EP1045930B1

EP1045930B1 - Method and device for producing a high oriented yarn

Info

Publication number: EP1045930B1
Application number: EP99971872A
Authority: EP
Inventors: Detlev Schulz; Hansjörg MEISE; Klaus Schäfer
Original assignee: Saurer GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: EP1045930A1; JP2002529614A; CN1288491A; TW538150B; US6478996B1; WO2000028117A1; KR100619475B1; DE59913596D1; CN1109780C; KR20010024840A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hochorientierten Fadens (HOY) aus einem thermoplastischen Material und eine Spinnvorrichtung zum Schmelzspinnen eines hochorientierten Fadens.The invention relates to a method for producing a highly oriented thread (HOY) from a thermoplastic material and to a spinning device for melt spinning a highly oriented thread.

Bei der Herstellung von synthetischen multifilen Fäden aus einer thermoplastischen Schmelze in einer Prozeßstufe wird grundsätzlich zwischen teilverstreckten Fäden und vollverstreckten Fäden unterschieden. Die teilverstreckten Fäden weisen eine vororientierte Molekularstruktur auf, die in einer zweiten Prozeßstufe eine Nachverstreckung erfordert. Sie werden als preoriented yarns (POY) bezeichnet. Demgegenüber sind die vollverstreckten Garne (FDY) ohne eine Nachverstreckung direkt für eine Weiterverarbeitung geeignet. Die FDY-Garne werden dabei im Spinnprozeß mittels Streckwerke hochverstreckt, so daß sich eine ausgerichtete Molekularstruktur im Polymer einstellt.In the production of synthetic multifilament yarns from a thermoplastic melt in a process step, a distinction is in principle made between partially drawn yarns and fully drawn yarns. The partially drawn threads have a pre-oriented molecular structure which requires post-stretching in a second process stage. They are referred to as preoriented yarns (POY). In contrast, fully drawn yarns (FDY) are suitable for further processing without post-drawing. The FDY yarns are thereby hochverstreckt in the spinning process by means of drafting, so that adjusts an aligned molecular structure in the polymer.

Um einen Faden mit möglichst hoher Orientierung der Moleküle des Polymers herzustellen, sind auch Verfahren bekannt, bei welchen der Faden bereits während der Verfestigung unmittelbar vor Erstarrung des Polymers hoch verstreckt wird. Bei diesen als high oriented yarn (HOY) bekannten Garnen führt eine spannungsinduzierte Kristallisation zur Orientierung der Moleküle im Polymer. Gegenüber den FDY-Garnen weisen die bekannten HOY-Garne eine geringere Elastizitätsgrenze auf, was je nach Weiterverarbeitungsverfahren aufgrund der Krafteinwirkung auf diese Garne zu einer bleibenden Deformation und damit zu einer ungleichmäßigen Anfärbung führen kann. Für Weiterverarbeitungsverfahren, bei denen größere Spannungsspitzen auf diese Garne einwirken, sind die bekannten HOY Garne gänzlich ungeeignet.In order to produce a thread with the highest possible orientation of the molecules of the polymer, methods are also known in which the thread is already stretched during solidification immediately before solidification of the polymer. In these yarns known as high-oriented yarn (HOY), stress-induced crystallization leads to orientation of the molecules in the polymer. Compared to the FDY yarns, the known HOY yarns have a lower elastic limit, which, depending on the further processing method due to the action of force on these yarns to a permanent deformation and thus may cause uneven staining. For further processing methods in which larger stress peaks act on these yarns, the known HOY yarns are completely unsuitable.

Nun läßt sich zwar die Elastizitätsgrenze von HOY Garnen theoretisch durch Steigerung der Abzugsgeschwindigkeit heraufsetzen, jedoch sind diesem Prozeß physikalische Grenzen gesetzt, da beim Schmelzespinnen von HOY-Garnen die den Faden bildenden Filamente beim Verstrecken nur eine begrenzte Kristallinität aufweisen dürfen, um einen sicheren Abzug ohne Garnschädigung zu gewährleisten. Ein zu hoch vorkristallisiertes Filament ist in seiner Struktur zu stark eingefroren, als daß es sicher die im Streckpunkt auftretenden Kräfte ohne Überlastung übersteht.Although the elastic limit of HOY yarns can theoretically be increased by increasing the take-off speed, there are physical limits to this process since, during the melt-spinning of HOY yarns, the filaments forming the yarn may have only limited crystallinity during stretching, in order to ensure reliable removal without To ensure yarn damage. Too high a pre-crystallized filament is too frozen in its structure to safely withstand the forces occurring at the draw point without overloading.

Im Stand der Technik wird beispielsweise in der EP 0 530 652 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Fadens offenbart, bei welcher die Filamente vor der Erstarrung einer verzögerten Abkühlung unterzogen werden. Dadurch wird die Kristallisation der Filamente weiter verzögert, was zu einer erhöhten Elastizitätsgrenze der Garne fuhrt Die bekannte Vorrichtung und das bekannte Verfahren besitzen jedoch den Nachteil, daß die Länge der verzögerten Abkühlung nur sehr begrenzt sein kann, da die fehlende Stabilisierung der Filamente durch die Anblasung innerhalb diesen Bereiches eine zunehmende Gefahr zur Verklebung der Filamente darstellt.In the prior art, for example, EP 0 530 652 discloses an apparatus and a method for producing a synthetic thread, in which the filaments are subjected to a delayed cooling before solidification. As a result, the crystallization of the filaments is further retarded, which leads to an increased elastic limit of the yarns. However, the known apparatus and the known method have the disadvantage that the length of the delayed cooling can only be very limited since the lack of stabilization of the filaments by the blowing represents an increasing risk for bonding the filaments within this range.

In der EP 244 217 (= US 5,141,700) und der US 5,034,182 wird vorgeschlagen, die Filamente nach Durchlauf eines unter Druck stehenden Kühlschachtes mittels eines Luftstroms aus dem Kühlschacht zu fördern. Damit wird ebenfalls eine verzögerte Kristallisation der Filamente erreicht. Nach der EP 0 682 720 wird ebenfalls eine verzögerte Kristallisation des Polymers erreicht, wobei die Filamente vor Erstarrung mit einem begleitenden Luftstrom beaufschlagt werden. Die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen verfolgen alle das Ziel, einen synthetischen Faden mit möglichst hohen Aufspulgeschwindigkeiten herzustellen, ohne daß sich die physikalischen Eigenschaften im wesentlichen verändern. So wird bei diesen bekannten Verfahren die Absenkung der Dehnung bei höheren Abzugsgeschwindigkeiten durch die verzögerte Kristallisation des Polymers in der Spinnlinie kompensiert. Diese Verfahren sind jedoch ungeeignet, um HOY-Garne mit höheren Elastizitätsgrenzen und mit höheren Festigkeiten herzustellen.In EP 244 217 (= US Pat. No. 5,141,700) and US Pat. No. 5,034,182 it is proposed to convey the filaments out of the cooling shaft after passing through a pressurized cooling shaft by means of an air flow. Thus, a delayed crystallization of the filaments is also achieved. According to EP 0 682 720, a delayed crystallization of the polymer is also achieved, wherein the filaments are subjected to an accompanying air flow before solidification. The known in the prior art methods and devices all pursue the goal of a synthetic thread with the highest possible Produce Aufspulgeschwindigkeiten without the physical properties change substantially. Thus, in these known processes, the reduction in elongation at higher take-off speeds is compensated for by the delayed crystallization of the polymer in the spinning line. However, these methods are unsuitable for making HOY yarns with higher elastic limits and higher strengths.

Bei der Herstellung eines hochorientierten Fadens besteht das Problem, daß die bekannten Garne zu hohe Dehnungswerte und zu niedrige Festigkeiten aufweisen. Die Dehnungswerte des Garnes könnten durch Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit verbessert werden. Eine Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit beispielsweise bei der aus der EP 0 530 652 bekannten Vorrichtung führt zwangsläufig zu einer Erhöhung der Abzugsspannung, die dann aufgrund def geringen Festigkeit der Filamente jedoch eine Überlastung der Filamente beim Verstrecken zur Folge hat.In the production of a highly oriented thread, there is the problem that the known yarns have too high elongation values and too low strengths. The elongation values of the yarn could be improved by increasing the take-off speed. An increase in the take-off speed, for example in the case of the device known from EP 0 530 652, inevitably leads to an increase in the take-off tension, which then results in overloading of the filaments during stretching due to the low strength of the filaments.

Die zitierte Entgegenhaltung DE-A-4 223 198 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines schmelzgesponnenen Fadens, bei welcher das Filamentbündel einen Abkühlschacht mit luftdurchlässiger Wandung durchläuft. Dabei wird aufgrund der Reibungsmitnahme der Luft durch die Filamente ein von außen nach innen .erzeugter Kühlluftstrom in den Abkühlschacht eingesaugt. Zur Unterstützung der Saugwirkung ist eine Druckdifferenz zwischen einer Eintrittsseite am Abkühlschacht und einer Austrittsseite am Abkühlschacht angelegt.The cited document DE-A-4 223 198 discloses a method and an apparatus for producing a melt-spun yarn in which the filament bundle passes through a cooling duct with air-permeable wall. In this case, due to the friction entrainment of the air through the filaments, a cooling air flow generated from outside to inside is sucked into the cooling shaft. To support the suction, a pressure difference between an inlet side of the cooling shaft and an outlet side of the cooling shaft is created.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Spinnvorrichtung zur Herstellung eines hochorientierten Fadens (HOY) zu schaffen, der typische Dehnungen und Festigkeiten eines vollverstreckten Garnes (FDY) aufweist und mit hoher Spinnsicherheit herstellbar ist.It is an object of the invention to provide a method and a spinning device for producing a highly oriented yarn (HOY), which has typical elongations and strengths of a fully drawn yarn (FDY) and can be produced with high spin safety.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Spinnvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a spinning device with the features of claim 11.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Überlastung der Filamente im Vorgang der Fadenbildung begründet liegt. Beim Schnellspinnen beobachtet man keinen gleichmäßigen Anstieg der Fadengeschwindigkeit zwischen Fadenaustritt aus der Spinndüse und dem Erstarrungspunkt der Filamente. Nach Austritt der Filamente aus der Spinndüse tritt zunächst eine relativ langsame Beschleunigung ein bis zum Einsetzen der spannungsinduzierten Kristallisation. Die spannungsinduzierte Kristallisation führt innerhalb weniger Zentimeter zu einer Beschleunigung der Filamente auf die Abzugsgeschwindigkeit. Hierbei muß die Festigkeit der Filamente größer sein als die zur Beschleunigung des Fadens erforderlichen Kräfte, um einen Filamentbruch zu vermeiden. Erfindunsgemäß werden die Filamente vor der Erstarrung in ihrer Fortbewegung derart unterstützt, daß vor der Erstarrung keine wesentlichen zusätzlichen Zugspannungen resultierend aus Luftreibungskräften an den Filamenten wirken. Dadurch werden die Filamente vor der Erstarrung entlastet, so daß während der Erstarrung beim Verstrecken eine verminderte Abzugsspannung an den Filamenten wirksam ist. Damit wird einerseits eine hohe Orientierung der Moleküle beim Verstrecken erreicht und andererseits eine hohe Abzugsgeschwindigkeit mit entsprechend hoher Abzugsspannung ermöglicht. Die Abzugsspannung wird dabei durch eine Abzugsgeschwindigkeit von mindestens 6.500 m/min erzeugt. Es hat sich gezeigt, daß damit ein hochorientierter Faden mit Festigkeiten von größer 4 cN/dtex und Dehnungen im Bereich von 30% herstellbar ist.The invention is based on the recognition that the overloading of the filaments is due to the process of thread formation. In the case of fast spinning, no uniform increase in the yarn speed is observed between the yarn outlet from the spinneret and the solidification point of the filaments. After the filaments exit the spinneret, a relatively slow acceleration first occurs until the onset of stress-induced crystallization. The Stress-induced crystallization leads within a few centimeters to an acceleration of the filaments to the take-off speed. Here, the strength of the filaments must be greater than the forces required to accelerate the thread to avoid filament breakage. According to the invention, the filaments are supported prior to solidification in such a way that before solidification no significant additional tensile stresses act as a result of air friction forces on the filaments. As a result, the filaments are relieved before solidification, so that during the solidification during drawing a reduced withdrawal tension on the filaments is effective. Thus, on the one hand, a high orientation of the molecules is achieved during stretching and on the other hand allows a high take-off speed with a correspondingly high withdrawal voltage. The withdrawal tension is generated by a withdrawal speed of at least 6,500 m / min. It has been found that this is a highly oriented thread with strengths greater than 4 cN / dtex and elongations in the range of 30% can be produced.

Um die Filamentbewegung vor Erstarrung der Filamente zu unterstützen bzw. um eine Entlastung der an den Filamenten wirkenden Kräften vor der Erstarrung herbeizuführen, sind grundsätzlich zwei Verfahrensvarianten möglich. Bei der ersten Verfahrensvariante wird die Laufgeschwindigkeit der Filamente vor dem Verstrecken durch eine höhere Spritzgeschwindigkeit beim Extrudieren der Filamente erhöht. In der Praxis ist diese Möglichkeit infolge der hohen Druckabfälle über die Düsenplatte nur bis zu einem bestimmten Maße einsetzbar.In order to support the filament movement before solidification of the filaments or to bring about a relief of the forces acting on the filaments forces before solidification, two process variants are basically possible. In the first process variant, the running speed of the filaments before drawing is increased by a higher injection speed when extruding the filaments. In practice, this possibility can be used only to a certain extent due to the high pressure drops over the nozzle plate.

Bei einer weiteren Verfahrensvariante wird die an den Filamenten wirkende Luftreibung beeinflußt. Hierzu werden die Filamente nach dem Extrudieren durch ein Kühlmedium geführt. Unmittelbar vor der Erstarrung der Filamente wird dabei ein die Filamentbewegung unterstützender Kühlmediumstrom erzeugt. Damit wird eine Reduzierung der an den Filamenten abbremsend wirkenden Luftreibung reduziert. Als Kühlmedium wird dabei vorzugsweise Luft eingesetzt.In a further variant of the method, the air friction acting on the filaments is influenced. For this purpose, the filaments are passed through a cooling medium after extrusion. Immediately before the solidification of the filaments a filament movement supporting cooling medium flow is generated. This reduces a reduction in the air friction which acts on the filaments to decelerate. Air is preferably used as the cooling medium.

Bei einer besonders vorteilhaften Verfahrensvariante gemäß Anspruch 3 besitzt der Kühlmedienstrom eine Strömungsgeschwindigkeit, die im wesentlichen gleich groß der Laufgeschwindigkeit der Filamente vor dem Erstarren ist. Damit wirken keine bremsenden Strömungskräfte an den Filamenten, so daß sich die Laufgeschwindigkeit der Filamente weiter erhöht.In a particularly advantageous variant of the method according to claim 3, the cooling medium flow has a flow velocity which is substantially equal to the running speed of the filaments before solidification. Thus, no braking flow forces act on the filaments, so that the running speed of the filaments increases further.

Zur weiteren Verringerung der beim Erstarren wirkenden Zugkräfte läßt sich gemäß Anspruch 4 der Kühlmedienstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit erzeugen, die größer ist als die Laufgeschwindigkeit der Filamente vor dem Erstarren. Damit können hochorientierte Fäden mit hoher Festigkeit bei noch höheren Prozeßgeschwindigkeiten hergestellt werden.To further reduce the tensile forces acting on solidification, according to claim 4, the flow of cooling medium can be generated at a flow rate which is greater than the running speed of the filaments before solidification. This allows highly oriented threads with high strength to be produced at even higher process speeds.

Bei einer besonders vorteilhaften Verfahrensvariante nach Anspruch 6 werden zur Erzeugung des Kühlmedienstroms die Filamente vor dem Erstarren durch einen Konfusor und einen Diffusor geführt. Dadurch kann gezielt an einer Stelle oder einer sehr kurzen Strecke der Spinnlinie der Kühlmedienstrom erzeugt werden. Vorzugsweise wird der engste Querschnitt des Konfusors in der Spinnlinie derart plaziert, daß er kurz vor dem Erstarrungspunkt der Filamente liegt. Durch diese Maßnahme läßt sich eine spannungsindizierte Vororientierung innerhalb der Filamente verringern. Die Verfestigung des Fadens erfolgt innerhalb einer sehr kurzen Strecke, was zu einer besonders hohen Orientierung der Molekülketten in dem Polymer führt.In a particularly advantageous variant of the method according to claim 6, the filaments are guided before solidification by a confuser and a diffuser to produce the cooling medium flow. As a result, the cooling medium flow can be generated specifically at one point or a very short distance of the spinning line. Preferably, the narrowest cross-section of the confuser is placed in the spinning line such that it lies just before the solidification point of the filaments. By this measure, a stress-induced preorientation within the filaments can be reduced. The solidification of the thread takes place within a very short distance, which leads to a particularly high orientation of the molecular chains in the polymer.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 6 werden die Filamente nach dem Extrudieren und vor dem Erstarren durch einen Kühlschacht geführt, der durch eine luftdurchlässige zylindrische Wandung mit Umgebungsluft verbunden ist. Damit wird eine verzögerte Abkühlung der Filamente erreicht, so daß die Fließkräfte vorteilhaft beeinflußt werden und zu einer weiteren Entlastung der Abzugsspannung führen Diese Maßnahme ist in zweierlei Hinsicht von Vorteil, da einerseits eine erhöhte Abzugsspannung beim Verstrecken der Filamente möglich ist und andererseits durch die verzögerte Abkühlung eine Vororientierung der noch schmelzeflüssigen Filamente im wesentlichen verhindert wird.In a particularly advantageous embodiment of the method according to claim 6, the filaments are passed after extrusion and before solidification through a cooling shaft, which is connected by an air-permeable cylindrical wall with ambient air. Thus, a delayed cooling of the filaments is achieved, so that the flow forces are favorably influenced and lead to a further relief of the withdrawal voltage This measure is advantageous in two respects, since on the one hand, an increased withdrawal tension in the stretching of the filaments is possible and on the other hand by the delayed Cooling a pre-orientation of the still molten filaments is substantially prevented.

Diese Maßnahme läßt sich durch die Verfahrensvariante gemäß Anspruch 7 noch weiter verbessern. Hierzu werden die Filamente unmittelbar nach Austritt aus der Spinndüse durch eine Heizzone geführt, in welcher den Filamenten eine Wärmemenge zugeführt wird.This measure can be further improved by the process variant according to claim 7. For this purpose, the filaments are passed immediately after exiting the spinneret through a heating zone in which the filaments a quantity of heat is supplied.

Um das Verfahren mit möglichst gerinem Aggregateaufwand zu betreiben, ist die Verfahrensvariante nach Anspruch 8 besonders vorteilhaft. Hierbei wird die Abzugsspannung direkt durch die Aufspulgeschwindigkeit einer Aufspulvorrichtung erzeugt.In order to operate the process with the least possible aggregate effort, the process variant according to claim 8 is particularly advantageous. In this case, the withdrawal tension is generated directly by the winding speed of a winding device.

Um möglichst einen besonders qualitativ hochwertigen gleichmäßigen Faden zu erzeugen, ist die Verfahrensvariante nach Anspruch 9 bevorzugt anzuwenden. Dabei wird die Abzugsspannung durch ein Lieferwerk bestimmt. Das Lieferwerk ist vor der Aufspulvorrichtung angeordnet, so daß Fadenspannungsschwankungen aufgrund des Aufwickelns sich vorteilhaft nicht in der Spinnlinie auswirken können. Der Faden kann mit sehr gleichmäßiger Abzugsspannung hergestellt werden.In order to produce as possible a particularly high-quality uniform thread, the process variant according to claim 9 is preferred. The withdrawal tension is determined by a delivery mechanism. The delivery mechanism is arranged in front of the winding device, so that thread tension fluctuations due to the winding advantageously can not affect the spinning line. The thread can be made with a very even pull-off tension.

Erfindungsgemäß wird ein hochorientierter Faden mit im wesentlichen ähnlichen Eigenschaften wie ein vollverstreckter Faden durch Einflußnahme in der Spinnlinie herstellbar. Dabei hat sich die erfindungsgemäße Spinnvorrichtung nach Anspruch 11 als besonders vorteilhaft zur Durchfuhrung des Verfahrens herausgestellt. Die Kühleinrichtung wird erfindungsgemäß durch einen Konfusor und einen auf der Auslaßseite des Konfusors angeordneten Diffusor gebildet. Durch den Konfusor erfolgt eine starke Beschleunigung der von den Filamenten mitgeschleppten Luft, wobei der Kühlluftstrom im engsten Querschnitt zu einer maximalen Geschwindigkeit beschleunigt wird. Direkt nach Passieren des engsten Querschnittes des Konfusors erfolgt eine Ausdehnung der Kühlluft durch den Diffusor. Die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft verlangsamt sich somit. Dadurch wird die Filamentbewegung sehr kurzzeitig unterstützt. Eine längere Behandlungsstrecke, die eine Vororientierung begünstigt, wird vermieden.According to the invention, a highly oriented yarn having substantially similar properties as a fully drawn yarn can be produced by influencing the spinning line. In this case, the spinning device according to the invention has been found according to claim 11 as particularly advantageous for carrying out the method. The cooling device is formed according to the invention by a confuser and a diffuser arranged on the outlet side of the confuser. The confuser greatly accelerates the air entrained by the filaments, accelerating the flow of cooling air in the narrowest section to a maximum velocity. Directly after passing through the narrowest cross-section of the confuser an expansion of the cooling air through the Diffuser. The flow velocity of the cooling air thus slows down. As a result, the filament movement is supported very briefly. A longer treatment path, which favors a pre-orientation, is avoided.

Mit der besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung gemäß Anspruch 12 wird erreicht, daß beim Einlaufen in den Konfusor keine den Lauf der Filamente beeinflussenden Luftturbulenzen entstehen.With the particularly advantageous embodiment of the spinning device according to the invention according to claim 12 it is achieved that arise when entering the Konfusor no affecting the course of the filaments air turbulence.

Bei den Verfahrensvarianten, bei welchen bereits eine Reduzierung oder eine Vermeidung von den Filamentenlauf abbremsenden Luftreibungen ausreicht, um einen hochorientierten Faden herzustellen, ist die Spinnvorrichtung bevorzugt nach Anspruch 13 ausführbar.In the process variants in which a reduction or avoidance of the air filaments which slow down the filament run is sufficient to produce a highly oriented thread, the spinning device can be made according to claim 13.

Hierbei lassen sich auf der Auslaßseite der Kühleinrichtung beim Ausdehnen des die Filamente umgebenden Luftstroms Turbulenzen vermeiden, indem die Spinnvorrichtung gemäß Anspruch 14 ausgebildet ist. Damit wird die mitgeführte Luft gleichmäßig über den gesamten Umfang des Filamentbündels abgeführt.In this case, turbulences can be avoided on the outlet side of the cooling device during expansion of the air stream surrounding the filaments by forming the spinning device according to claim 14. Thus, the entrained air is discharged evenly over the entire circumference of the filament bundle.

Um bei der Herstellung des Fadens ein günstiges Strömungsprofil zu erreichen, hat sich herausgestellt, daß der Korifusor im engsten Querschnitt einen Durchmesser von mindestens 10 mm bis maximal 40 mm aufweisen sollte.In order to achieve a favorable flow profile in the production of the thread, it has been found that the Korifusor should have a diameter of at least 10 mm to a maximum of 40 mm in the narrowest cross-section.

Um zum Aufbau der Luftströmung sowie zur Kühlung der Filamente eine ausreichende Luftmenge in die Spinnlinie und insbesondere in die Mitte des Filamentbündels zur Verfügung zu stellen, ist die Ausbildung der Spinnvorrichtung gemäß Anspruch 17 besonders vorteilhaft. Damit läßt sich unabhängig von der Filamentgeschwindigkeit und unabhängig vom Differenzdruck zwischen dem Kühlschacht und der Umgebung die in den Kühlschacht einströmende Luftmenge beeinflussen. Somit ist es möglich, gezielt auf die Eigenschaften der Filamente Einfluß zu nehmen. Die durch die Wandung des Einlaßzylinders eintretende Luftmenge ist hierbei proportional abhängig von der Gasdurchlässigkeit bzw. der Porosität der Wandung. Bei großer Gasdurchlässigkeit wird dementsprechend eine bei ansonsten konstanten Bedingungen größere Luftmenge pro Zeiteinheit in den Kühlschacht eingeleitet. Im umgekehrten Fall tritt also bei kleiner Gasdurchlässigkeit der Wandung eine in Relation geringere Luftmenge in den Spinnschacht ein. Der Übergang der Gasdurchlässigkeit von einer zu anderen Zone wird vorzugsweise stufenlos ausgeführt, um größere Differenzströme zu vermeiden. Es ist jedoch auch ein gestufter Übergang der Gasdurchlässigkeiten möglich.In order to provide a sufficient amount of air in the spinning line and in particular in the middle of the filament bundle to build up the air flow and to cool the filaments, the formation of the spinning device according to claim 17 is particularly advantageous. Thus, regardless of the filament speed and regardless of the differential pressure between the cooling shaft and the environment, the amount of air flowing into the cooling shaft can be influenced. Thus, it is possible to specifically influence the properties of the filaments. The through the wall The amount of air entering the inlet cylinder is proportionally dependent on the gas permeability or the porosity of the wall. With a high gas permeability, a larger amount of air per unit of time per unit of time is introduced into the cooling shaft at otherwise constant conditions. In the opposite case, therefore, a small amount of air enters the spinning shaft at relatively low gas permeability of the wall. The transition of the gas permeability from one zone to another is preferably carried out steplessly in order to avoid larger differential currents. However, it is also possible a stepped transition of the gas permeabilities.

Bei der Herstellung des Fadens ist besonders wichtig, daß jedes Filament in der Spinnlinie bis zum Zusammenfassen gleichmäßig behandelt wird. Durch die Ausbildung der Spinnvorrichtung gemäß Anspruch 18 wird gewährleistet, daß die im Konfusor erzeugte Strömung gleichmäßig an jedem der Filamente wirkt.In the production of the thread, it is particularly important that each filament in the spinning line be treated evenly until the collection. The formation of the spinning device according to claim 18 ensures that the flow generated in the confuser acts uniformly on each of the filaments.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung nach Anspruch 19 wird der Faden mittels eines Lieferwerks von der Spinndüse abgezogen. Damit können die Abzugsspannung und die Fadenspannung beim Aufwickeln des Fadens unabhängig voneinander eingestellt werden. Desweiteren kann die Abzugsspannung mit hoher Gleichmäßigkeit erzeugt werden.In a particularly preferred embodiment of the spinning device according to the invention according to claim 19, the thread is withdrawn by means of a delivery system of the spinneret. Thus, the withdrawal tension and the thread tension when winding the thread can be set independently. Furthermore, the take-off tension can be generated with high uniformity.

Um in einer Spinnanlage mehrere Fäden parallel nebeneinander herstellen zu können, ist die Ausbildung der Spinnvorrichtung nach Anspruch 20 besonders vorteilhaft. Hierbei wird ein Fadenspannungsabbau über die Größe der Umschlingung des Fadens an den Rollen eingestellt.In order to be able to produce several threads parallel to one another in a spinning plant, the formation of the spinning device according to claim 20 is particularly advantageous. Here, a thread tension reduction on the size of the looping of the thread is set on the rollers.

Um eine frühzeitige Vororientierung der Filamente zu vermeiden, ist die Ausbildung der erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung gemäß Anspruch 21 besonders von Vorteil. Hierbei ist zwischen der Spinndüse und dem Kühlzylinder eine Heizeinrichtung zur thermischen Behandlung der Filamente vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Spinnvorrichtung sind geeignet, um hochorientierte textile Fäden aus Polyester, Polyamid oder Polypropylene herzustellen.In order to avoid an early pre-orientation of the filaments, the formation of the spinning device according to the invention according to claim 21 is particularly advantageous. Here, a heating device for the thermal treatment of the filaments is provided between the spinneret and the cooling cylinder. The inventive method and the spinning device according to the invention are suitable for producing highly oriented textile threads of polyester, polyamide or polypropylene.

Im folgenden werden unter Hinweis auf die beigefugten Zeichnungen das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Spinnvorrichtung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben.In the following, the method according to the invention and the spinning device according to the invention will be described in detail with reference to some embodiments with reference to the accompanying drawings.

Es stellen dar:

Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung;
Fig. 2: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung;
Fig. 3: eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Spinndüse;
Fig.4: schematisch einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Kühlzylinders;
Fig. 5: ein Diagramm mit der Festigkeit eines Fadens in Abhängigkeit von der Abzugsgeschwindigkeit.

They show:

Fig. 1: a first embodiment of a spinning device according to the invention;
Fig. 2: a further embodiment of a spinning device according to the invention;
Fig. 3: a plan view of an embodiment of a spinneret;
Figure 4: schematically a cross section through an embodiment of a cooling cylinder;
Fig. 5: a diagram with the strength of a thread as a function of the withdrawal speed.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung zum Spinnen eines hochorientierten Fadens gezeigt. Hierbei wird ein Faden 12 aus einem thermoplastischen Material gesponnen. Das thermoplastische Material wird hierzu über eine Einfülleinrichtung 43 in einem Extruder 40 aufgeschmolzen. Der Extruder 40 wird über einen Antrieb 41 angetrieben, der zur Steuerung mit einer Steuereinheit 42 verbunden ist. Hierbei kann die Steuerung beispielsweise druckabhängig erfolgen. Hierzu ist die Steuereinheit 42 mit einem Drucksensor 48 verbunden, der am Ausgang des Extruders 40 angeordnet ist. Die Schmelze gelangt von dem Extruder 40 durch eine Schmelzeleitung 47 zu einer Verteilerpumpe 44. Die Verteilerpumpe wird in ihrer Förderleistung durch einen Antrieb 45 und die Steuerung 46 gesteuert. Von der Verteilerpumpe 44 wird die Schmelze über eine Schmelzeleitung 3 zu einem beheizten Spinnkopf 1 gefördert. An der Unterseite des Spinnkopfes 1 ist eine Spinndüse 2 angebracht. Die Spinndüse 2 weist auf der Unterseite eine Vielzahl von Düsenbohrungen auf. Unter Druck wird nun die Schmelze durch die Düsenbohrungen extrudiert und tritt aus der Spinndüse in Form von feinen Filamentsträngen 5 aus. Die Filamente 5 durchlaufen einen Kühlschacht 6, der durch einen Kühlzylinder 4 gebildet wird. Der Kühlzylinder 4 ist hierzu unmittelbar unterhalb des Spinnkopfes 1 angeordnet und umschließt die Filamente 5. Am freien Ende des Kühlzylinders 4 schließt sich in Fadenlaufrichtung ein Konfusor 9 an. Der Konfusor 9 führt in Fadenlaufrichtung zur Einschnürung des Kühlkanals 6. Im engsten Querschnitt des Konfusors 9 ist ein Diffusor 10 angeordnet. Der Konfusor 9 und der Diffusor 10 sind durch die Naht 8 miteinander verbunden. Der Diffusor 10 führt in Fadenlaufrichtung zu einer Erweiterung des Kühlkanals 6. Am Ende des Diffusors 10 mündet der Diffusor in eine Unterdruckkammer 11. In der Unterdruckkammer 11 ist in Verlängerung des Diffusors 10 ein Siebzylinder 30 angebracht. Der Siebzylinder 30 weist eine luftdurchlässige Wandung auf und durchdringt die Unterdruckkammer 11 bis zu deren Unterseite. An der Unterseite der Unterdruckkammer 11 ist in der Fadenlaufebene eine Auslaßöffnung 13 in der Unterdruckkammer 11 eingebracht. An einer Seite der Unterdruckkammer 11 mündet ein Saugstutzen in die Unterdruckkammer 11. Über den Saugstutzen 14 ist ein am freien Ende des Saugstutzens 14 angeordneter Unterdruckerzeuger 15 mit der Unterdruckkammer 11 verbunden. Der Unterdruckerzeuger 15 kann hierbei beispielsweise eine Unterdruckpumpe oder ein Gebläse sein, welche einen Unterdruck in der Unterdruckkammer 11 und damit im Diffusor 10 erzeugt.In Fig. 1, a first embodiment of a spinning device according to the invention for spinning a highly oriented yarn is shown. Here, a thread 12 is spun from a thermoplastic material. For this purpose, the thermoplastic material is melted via a filling device 43 in an extruder 40. The extruder 40 is driven by a drive 41 which is connected to a control unit 42 for control. in this connection For example, the control can be pressure-dependent. For this purpose, the control unit 42 is connected to a pressure sensor 48, which is arranged at the outlet of the extruder 40. The melt passes from the extruder 40 through a melt line 47 to a manifold pump 44. The manifold pump is controlled in its capacity by a drive 45 and the controller 46. From the distributor pump 44, the melt is conveyed via a melt line 3 to a heated spinning head 1. At the bottom of the spinning head 1, a spinneret 2 is attached. The spinneret 2 has on the underside a plurality of nozzle bores. Under pressure, the melt is then extruded through the nozzle bores and exits the spinneret in the form of fine filament strands 5. The filaments 5 pass through a cooling shaft 6, which is formed by a cooling cylinder 4. For this purpose, the cooling cylinder 4 is arranged directly below the spinning head 1 and encloses the filaments 5. At the free end of the cooling cylinder 4, a confuser 9 adjoins in the thread running direction. The confuser 9 leads in the thread running direction to the constriction of the cooling channel 6. In the narrowest cross section of the confuser 9, a diffuser 10 is arranged. The confuser 9 and the diffuser 10 are interconnected by the seam 8. The diffuser 10 leads in the direction of yarn travel to an extension of the cooling channel 6. At the end of the diffuser 10, the diffuser opens into a vacuum chamber 11. In the vacuum chamber 11 in extension of the diffuser 10, a screen cylinder 30 is mounted. The screen cylinder 30 has an air-permeable wall and penetrates the vacuum chamber 11 to the bottom thereof. At the bottom of the vacuum chamber 11, an outlet opening 13 is introduced into the vacuum chamber 11 in the thread running plane. On one side of the vacuum chamber 11, a suction nozzle opens into the vacuum chamber 11. About the suction nozzle 14 a arranged at the free end of the suction nozzle 14 vacuum generator 15 is connected to the vacuum chamber 11. In this case, the vacuum generator 15 may be, for example, a vacuum pump or a blower which generates a negative pressure in the vacuum chamber 11 and thus in the diffuser 10.

In der Fadenlaufebene unterhalb der Unterdruckkammer 11 sind eine Präparationseinrichtung 16 und eine Aufspulvorrichtung 20 angeordnet. Die Aufspulvorrichtung 20 besteht aus einem Kopffadenführer 19, der Kopffadenführer 19 zeigt den Beginn des Changierdreiecks an, welches durch die Hin- und Herbewegung eines Changierfadenführers einer Changiereinrichtung 21 entsteht. Unterhalb der Changiereinrichtung 21 ist eine Andrückwalze 22 angeordnet. Die Andrückwalze 22 liegt am Umfang einer zu wickelnden Spule 23 an. Die Spule 23 wird auf einer rotierenden Spulspindel 24 erzeugt. Die Spulspindel 24 wird hierzu über den Spindelmotor 25 angetrieben. Der Antrieb der Spulspindel 25 wird hierbei in Abhängigkeit von der Drehzahl der Andrückwalze 22 derart geregelt, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Spule und damit die Aufwickelgeschwindigkeit während der Aufwicklung im wesentlichen konstant bleibt.In the thread running plane below the vacuum chamber 11, a preparation device 16 and a winding device 20 are arranged. The winding device 20 consists of a head thread guide 19, the head thread guide 19 indicates the beginning of the traversing triangle, which is formed by the reciprocating motion of a traversing yarn guide a traversing device 21. Below the traversing device 21, a pressure roller 22 is arranged. The pressure roller 22 abuts the circumference of a coil 23 to be wound. The coil 23 is generated on a rotating winding spindle 24. The winding spindle 24 is driven via the spindle motor 25 for this purpose. The drive of the winding spindle 25 is in this case regulated in dependence on the rotational speed of the pressure roller 22 such that the peripheral speed of the coil and thus the take-up speed during the winding remains substantially constant.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Spinnvorrichtung wird eine Polymerschmelze zum Spinnkopf 1 gefördert und über die Spinndüse 2 in eine Vielzahl von Filamenten 5 extrudiert. Das Filamentbündel wird von der Aufspulvorrichtung 20 abgezogen. Hierbei durchläuft das Filamentbündel mit zunehmender Geschwindigkeit den Kühlschacht 6 innerhalb des Kühlzylinders 4. Anschließend wird das Filamentbündel in den Konfusor 9 eingesogen. Der Konfusor 9 ist über den Diffusor 10 mit dem Unterdruckerzeuger 15 verbunden: Somit wird aufgrund der Unterdruckwirkung die außen am Kühlzylinder 4 anstehende Umgebungsluft in den Kühlschacht 6 hineingesogen. Die in den Kühlschacht 6 eindringende Luftmenge ist hierbei proportional der Gasdurchlässigkeit der Wandung 7 des Kühlzylinders 4. Die einströmende Luft führt zu einer Vorkühlung der Filamente, so daß sich die Randschichten der Filament verfestigen. Die Luftströmung wird aufgrund des engsten Querschnitts in der Naht 8 unter Wirkung des Unterdruckerzeugers 15 derart beschleunigt, daß die der Filamentbewegung entgegenwirkende Luftströmung reduziert oder vermieden wird. Damit wird eine Unterstützung der Filamentbewegung erreicht, so daß beim Verstrecken der Filamente im Erstarrungsbereich nur eine verminderte Abzugsspannung wirksam ist. Die Entlastung der Abzugsspannung ist hierbei davon abhängig, in welchem Maße die bremsende Luftreibung kompensiert ist. Dabei wird angestrebt, die Strömungsgeschwindigkeit möglichst in dem Bereich der Filamentgeschwindigkeit zu beschleunigen.In the spinning apparatus shown in Fig. 1, a polymer melt is fed to the spinning head 1 and extruded through the spinneret 2 into a plurality of filaments 5. The filament bundle is withdrawn from the winding device 20. In this case, the filament bundle passes through the cooling shaft 6 within the cooling cylinder 4 with increasing speed. Subsequently, the filament bundle is drawn into the confuser 9. The confuser 9 is connected via the diffuser 10 to the vacuum generator 15: Thus, due to the negative pressure effect, the outside of the cooling cylinder 4 pending ambient air is sucked into the cooling shaft 6. The amount of air entering the cooling shaft 6 is proportional to the gas permeability of the wall 7 of the cooling cylinder 4. The incoming air leads to a pre-cooling of the filaments, so that solidify the edge layers of the filament. The air flow is due to the narrowest cross-section in the seam 8 under the action of the vacuum generator 15 accelerated so that the filament movement counteracting air flow is reduced or avoided. Thus, a support of the filament movement is achieved, so that when stretching the filaments in the solidification only a reduced pull-off voltage effective is. The relief of the pull-off voltage is dependent on the extent to which the braking air friction is compensated. The aim is to accelerate the flow rate as possible in the range of the filament speed.

Kurz unterhalb der Naht 8 sind die Filamente erstarrt. Im weiteren Verlauf im Diffusor 10 werden die Filamente weiter abgekühlt. Um im Austrittsbereich des Diffusors 10 möglichst wenig Turbulenzen und damit ein möglichst konstantes Strömungsprofil zu erzeugen, wird die Luftströmung über den Diffusor in den Siebzylinder 30 eingeleitet, der innerhalb der Unterdruckkammer 11 angeordnet und mit dem Unterdruckerzeuger 15 verbunden ist. Die Luft wird sodann über den Stutzen 14 aus der Unterdruckkammer 11 abgesogen und abgeführt. Die Filamente 5 treten auf der Unterseite der Unterdruckkammer 13 durch die Auslaßöffnung 13 aus und laufen in die Präparationseinrichtung 16 ein. Durch die Präparationseinrichtung 16 werden die Filamente zu einem Faden 12 zusammengeführt. Zur Erhöhung des Fadenschluß könnte der Faden vor der Aufwicklung durch eine Verwirbelungsdüse verwirbelt werden. In der Aufspulvorrichtung 20 wird der Faden 12 zu der Spule 23 aufgewickelt.Just below the seam 8, the filaments are solidified. In the further course in the diffuser 10, the filaments are further cooled. In order to produce as little turbulence in the outlet region of the diffuser 10 and thus a flow profile as constant as possible, the air flow is introduced via the diffuser in the screen cylinder 30, which is disposed within the vacuum chamber 11 and connected to the vacuum generator 15. The air is then sucked through the nozzle 14 from the vacuum chamber 11 and discharged. The filaments 5 emerge on the underside of the vacuum chamber 13 through the outlet opening 13 and run into the preparation device 16 a. By means of the preparation device 16, the filaments are brought together to form a thread 12. To increase the thread closing the thread could be swirled before winding by a swirl nozzle. In the winding device 20, the thread 12 is wound into the bobbin 23.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung gezeigt. Der grundsätzliche Aufbau der Spinnvorrichtung aus Fig. 2 ist im wesentlichen identisch zu dem Aufbau der Spinnvorrichtung aus Fig. 1. Insoweit wird an dieser Stelle zu der vorhergehenden Beschreibung zu Fig. 1 Bezug genommen, und es werden nur die Unterschiede des Aufbaus der Spinnvorrichtung aus Fig. 2 beschrieben.2, a further embodiment of the spinning device according to the invention is shown. The basic structure of the spinning device of Fig. 2 is substantially identical to the structure of the spinning device of Fig. 1. In this respect, reference is made to the preceding description to Fig. 1 at this point, and it will only the differences in the structure of the spinning device from Fig. 2 described.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Spinnvorrichtung ist zwischen der Spinndüse 2 und dem Kühlzylinder 4 direkt am Spinnkopf 1 eine Heizeinrichtung 31 angeordnet. Die Heizeinrichtung 31 kann hierbei beispielsweise als Strahlungsheizer oder als zylindrischer Widerstandsheizer ausgebildet sein. Durch die zusätzliche Heizeinrichtung 31 werden die Filamente nach der. Extrusion durch die Düsenbohrungen der Spinndüse 2 thermisch behandelt, so daß eine verzögerte Abkühlung eintritt.In the spinning apparatus shown in Fig. 2, a heating device 31 is disposed between the spinneret 2 and the cooling cylinder 4 directly on the spinning head 1. In this case, the heating device 31 can be designed, for example, as a radiant heater or as a cylindrical resistance heater. By the additional heater 31, the filaments after the. Extrusion through the Nozzle holes of the spinneret 2 thermally treated, so that a delayed cooling occurs.

Desweiteren weist die in Fig. 2 dargestellte Spinnvorrichtung zwischen der Präparationseinrichtung 16 und der Aufspulvorrichtung 20 ein Lieferwerk 17 auf. Das Lieferwerk wird durch zwei angetriebene Rollen 18.1 und 18.2 gebildet. Die angetriebenen Rollen werden vom Faden 12 S-förmig umschlungen. Somit wird der Faden 12 durch das Lieferwerk 17 und die Aufspulvorrichtung 20 von der Spinndüse 2 abgezogen. Die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen 18.1 und 18.2 ist dabei größer als die Aufspulgeschwindigkeit. Damit wird ein Spannungsabbau im Faden zwischen dem Lieferwerk 17 und der Aufspulvorrichtung 20 erreicht. Damit läßt sich der Faden mit einer geringeren Fadenspannung aufwickeln. Die Umschlingungswinkel an den Rollen sind in diesem Ausführungsbeispiel fest vorgegeben. Es ist jedoch auch möglich, die Rollen 18.1 und 18.2 verstellbar auszuführen, so daß unterschiedliche Umschlingungswinkel einstellbar sind. Der wesentliche Vorteil des zusätzlichen Lieferwerks der Spinnvorrichtung nach Fig. 2 liegt darin, daß die aufgrund der Changierbewegung auftretenden Fadenspannungsschwankungen sich nur bis zum Lieferwerk fortpflanzen können. Die Abzugsspannung in der Spinnzone bleibt unverändert, was zu einer gleichmäßigen Fadenbildung führt.Furthermore, the spinning device shown in FIG. 2 has a delivery mechanism 17 between the preparation device 16 and the winding device 20. The delivery mechanism is formed by two driven rollers 18.1 and 18.2. The driven rollers are looped by the thread 12 S-shaped. Thus, the yarn 12 is withdrawn from the spinneret 2 by the delivery mechanism 17 and the winding device 20. The peripheral speed of the rollers 18.1 and 18.2 is greater than the winding speed. For a stress reduction in the thread between the delivery mechanism 17 and the winding device 20 is achieved. Thus, the thread can be wound up with a lower thread tension. The wrap on the rollers are fixed in this embodiment. However, it is also possible to perform the rollers 18.1 and 18.2 adjustable, so that different wrap angles are adjustable. The essential advantage of the additional delivery mechanism of the spinning device according to FIG. 2 is that the yarn tension variations occurring due to the traversing movement can propagate only up to the delivery mechanism. The withdrawal tension in the spinning zone remains unchanged, which leads to a uniform thread formation.

In Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Spinndüse 2 gezeigt, wie sie beispielsweise in der Spinnvorrichtung nach Fig. 1 oder Fig. 2 einsetzbar wäre. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Spinndüse 2 sind die Düsenbohrungen 33 in einer Bohrungsreihe 34 ringförmig angeordnet. Die Düsenbohrungen 33 sind in der Bohrungsreihe 34 jeweils mit gleichem Abstand zueinander in der Spinndüse 2 angebracht. Konzentrisch zu der Bohrungsreihe 34 sind weitere Düsenbohrungen in einer zweiten Bohrungsreihe 36 eingebracht. Die Düsenbohrungen 33 der beiden Bohrungsreihen 34 und 36 sind hierbei derart versetzt zueinander angeordnet, daß die Düsenbohrungen der innenliegenden Bohrungsreihe 36 jeweils zwischen zwei benachbarten Düsenbohrungen der außenliegenden Bohrungsreihe 34 angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Düsenbohrungen wird eine mittlere Einlaufzone 35 eingeschlossen, die keine Düsenbohrungen aufweist. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß bei Einsatz eines kegelstumpfförmigen Konfusors und eines kegelstumpfförmigen Diffusors ein Strömungsprofil im engsten Querschnitt erzeugt wird, der im wesentlichen gleichmäßig an jedem einzelnen Filament wirkt. Bekanntlich weist das Strömungsprofil eines durchflossenen kreisförmigen Körpers in der Mitte eine maximale Strömungsgeschwindigkeit auf, die zu den Randbereichen hin abfällt. Somit lassen sich durch die ringförmige Anordnung der Düsenbohrungen in der Spinndüse 2 die Filamente vorteilhaft in Zonen führen, in denen eine gleichmäßige vom Konfusor erzeugte Strömungsgeschwindigkeit vorliegt.FIG. 3 shows a top view of an exemplary embodiment of a spinneret 2, as could be used, for example, in the spinning device according to FIG. 1 or FIG. In this embodiment of the spinneret 2, the nozzle bores 33 are arranged annularly in a row of holes 34. The nozzle bores 33 are each mounted in the bore row 34 at the same distance from one another in the spinneret 2. Concentric to the row of holes 34 further nozzle holes are introduced in a second row of holes 36. The nozzle bores 33 of the two rows of holes 34 and 36 are in this case arranged offset from one another such that the nozzle holes of the inner row of holes 36 each between two adjacent nozzle holes of the outer hole row 34 are arranged. This arrangement of the nozzle bores encloses a central inlet zone 35 which has no nozzle bores. This design ensures that when using a frusto-conical confuser and a frusto-conical diffuser a flow profile is generated in the narrowest cross section, which acts substantially uniformly on each filament. As is known, the flow profile of a through-flowed circular body in the middle has a maximum flow velocity which drops towards the edge regions. Thus, by the annular arrangement of the nozzle bores in the spinneret 2, the filaments can advantageously lead to zones in which there is a uniform flow velocity generated by the confuser.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Kühlzylinders gezeigt, wie er beispielsweise in der Spinnvorrichtung nach Fig. 1 oder Fig. 2 einsetzbar wäre. Der Kühlzylinder 4 weist eine Wandung 7 auf, die als Lochblech mit zwei unterschiedlichen Lochungen 29 und 26 ausgebildet ist. In einer oberen Zone am Ende des Kühlzylinders, welches zur Spinndüse 2 gewandt ist, ist eine mit kleinem Durchmesser ausgebildete Lochung 29 eingebracht. Die Lochung führt in der oberen Zone zu einem schematisch angegebenen Einströmprofil 28. Das Einströmprofil 28, welches durch Pfeile symbolisiert ist, gibt ein Maß für die in den Kühlschacht 6 eintretende Luftmenge die Lochung 29 ist innerhalb der oberen Zone gleich. Damit erhöht sich die Luftmenge mit zunehmendem Abstand von der Spinndüse aufgrund der Unterdruckwirkung im Konfusor 9 und aufgrund der zunehmenden Filamentgeschwindigkeit.4, an embodiment of a cooling cylinder is shown, as it would be used for example in the spinning apparatus of FIG. 1 or FIG. The cooling cylinder 4 has a wall 7, which is formed as a perforated plate with two different perforations 29 and 26. In an upper zone at the end of the cooling cylinder, which faces the spinneret 2, a small diameter formed hole 29 is introduced. The perforation leads in the upper zone to a schematically indicated inflow profile 28. The inflow profile 28, which is symbolized by arrows, gives a measure of the amount of air entering the cooling shaft 6 the perforation 29 is equal within the upper zone. Thus, the amount of air increases with increasing distance from the spinneret due to the negative pressure effect in Konfusor 9 and due to the increasing filament speed.

In einer unteren Zone, die an dem zum Konfusor 9 gewandten Ende ausgebildet ist, besitzt die Wandung 7 eine Lochung 26 mit größerem Öffnungsquerschnitt. Wie durch das symbolisierte Einströmprofil 27 dargestellt, wird in der unteren Zone eine größere Luftmenge in den Spinnschacht 6 eintreten. Auch hierbei ist die Tendenz erkennbar, daß mit zunehmendem Abstand von der Spinndüse die einströmende Luftmenge zunimmt.In a lower zone, which is formed at the end facing Konfusor 9, the wall 7 has a perforation 26 with a larger opening cross-section. As represented by the symbolized inflow profile 27, a larger amount of air will enter the spin shaft 6 in the lower zone. Again, the tendency is seen that with increasing distance from the spinneret, the incoming air quantity increases.

Das in Fig. 4 gezeigte Einströmprofil über der Wandung des Kühlzylinders ist besonders geeignet, um eine langsame und geringe Vorkühlung der Filamente zu erhalten. Das führt insbesondere zu einem sehr gleichmäßigen Fadenquerschnitt. Damit ist es möglich, die Luftmenge auf die Wärmebehandlung der Filamente abzustimmen. Es kann vorteilhaft die Vorkühlung sowie die Ausbildung des Kühlstroms beeinflußt werden.The inflow profile shown in Fig. 4 over the wall of the cooling cylinder is particularly suitable to obtain a slow and low precooling of the filaments. This leads in particular to a very uniform thread cross section. This makes it possible to match the amount of air to the heat treatment of the filaments. It can be advantageous pre-cooling and the formation of the cooling flow can be influenced.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich HOY-Garne herstellen, die physikalische Eigenschaften aufweisen, die eine direkte Weiterverarbeitung zulassen. Somit werden Eigenschaften erreicht, die ansonsten nur den FDY-Garnen zugeschrieben sind. Typische Dehnungen und Festigkeiten von FDY-Garnen liegen bei ca. 30% und > 4 cN/dtex. Im Vergleich hierzu sind in Tabelle 1 zwei Garne aus Polyester angegeben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Hierbei wurde die Verfahrensvariante angewandt, wie sie aus der Anordnung der Spinnvorrichtung in Fig. 2 hervorgeht. Die Abzugsgeschwindigkeit war auf 7.500 m/min eingestellt. Zur Unterstützung der Fortbewegung der Filamente wurde im Konfusor eine Luftströmung erzeugt, die eine Geschwindigkeit von ca. 2.500 m/min erreichte. Trotz der hohen Abzugsgeschwindigkeiten wurden Festigkeiten erreicht, die deutlich über 4 cN/dtex lagen. Bei Fadentitern von 55 dtex und 83 dtex lagen die Dehnungen bei 34% und 30%. Beide Garne zeichneten sich insbesondere durch ein sehr gutes Modulverhältnis aus. Der Kochschrumpf war mit 3% bis 2,8% zufriedenstellend. In Fig. 5 ist ein Diagramm gezeigt, bei welchem die Festigkeit eines Polyesterfadens in Abhängigkeit von der Abzugsgeschwindigkeit aufgetragen ist. Es sind zwei Kurvenverläufe dargestellt, die mit den Kleinbuchstaben a und b gekennzeichnet sind, in beiden Fällen wurde ein Polyesterfaden mit einem Fadentiter von 83 dtex gesponnen. Die Festigkeitskurve mit der Kennzeichnung a gibt hierbei die Festigkeit eines Fadens an, der mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt wurde. Es ist dabei zu erkennen, daß kurz vor Erreichen der Abzugsgeschwindigkeit von 6.500 m/min die Festigkeit einbricht und mit zunehmender Abzugsgeschwindigkeit abfällt. An dem Abfall der Reißfestigkeit ist die Überlastung des Garns bei diesem Prozeß zu erkennen. Die Filamente des Fadens werden im Streckpunkt überlastet, weil hier ein schon zu hoch kristallisiertes und damit in seiner Struktur eingefrorenes Garn noch zu verstrecken ist. Somit treten bereits ab einer Geschwindigkeit von > 6.500 m/min bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren einzelne Filamentbrüche auf.The process according to the invention makes it possible to produce HOY yarns which have physical properties which permit direct further processing. Thus, properties are achieved that are otherwise attributed only to the FDY yarns. Typical strains and strengths of FDY yarns are about 30% and> 4 cN / dtex. In comparison, Table 1 shows two polyester yarns made by the process of this invention. Here, the method variant was applied, as is apparent from the arrangement of the spinning apparatus in Fig. 2. The take-off speed was set at 7,500 m / min. To support the movement of the filaments, an air flow was generated in the confuser, which reached a speed of about 2,500 m / min. Despite the high take-off speeds, strengths were achieved that were well above 4 cN / dtex. For filament tents of 55 dtex and 83 dtex, the elongations were 34% and 30%, respectively. Both yarns were characterized in particular by a very good module ratio. The boiling shrinkage was satisfactory at 3% to 2.8%. FIG. 5 shows a diagram in which the strength of a polyester thread is plotted as a function of the take-off speed. Two curves are shown, marked with the lower case letters a and b, in both cases a polyester thread with a yarn denier of 83 dtex was spun. The strength curve labeled a indicates the strength of a thread made by a method known in the art. It can be seen that just before reaching the take-off speed of 6,500 m / min, the strength collapses and decreases with increasing take-off speed. The drop in tear strength indicates the overload of the yarn in this process. The filaments of the thread are overloaded in the draw point, because here is an already too highly crystallized and thus frozen in its structure yarn is still stretched. Thus, even at a speed of> 6,500 m / min, single filament breaks occur in the methods known in the prior art.

Die Festigkeitskurve mit der Kennzeichnung b zeigt dabei den Verlauf der Festigkeit eines Polyesterfadens, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Es ist trotz der hohen Abzugsgeschwindigkeit eine stetige Steigerung der Festigkeit zu erkennen. Die Erfindung ermöglicht es somit, ein hoch orientiertes Garn mit größeren Abzugsgeschwindigkeiten herzustellen. Dabei bleibt die Spinnsicherheit, auch bei Abzugsgeschwindigkeiten von > 7.500 m/min, erhalten. Durch geeignete Maßnahmen können daher auch deutlich höhere Abzugsgeschwindigkeiten zur Herstellung eines hochorientierten Fadens erreicht werden.The strength curve labeled b shows the course of the strength of a polyester thread, which was prepared by the process according to the invention. Despite the high take-off speed, a steady increase in strength can be seen. The invention thus makes it possible to produce a highly oriented yarn with higher take-off speeds. At the same time, the spinning reliability is maintained, even at take-off speeds of> 7,500 m / min. By appropriate measures, therefore, significantly higher take-off speeds can be achieved for the production of a highly oriented thread.

Claims

A method for producing a highly oriented yarn (HOY) (12) from a thermoplastic material, wherein the thermoplastic material is melted and extruded to a plurality of strandlike filaments, wherein the filaments (5) are withdrawn under a withdrawal tension, drawn while being solidified , and cooled, wherein after their solidification the filaments (5) are combined to a yarn (12), and wherein for generating a withdrawal tension, the yarn (12) is withdrawn at a predetermined withdrawal speed and wound to a package (23), the withdrawal tension being generated by a withdrawal speed of at least about 6500 m/min, characterized in that the filaments before their solidification are guided through a constrictor (9) and assisted in their advance such that before their solidification no substantial additional tensile stress resulting from air friction forces act on the filaments (5) and that during solidification and drawing a reduced withdrawal tension is effective on the filaments (5).
Method of Claim 1, characterized in that after the extrusion the filaments (5) advance through a cooling medium, and that directly before the solidification of the filaments (5) a cooling medium stream is generated that assists the movements of the filaments.
Method of Claim 2, characterized in that the cooling medium stream has a flow velocity that is substantially the same as the advancing speed of the filaments (5) before their solidification.
Method of Claim 2, characterized in that the cooling medium stream has a flow velocity that is greater than the advancing speed of the filaments (5) before their solidification.
Method according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the constrictor (9) has its most narrow cross section at an outlet end thereof and is connected with the outlet end to a diffuser (10) to which a vacuum is applied for generating the cooling medium stream.
Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the filaments (5) after their extrusion and before their solidification advance through a cooling shaft (6) that connects to the ambient air through an air permeable cylindrical wall (7).
Method according to one of the preceding Claims, characterized in that directly after their extrusion, the filaments advance through a heating zone, in which an amount of heat is supplied to the filaments (5).
Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the withdrawal tension is generated by a takeup device (20) with the withdrawal speed being predetermined by a winding speed.
Method as defined in one of Claims 1 to 8, characterized in that the withdrawal tension is generated by a feed system arranged in the yarn path upstream of the takeup device (20), whereby the withdrawal speed of the feed system (17) is greater than the winding speed of the takeup device (20).
Method of Claim 9, characterized in that the feed system (17) comprises two rolls (18; 18.1, 18.2) that are looped by the advancing yarn in S-shape or Z-shape.
Spinning apparatus for melt spinning a highly oriented yarn (HOY) from a thermoplastic melt, with a spinneret (2) that comprises on its underside a plurality of nozzle bores for extruding a plurality of filaments (5), with a cooling device, with a lubrication device (16) for combining the filaments to a yarn, and with a takeup device (20), characterized in that the cooling device comprises a constrictor (9), through which the filaments advance, and a diffuser arranged at the outlet end of the constrictor, and that the constrictor and the diffuser (10) have each a flow cross section that varies in direction of the advancing yarn, so that a narrowest cross section is present in a connecting seam (8) between the constrictor (9) and the diffuser (10), such that before their solidification no substantial additional tensile stress resulting from air friction forces act on the filaments (5).
Spinning apparatus of claim 11, characterized in that between constrictor (9) and spinneret (2), a cooling cylinder (4) extends with an air-permeable wall (7) enclosing the filaments (5).
Spinning apparatus of claim 11 or 12, characterized in that the diffuser (10) connects to a vacuum generator (15).
Spinning apparatus of claim 14, characterized in that the diffuser (10) connects at its outlet end to an air-permeable screen cylinder (30), which surrounds the filaments (5) within a vacuum chamber (11), and which provides a connection between the vacuum generator (15) connecting to vacuum chamber (11) and the diffuser (10).
Spinning apparatus of one of claims 11 to 14, characterized in that the constrictor (9) has in its narrowest cross section a diameter from at least 10 mm to at most 40 mm.
Spinning apparatus of one of claims 11 to 15, characterized in that the constrictor (9) and the diffuser (10) are each made frustoconical, the angle of cone of the constrictor (9) being greater than the angle of cone of the diffuser (10).
Spinning apparatus of one of claims 12 to 16, characterized in that the cooling cylinder (4) is subdivided in the direction of the advancing yarn into several zones, each Zone having a different gas permeability of wall (7).
Spinning apparatus of one of claims 11 to 17, characterized in that the nozzle bores (33) of the spinneret are arranged in one or more annular lines of bores (34, 36), the bores (33) of one line of bores being equally spaced from one another.
Spinning apparatus of one of claims 11 to 18, characterized in that a feed system (17) is arranged in the yarn path between the diffuser (10) and the takeup device (20).
Spinning apparatus of claim 19, characterized in that the feed System (17) comprises two rolls (18.1, 18.2), that at least one of the rolls (18.1, 18.2) can be driven, and that the rolls (18.1, 18.2) are arranged relative to each other in the yarn path such that they are partially looped by the yarn.
Spinning apparatus of one of claims 11 to 20, characterized in that a heating device (31) for thermally treating the filaments (5) is arranged between the spinneret (2) and the cooling cylinder (4).