt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 24,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Einzeltiter der Filamente zwischen 0,1 und 1 dtex liegt
  26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Abstand S isoliert, gekühlt oder beheizt wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 24 bis 26,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Abstand S 0.1 bis 35 mm eingestellt wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 24 bis 27,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Abstand S 1 bis 10 mm eingestellt wird.
  29. Verfahren nach Anspruch 24 bis 28,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine auf Titer und Spinngeschwindigkeit der Filamente abgestimmte Luft-Geschwindigkeit über die effektiv kühlwirksame Länge Lk der Abkühleinheit variabel zwischen 0,05 und 0,7 m/sec eingestellt wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 24 bis 29,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in der Abkühleinheit temperierte Luft mit einer Temperatur zwischen 15 und 200°C verwendet wird.
  31. Verfahren nach Anspruch 30,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    temperierte Luft von 10°C bis 30°C unter dem TG des Polymeren verwendet wird.
  32. Verfahren nach Anspruch 24 bis 31,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in verschiedenen Bereichen der Abkühleinheit unterschiedlich temperierte und/oder gerichtete Luft eingesetzt wird.
  33. Verfahren nach Anspruch 24 bis 32,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Verfestigungspunkt der Filamentbündel in Abhängigkeit von Titer und Spinngeschwindigkeit 1 bis 40 mm über dem wirksamen Ende der Abkühleinheit eingestellt wird.
  34. Verfahren nach Anspruch 24 bis 33,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Präparation über einen Ringspalt oder durch Aufsprühen aufgetragen wird.
  35. Verfahren nach Anspruch 24 bis 34,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als synthetische Polymere Polyamide, Polyester oder Polyolefine eingesetzt werden.
  36. Mikrofilamentgarne mit hoher Titer-Gleichmässigkeit, hergestellt nach dem Verfahren der Ansprüche 24 bis 35,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sie Filament-Einzeltiter vom 0,1 bis 1,0 dtex aufweisen.
  37. Mikrofilamentgarne nach Anspruch 36,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sie Usterwerte U unter 1,2% und U ½ unter 0,8% aufweisen.
  38. Mikrofilamentgarne nach Anspruch 36 oder 37,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    diese im Verfahren integriert durch Verstrecken, Verwirbeln, Schrumpfen, Kräuseln weiterbehandelt sind.
  39. Mikrofilamentgarne nach Anspruch 37 oder 38,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    diese durch hohe Spinngeschwindigkeiten zu Fäden mit hoher Orientierung weiterbehandelt sind.
EP99109026A 1998-05-14 1999-05-07 Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Mikrofilamenten von hoher Titer-Gleichmässigkeit aus thermoplastischen Polymeren Withdrawn EP0957187A3 (de)

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DE19821778A DE19821778B4 (de) 1998-05-14 1998-05-14 Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Mikrofilamenten von hoher Titer-Gleichmäßigkeit aus thermoplastischen Polymeren

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EP0957187A2 true EP0957187A2 (de) 1999-11-17
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