WO2001048279A2 - Verfahren zum spinnstrecken von polymeren - Google Patents

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WO2001048279A2
WO2001048279A2 PCT/EP2000/012473 EP0012473W WO0148279A2 WO 2001048279 A2 WO2001048279 A2 WO 2001048279A2 EP 0012473 W EP0012473 W EP 0012473W WO 0148279 A2 WO0148279 A2 WO 0148279A2
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stretching
threads
stretch
polyamide
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Wolfgang Peschke
Eberhard Ruf
Diederich Schilo
Thomas Zang
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Acordis Industrial Fibers Gmbh
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/60—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyamides
    • 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
    • D01D5/12—Stretch-spinning methods
    • D01D5/16—Stretch-spinning methods using rollers, or like mechanical devices, e.g. snubbing pins

Definitions

  • the invention relates to a process for the simultaneous spinning of one or more high-performance yarns, comprising the steps in which a) a melt of polymer is fed to a spinning device, b) the melt is extruded through a spinneret with a plurality of extrusion openings to form threads, c) the Threads are passed through a blowing zone, d) the threads are passed through a chute, e) the threads are pretensioned between a delivery godet and a first stretch godet, f) the threads are then stretched between the first stretch godet and a second stretch godet, g) the Threads are relaxed between the second stretch godet and a relaxation godet, h) the threads are wound up by means of a winder, the threads also being provided with a preparation during the process by means of a preparation unit.
  • a method for the simultaneous spinning of polyester yarns in which (a) a polyester melt is fed to a spinning device, (b) the melt is extruded by means of an extruding device with thread formation, (c) the formed filaments through an air column at a temperature between 200 and 450 ° C, (d) then passed through a cooling zone, (e) prepared, (f) the prepared filaments are passed over a delivery godet at a temperature below 50 ° C, (g) the filaments are then by a Steam from 482 to 580 ° C ejecting nozzle defining the draw point, (h) the filaments are passed over a pair of draw godets that are at a temperature between 170 and 237 ° C, (i) the filaments over a relax godet system , which is at a temperature between 60 and 230 ° C, and finally wound at a tension between 0.06 and 1 g per denier.
  • polyester yarns are obtained by this process, which have a low shrinkage in a one-step process with good dimensional stability. These polyester yarns are particularly suitable for the manufacture of tires and other industrial yarn products such as Seat belts or assembly lines. It is taught in the patent that the results are achieved according to the invention by increasing the steam temperature during the drawing process (see in particular Examples 2 to 8 of US 4,349,501), which is said to lead to increased crystallization of the polyester yarns and thus to the advantages described without the need for a winding step between spinning and stretching or for subsequent cost-intensive steps, such as Tempering the yarn.
  • the object of the invention is achieved by a method for the simultaneous spinning of one or more high-performance yarns, as described in the preamble of claim 1, which is characterized in that polyamide yarns are produced, that the drawing takes place essentially in a dry atmosphere and that as the first drawing godet a godet with an arithmetic mean of its surface roughness Ra of at least 0.2 ⁇ m is used.
  • an essentially dry atmosphere is present when only the equilibrium moisture content customary at the respective process temperature is present in the atmosphere during the stretching.
  • this is a process in which the stretching is carried out in an atmosphere of a relative atmospheric humidity of not more than 65%, preferably between 55 and 65%, measured at a temperature of 20 +/- 2 ° C.
  • practically all spinnable polyamides can be processed into the corresponding polyamide yarns.
  • Polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 4.6, their copolymers and mixtures of these polymers are particularly suitable as polyamides for the process according to the invention.
  • the roughness of the godet surfaces plays a decisive role in the method according to the invention.
  • the measurement of surface roughness per se is known to the person skilled in the art.
  • the arithmetic mean value of the surface roughness Ra (also the mean roughness Ra) used in the context of the invention is the arithmetic mean of the amounts of all profile values of the roughness profile and is defined in accordance with DIN 4768 or ISO 4287/1 or is accessible by measurement.
  • a godet with an arithmetic mean value of its surface roughness Ra of at most 6 ⁇ m is used as the first stretch godet.
  • a godet is used as the first stretch godet, in which the arithmetic mean of its surface roughness Ra, which satisfies the condition: 0.5 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 3.0 ⁇ m, more preferably 0, 8 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 2 ⁇ m, fulfilled. Due to the surface roughness of the first stretch godet according to the invention, the prestressing and stretching can be done. which are carried out using this godet set and vary widely. In the method on which the invention is based, it is preferred if the stretching ratio for the pretension between the delivery godet and the first stretching godet is between 1: 1.01 to 1: 1.15, preferably 1: 1.03 to 1: 1.1, is set.
  • a stretching ratio during the relaxation between the second stretching godet and the relaxing godet is in the range from 1: 0.85 to 1: 1, preferably around 1: 0 , 9 to 1: 0.99.
  • the first stretch godet is preferably set to a temperature between 30 and 120 ° C.
  • the temperature of the first stretching godet that is most favorable for the stretching process is of course dependent on the titer, the reference points and examples being the the following values may apply: 110 dtex about 55 ° C, 235 dtex about 65 ° C, 350 dtex about 75 ° C and 470 dtex about 75 ° C.
  • the second stretch godet should preferably be brought to a temperature above 160 ° C, more preferably to temperatures above 200 ° C.
  • the melting point of the polymers used is regarded as the upper limit in the process.
  • the relaxation godet should preferably have a temperature between room temperature and 150 ° C. This temperature range depends, among other things, on the temperature at which the second stretch godet is in the process. Heating the relaxation godet has an advantageous effect on process stability.
  • the spin-stretching device described above is generally excellently suited for the production of polyamide yarns with the desired properties in terms of strength and elongation.
  • the additional heating element is located between the first godet and the second godet.
  • Such heating elements come e.g. used as a heating plate, heating rail or as a heating pin and are known per se to the person skilled in the art.
  • winding At the end of the spin stretching process, there is a winding.
  • this For the winding speed, it is preferred if this is set between 1000 and 2500 m / min. As a rule, all commercially available winders that enable this speed can be considered. Automatic winders, in particular those with a turret, have proven successful for the claimed process. Such winding devices are known to the person skilled in the art.
  • the winding of the yarns can of course begin immediately after leaving the relaxation godet. It has nevertheless proven to be advantageous if the threads are wound up at the earliest 0.024 s, preferably only 0.024 to 0.3 s, after leaving the relaxation godet. If the rewinder only then starts, the process proves to be significantly more stable, which has a favorable effect on operational safety.
  • the surface roughness of the first stretch godet is of crucial importance.
  • the roughness of the other godets present in the process are generally not critical. It has nevertheless been shown that there is also a favorable range of surface roughness for the other godets. It is therefore advantageous if godets are used as delivery godets, second stretch godets and relaxation godets, in which the arithmetic mean values of their surface roughness Ra meet the condition 0.5 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 3 ⁇ m.
  • the godets used in the context of the invention are individual godets, they are usually provided with so-called overflow rollers or laying rollers in accordance with their intended use.
  • the godets are wrapped with the yarn, usually several times (eg six times).
  • a stretching roller duo is used instead of the second stretching godet and the corresponding overflow roller.
  • the drawing roller duo serves the same purpose as the second drawing godet and in particular also has the same properties, for example with regard to the preferred godet temperature or the surface properties.
  • the stretching roller duo with the yarns, usually wrapped several times is wrapped around. In this case, the drawing in the process according to the invention therefore takes place between the first drawing godet and the drawing roller duo.
  • the yarns in the process according to the invention are provided with a preparation.
  • a preparation is applied during the process by using a conventional preparation unit, for example a preparation roller or nozzle, during the yarn path. It is advantageous if the preparation unit is inserted between the chute and the delivery godet. In this case, the preparation order is only placed after leaving the chute. However, it can also be advantageous if the preparation unit is inserted between the blowing zone and the chute. In this case, the preparation is applied immediately after the blowing.
  • the person skilled in the art can choose between the two named arrangements depending on the desired properties of the yarns to be obtained.
  • the yarns are also tangled in the course of the process. Tangein, i.e. the intermingling and introduction of thread closure into the threads, can optionally take place at different locations in the process. You can also fish several times.
  • a tangle unit is used between the chute and the delivery godet or between the preparation unit and the delivery godet. Furthermore, it is in principle possible and possibly desirable to use a tangle unit alone or additionally between the second extension godet and the relaxation godet. Finally, it has also proven to be advantageous if a tangle unit is used alone or additionally between the relaxation godet and the winder. The person skilled in the art can easily select the position or positions of the tangle unit (s) that are ultimately most suitable for carrying out the process by simple routine tests.
  • the thread data of the polyamide threads obtainable by means of the claimed method can in principle be set within wide limits. For many uses it has however, it has proven useful to carry out the process steps in such a way that the polyamide threads obtained have a fibril titer of 1.0 to 7 dtex. It is also advantageous if the polyamide threads obtained have a strength between 40 and 100 cN / tex.
  • the preferred range of the polyamide threads obtained is between 10 and 40%.
  • the polyamide yarns obtained are excellently suitable for the production of all types of fabrics, but in particular of airbag fabrics.
  • the invention is therefore also directed to flat structures, in particular airbag fabrics, which contain polyamide threads which can be produced by the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a device suitable for carrying out the method according to the invention.
  • Fig. 2 shows another device suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the polymer is first dried in a dryer 1 to the desired residual moisture.
  • the dried polymer chips are melted in an extruder 2 and the melt is passed to a spinning block 4 with the aid of a spinning pump 3 and extruded into threads 6 through a spinneret 5.
  • the threads are cooled in a blowing zone 7 by a gas flow, for example air (flow direction shown by an arrow in the figure) and then passed through a chute 8.
  • a preparation from the preparation unit 9 is then applied.
  • the threads are prestressed between the delivery godet 10 and the first stretch godet 11 and then between the first stretch godet 11 and a draw roller duo 12 as the second Stretching godet brought to the desired stretching ratio.
  • the threads are heated by the heating plate 16 as a heating element.
  • the threads are relaxed between the drawing roller duo 12 and the relaxation godet 13 and then tangled by means of a tangle unit 14. Finally, the reel 15 is wound up.
  • FIG. 2 shows the same structure as FIG. 1 with the difference that there is no additional heating element between the first stretch godet 11 and the stretch roller duo 12.
  • the moisture content of the granules was determined by heating a sample in vacuo to 200 ° C. and reading the vapor pressure that was established. The moisture content of the granules can be determined using a calibration curve.
  • the relative solution viscosity was measured in a standard Ubbelohde viscometer, a solution having previously been prepared from 250 mg of polyamide in 30 g of formic acid. The measurement was carried out at 25 ° C. On the one hand the throughput time of the solution and on the other hand the throughput time of the solvent are measured in the same viscometer, from which the relative viscosity is calculated as the ratio of the two throughput times.
  • the preparation is carried out by extracting the yarn using petroleum ether (boiling range 50 to 70 ° C) in a Soxhlet apparatus and weighing the extract.
  • the values for Uster CV 100 were determined by a Uster tester UT-4-CX / A as values for the titre uniformity. The measurement was carried out at 20 ° C and 65% rel. Humidity carried out. The test speed was 100 m / min at 2.5 min.
  • the opening length is measured using the R-2070 A entanglement tester from Rothschild. The test is carried out at 20 ° C and 65% rel. Moisture carried out. In the tested titer range, the preload is 10 cN and the trigger force of the needle (triplevel) is between 30 and 80 cN.
  • the process according to the invention results in yarns which are distinguished by high strength and low elongation, and consequently a single-stage spin-stretching process is made available which is suitable for polyamides.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Spinnstrecken eines oder mehrerer hochleistungsfähiger Garne umfassend die Schritte, bei denen a) eine Schmelze von Polymer einer Spinneinrichtung zugeführt wird, b) die Schmelze durch eine Spinndüse (5) mit mehreren Extrudieröffnungen unter Bildung von Fäden (6) extrudiert wird, c) die Fäden (6) durch eine Anblaszone (7) geleitet werden, d) die Fäden (6) durch einen fallschacht (8) geführt werden, e) die Fäden (6) zwischen einer Liefergalette (10) und einer ersten Streckgalette vorgespannt werden, f) die Fäden anschließend zwischen der ersten Streckgalette (11) und einer zweiten Streckgalette verstreckt werden, g) die Fäden (6) zwischen der zweiten Streckgalette (12) und einer Relaxiergalette (13) relaxiert werden, h) die Fäden (6) mittels eines Wicklers (15) aufgewickelt werden, wobei die Fäden (6) außerdem während des Verfahrens mittels einer Präparationseinheit (9) mit einer Präparation versehen werden, das sich dadurch auszeichnet, dass Polyamidgarne hergestellt werden, dass die Verstreckung im wesentlichen in trockener Atmosphäre erfolgt und dass als erste Streckgalette (11) eine Galette mit einem arithmetischen Mittelwert ihrer Oberflächenrauhigkeit Ra von mindestens 0, 2 νm eingesetzt wird.

Description

Verfahren zum Spinnstrecken von Polymeren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Spinnstrecken eines oder mehrerer hochleistungsfähiger Garne umfassend die Schritte, bei denen a) eine Schmelze von Polymer einer Spinneinrichtung zugeführt wird, b) die Schmelze durch eine Spinndüse mit mehreren Extrudieroffnungen unter Bildung von Fäden extrudiert wird, c) die Fäden durch eine Anblaszone geleitet werden, d) die Fäden durch einen Fallschacht geführt werden, e) die Fäden zwischen einer Liefergalette und einer ersten Streckgalette vorgespannt werden, f) die Fäden anschließend zwischen der ersten Streckgalette und einer zweiten Streckgalette verstreckt werden, g) die Fäden zwischen der zweiten Streckgalette und einer Relaxiergalette relaxiert werden, h) die Fäden mittels eines Wicklers aufgewickelt werden, wobei die Fäden außerdem während des Verfahrens mittels einer Präparationseinheit mit einer Präparation versehen werden.
Ein derartiges Verfahren ist aus der US 4,349,501 bekannt. In dieser Schrift wird ein Verfahren zum gleichzeitigen Spinnstrecken von Polyestergarnen offenbart, bei dem (a) eine Polyesterschmelze einer Spinneinrichtung zugeführt wird, (b) die Schmelze mittels einer Extrudiereinrichtung unter Fadenbildung extrudiert wird, (c) die gebildeten Filamente durch eine Luftsäule mit einer Temperatur zwischen 200 und 450 °C geführt werden, (d) anschließend durch eine Abkühlzone geführt werden, (e) präpariert werden, (f) die präparierten Filamente über eine Liefergalette bei einer Temperatur unter 50 °C geführt werden, (g) die Filamente anschließend durch eine Wasserdampf von 482 bis 580 °C ausstoßende den Streckpunkt festlegende Düse geleitet werden, (h) die Filamente über ein Paar von Streckgaletten, die sich auf einer Temperatur zwischen 170 und 237 °C befinden, geführt werden, (i) die Filamente über ein Relaxiergalettensystem, das sich auf einer Temperatur zwischen 60 und 230 °C befindet, geleitet und schließlich bei einer Spannung zwischen 0,06 und 1 g pro Denier aufgewickelt werden.
Gemäß U.S. 4,349,501 werden durch dieses Verfahren Polyestergarne erhalten, die in einem einstufigen Prozess bei guter Dimensionsstabilität einen geringen Schrumpf aufweisen. Diese Polyestergarne eignen sich besonders gut für die Herstellung von Reifen und anderen industriellen Garnprodukten, wie z.B. Sicherheitsgurte oder Fließbänder. Es wird in der Patentschrift gelehrt, dass die Ergebnisse erfindungsgemäß durch die Erhöhung der Dampftemperatur beim Streckvorgang erreicht werden (siehe insbesondere die Beispiele 2 bis 8 der US 4,349,501 ), was zu einer erhöhten Kristallisation der Polyestergarne und damit zu den beschriebenen Vorteilen führen soll, ohne die Notwendigkeit eines Aufwickelschrittes zwischen Spinnung und Strek- kung oder von anschließenden kostenintensiven Schritten, wie z.B. Tempern der Garne.
Während das in der U.S. 4,349,501 beschriebene Verfahren mit Polyestergarnen zu brauchbaren Ergebnissen führt, kommt es beim Einsatz anderer faserbildender Polymere zu Problemen. Werden z.B. Polyamide dem in der US Patentschrift beschriebenen Verfahren unterzogen, so lassen sich stets nicht solche Festigkeitsund/oder Dehnungswerte erreichen, wie sie aus den entsprechenden Zweistufenverfahren, bei denen Spinnung und Streckung in separaten Schritten durchgeführt werden, bekannt sind. Dieses trifft insbesondere dann zu, wenn versucht wird, auf diese Weise Polyamidgarne mit relativ feinen Titern, also z.B. unter 500 dtex, und hohen Festigkeiten zu erhalten. Das in der US Patentschrift beschriebene Verfahren erweist sich daher als wenig geeignet für von andere Polymere als Polyester und folgerichtig werden in der U.S 4,349,501 auch nur Polyester erwähnt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das in dem Stand der Technik für Polyester beschriebene einstufige Spinnstreckverfahren geeignet zu machen für Polyamide.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zum gleichzeitigen Spinnstrecken eines oder mehrerer hochleistungsfähiger Garne, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, gelöst, das sich dadurch auszeichnet, dass Polyamidgarne hergestellt werden, dass die Verstreckung im wesentlichen in trockener Atmosphäre erfolgt und dass als erste Streckgalette eine Galette mit einem arithmetischen Mittelwert ihrer Oberflächenrauhigkeit Ra von mindestens 0,2 μm eingesetzt wird.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, den lediglich für Polyester geeigneten Spinnstreckprozess aus dem Stand der Technik für Polyamid geeignet zu machen, wobei sich besonders vorteilhaft auch hochfeste Polyamidgarne mit feineren Titern erhalten lassen.
Es war insbesondere dem Stand der Technik kein Hinweis zu entnehmen, dass gerade die erfindungsgemäße Einstellung der Oberflächenrauheit der Streckgalette den Prozess auf das Spinnstrecken von Polyamidgarnen übertragbar machen lässt.
Erfindungsgemäß liegt eine im wesentlichen trockene Atmosphäre dann vor, wenn bei der Verstreckung lediglich die bei der jeweiligen Prozesstemperatur übliche Gleichgewichtsfeuchte in der Atmosphäre vorliegt. In aller Regel handelt es sich dabei um ein Verfahren, bei dem die Verstreckung in einer Atmosphäre von einer relativen Luftfeuchtigkeit nicht über 65 %, bevorzugt zwischen 55 und 65 %, gemessen bei einer Temperatur von 20 +/- 2 °C, erfolgt. Insbesondere erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren keine Wasserdampfbehandlung der Garne während des Streckprozesses. Mittels eines solchen Spinnstreckverfahrens lassen sich praktisch alle spinnbaren Polyamide zu den entsprechenden Polyamidgarnen verarbeiten. Insbesondere sind als Polyamide für das erfindungsgemäße Verfahren Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 4.6, deren Copolymere sowie Mischungen aus diesen Polymeren bestens geeignet.
Im erfindungsgemäßen Verfahren spielt die Rauheit der Galettenoberflächen, insbesondere die Rauheit der ersten Streckgalette eine entscheidende Rolle. Das Messen von Oberflächenrauheiten an sich ist der Fachperson bekannt. Der im Rahmen der Erfindung benutzte arithmetische Mittelwert der Oberflächenrauhigkeit Ra (auch Mittenrauhwert Ra) ist der arithmetische Mittelwert der Beträge aller Profilwerte des Rauheitsprofils und ist gemäß DIN 4768 bzw. ISO 4287/1 definiert bzw. messtechnisch zugänglich.
Ein geeignetes Gerät für die Messung des Mittenrauhwertes ist beispielsweise das Perthometers S5P der Fa. Mahr, Göttingen (Taststrecke = 1 ,5 mm, Cutoff Wellenlänge = 0,25 mm).
Galetten mit definierter Rauheit sind handelsüblich erhältlich. Die Begriffe Rauheit und Rauhigkeit werden im Rahmen dieser Beschreibung gleichbedeutend verwendet.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, wenn als erste Streckgalette eine Galette mit einem arithmetischen Mittelwert ihrer Oberflächenrauhigkeit Ra von höchstens 6 μm eingesetzt wird.
Für die meisten Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es von Vorteil, wenn als erste Streckgalette eine Galette eingesetzt wird, bei der der arithmetische Mittelwert ihrer Oberflächenrauhigkeit Ra, der die Bedingung: 0,5 μm < Ra < 3,0 μm, noch bevorzugter 0,8 μm < Ra < 2 μm, erfüllt. Durch die erfindungsgemäße Oberflächenrauheit der ersten Streckgalette lassen sich die Vorspannungen und Verstreckungen. die mittels Einsatz dieser Galette durchgeführt werden in weitem Rahmen einstellen und variieren. Bei dem der Erfindung zugrundeliegenden Verfahren ist es bevorzugt, wenn das Streckverhältnis bei der Vorspannung zwischen der Liefergalette und der ersten Streckgalette zwischen 1 :1 ,01 bis 1 :1 ,15, bevorzugt bei 1 :1 ,03 bis 1 :1 ,1 , eingestellt wird.
Hinsichtlich der Verstreckung zwischen der ersten Streckgalette und der zweiten Streckgalette ist es bevorzugt, wenn ein Streckverhältnis zwischen 1 :3,5 bis 1 :6, bevorzugt 1 :4 bis 1 :5, eingestellt wird.
Die so verstreckten Garne werden anschließend relaxiert. Bei diesem Relaxierschritt, der auf die Verstreckung folgt, hat es sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, wenn ein Streckverhältnis bei der Relaxierung zwischen der zweiten Streckgalette und der Relaxiergalette im Bereich von 1 :0,85 bis 1 :1 , bevorzugt bei etwa 1 :0,9 bis 1:0,99, eingestellt wird.
Die einzelnen Galetten, die während des erfindungsgemäßen Spinnstreckprozesses zum Einsatz kommen, werden auf eine ihrer Funktion entsprechende Temperatur gebracht. Obwohl es prinzipiell für den Fachmann problemlos möglich ist, durch einfache Versuche, die für die entsprechenden Erfordernisse, z.B. hinsichtlich eingesetztem Polymer oder Titer, günstigsten Temperaturen herauszufinden, sollen die für die Durchführung des beanspruchten Verfahrens vorteilhaften Ausgestaltungen nachfolgend beschrieben werden.
So hat es sich hinsichtlich der Liefergalette als vorteilhaft erwiesen, wenn diese un- beheizt eingesetzt wird.
Die erste Streckgalette wird vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 30 und 120 °C eingestellt. Die für den Streckprozess günstigste Temperatur der ersten Streckgalette ist natürlich titerabhängig, wobei als Anhaltspunkte und Beispiele die folgenden Werte gelten mögen: 110 dtex etwa 55 °C, 235 dtex etwa 65 °C, 350 dtex etwa 75 °C und 470 dtex etwa 75 °C.
Die zweite Streckgalette sollte vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb von 160 °C gebracht werden, noch bevorzugter auf Temperaturen über 200 °C. Als Obergrenze im Verfahren wird die Schmelztemperatur der eingesetzten Polymere angesehen.
Die Relaxiergalette schließlich sollte bevorzugt eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 150 °C aufweisen. Dieser Temperaturbereich ist unter anderem davon abhängig, auf welcher Temperatur sich die zweite Streckgalette im Verfahren befindet. Eine Beheizung der Relaxiergalette wirkt sich vorteilhaft auf die Prozessstabilität aus.
Die oben beschriebene Spinnstreckvorrichtung ist in aller Regel hervorragend geeignet zur Herstellung von Polyamidgarnen mit den gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Dehnung . Es kann jedoch in manchen Fällen, insbesondere, wenn es auf das Erreichen sehr hoher Festigkeit ankommt, sinnvoll sein, in den Garnweg noch ein zusätzliches Heizelement aufzunehmen. Als besonders geeignet hat es sich in solchen Fällen erwiesen, wenn sich das zusätzliche Heizelement zwischen der ersten Streckgalette und der zweiten Streckgalette befindet. Solche Heizelemente kommen z.B. als Heizplatte, Heizschiene oder auch als Heizstift zum Einsatz und sind dem Fachmann an sich bekannt. Im erfindungsgemäßen Verfahren haben sich dabei Temperaturen des Heizelementes im Bereich von 100 bis 240 °C, vorzugsweise etwa von 150 bis 200 °C, gut bewährt.
Am Ende des Spinnstreckverfahrens erfolgt eine Aufwicklung. Für die Aufwickelgeschwindigkeit ist es bevorzugt, wenn diese zwischen 1000 und 2500 m/min eingestellt wird. Hierfür kommen in der Regel alle handelsüblichen Wickler in Betracht, die diese Geschwindigkeit ermöglichen. Für das beanspruchte Verfahren bewährt haben sich automatische Wickler, insbesondere solche mit Revolverkopf. Derartige Aufwik- kelvorrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Die Aufwicklung der Garne kann selbstverständlich bereits unmittelbar nach dem Verlassen der Relaxiergalette beginnen. Es hat sich gleichwohl als vorteilhaft erwiesen, wenn die Fäden erst frühestens 0,024 s, bevorzugt erst 0,024 bis 0,3 s, nach dem Verlassen der Relaxiergalette aufgewickelt werden. Setzt die Aufwicklung erst dann ein, erweist sich das Verfahren als deutlich stabiler, was sich günstig auf die Betriebssicherheit auswirkt.
Im Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Oberflächenrauheit der ersten Streckgalette von entscheidender Bedeutung. Die Rauheiten der anderen im Verfahren vorhandenen Galetten sind im allgemeinen unkritisch. Es hat sich dennoch gezeigt, dass auch für die übrigen Galetten ein günstiger Bereich der Oberflächenrauheiten existiert. So ist es vorteilhaft, wenn als Liefergalette, zweite Streckgalette und Relaxiergalette jeweils Galetten eingesetzt werden, bei denen die arithmetischen Mittelwerte ihrer Oberflächenrauhigkeit Ra die Bedingung 0,5 μm < Ra < 3 μm erfüllen.
Handelt es sich bei den im Rahmen der Erfindung eingesetzten Galetten um einzelne Galetten, so sind diese gewöhnlich gemäß ihres bestimmungsgemäßen Einsatzes mit sogenannten Überlaufrollen oder Verlegerollen versehen. Die Galetten sind mit den Garnen, in der Regel mehrfach (z.B. sechsfach), umschlungen. Für bestimmte Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn anstelle der zweiten Streckgalette und der entsprechenden Überlaufrolle ein Streckrollenduo eingesetzt wird. Das Streckrollenduo erfüllt den gleichen Zweck wie die zweite Streckgalette und weist insbesondere auch die gleichen Eigenschaften auf, z.B. hinsichtlich der bevorzugten Galettentemperatur oder der Oberflächeneigenschaften. Selbstverständlich ist auch das Streckrollenduo mit den Garnen, in der Regel mehrfach, umschlungen. Die Verstreckung im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in diesem Fall also zwischen der ersten Streckgalette und dem Streckrollenduo. Die Garne im erfindungsgemäßen Verfahren werden mit einer Präparation versehen. Bevorzugt wird die Verwendung von nicht-wässrigen Präparationen, wie z.B. ben- zinöse Präparationen oder auch sogenannte Neatöle. Das Aufbringen der Präparation während des Verfahrens erfolgt mittels Einsatz einer üblichen Präparationseinheit, also z.B. einer Präparationswalze oder -düse, während des Garnweges. Es ist günstig, wenn die Präparationseinheit zwischen Fallschacht und Liefergalette eingesetzt wird. In diesem Fall erfolgt der Präparationsauftrag erst nach Verlassen des Fallschachtes. Vorteilhaft kann es jedoch auch sein, wenn die Präparationseinheit zwischen Anblaszone und Fallschacht eingesetzt wird. In diesem Fall erfolgt der Präparationsauftrag also schon unmittelbar nach der Anblasung. Der Fachmann kann zwischen den beiden genannten Anordnungen je nach gewünschten Eigenschaften der zu erhaltenen Garne wählen.
In der Regel werden die Garne im Verlaufe des Verfahrens auch getangelt. Das Tangein, also das Verwirbeln und Einbringen von Fadenschluss in die Fäden, kann wahlweise an unterschiedlichen Orten im Prozess erfolgen. Es kann auch mehrfach getangelt werden.
So kann es sich z.B. - abhängig von den gewünschten Garnparametern - als günstig erweisen, wenn eine Tangleeinheit zwischen Fallschacht und Liefergalette bzw. zwischen Präparationseinheit und Liefergalette eingesetzt wird. Weiterhin ist es prinzipiell möglich und ggf. erwünscht, eine Tangleeinheit allein oder zusätzlich zwischen der zweiten Streckgalette und der Relaxiergalette einzusetzen. Schließlich hat es sich ebenfalls als günstig erwiesen, wenn eine Tangleeinheit allein oder zusätzlich zwischen der Relaxiergalette und dem Wickler eingesetzt wird. Die Auswahl der letztendlich für die Verfahrensdurchführung am besten geeigneten Position oder Positionen der Tangleeinheit(en) kann der Fachmann durch einfache Routineversuche leicht treffen.
Die Gamdaten der mittels des beanspruchten Verfahrens erhältlichen Polyamidfäden sind prinzipiell in weiten Grenzen einstellbar. Für viele Anwendungszwecke hat es sich jedoch bewährt, dass man die Verfahrensschritte derart durchführt, dass die erhaltenen Polyamidfäden einen Fibrillentiter von 1 ,0 bis 7 dtex aufweisen. Weiterhin ist es günstig, wenn die erhaltenen Polyamidfäden eine Festigkeit zwischen 40 und 100 cN/tex aufweisen.
Hinsichtlich der Dehnung schließlich liegt der bevorzugte Bereich der erhaltenen Polyamidfäden zwischen 10 und 40 %.
Die erhaltenen Polyamidgarne eignen sich vortrefflich zur Herstellung von Flächengebilden jeglicher Art, insbesondere aber von Airbaggeweben.
Die Erfindung ist daher auch auf Flächengebilde, insbesondere Airbaggewebe, gerichtet, die Polyamidfäden enthalten, welche herstellbar sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der beiden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Fig. 2 eine weitere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung.
In dem durch die Fig. 1 dargestellten Verlauf wird das Polymer in einem Trockner 1 zunächst auf die gewünschte Restfeuchte getrocknet. Die getrockneten Polymerchips werden in einem Extruder 2 aufgeschmolzen und die Schmelze mit Hilfe einer Spinnpumpe 3 zu einem Spinnblock 4 geleitet und durch eine Spinndüse 5 zu Fäden 6 extrudiert. Die Fäden werden in einer Anblaszone 7 durch einen Gasstrom, beispielsweise Luft (Stromrichtung in der Figur durch einen Pfeil dargestellt) abgekühlt und dann durch einen Fallschacht 8 geleitet. Anschließend wird eine Präparation aus der Präparationseinheit 9 aufgebracht. Im weiteren Verlauf werden die Fäden zwischen der Liefergalette 10 und der ersten Streckgalette 11 vorgespannt und dann zwischen der ersten Streckgalette 11 und einem Streckrollenduo 12 als zweite Streckgalette auf das gewünschte Verstreckverhältnis gebracht. Während dieser Verstreckung werden die Fäden durch die Heizplatte 16 als Heizelement aufgeheizt. Die Fäden werden zwischen dem Streckrollenduo 12 und der Relaxiergalette 13 relaxiert und anschließend mittels einer Tangleeinheit 14 getangelt. Schließlich erfolgt die Aufwicklung auf den Wickler 15 .
Fig. 2 zeigt den gleichen Aufbau wie Fig. 1 mit dem Unterschied, dass sich kein zusätzliches Heizelement zwischen der ersten Streckgalette 11 und dem Streckrollenduo 12 befindet.
Das beschriebene Verfahren wird anhand der nachfolgenden erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8 sowie zweier Vergleichsbeispiele näher erläutert, wobei zunächst in einer Tabelle die wesentlichen Merkmale der Verfahrensbedingungen sowie die Eigenschaften der erhaltenen Garne zusammengestellt worden sind. Sämtliche Versuche wurden mit dem in Fig. 2 dargestellten Aufbau durchgeführt.
Zum Verständnis der Tabelle wird folgendes ausgeführt:
Der Feuchtigkeitsgehalt des Granulats wurde dadurch bestimmt, dass eine Probe im Vakuum auf 200 °C erhitzt und der sich einstellende Dampfdruck abgelesen wurde. Mittels einer Eichkurve kann der Feuchtigkeitsgehalt des Granulats bestimmt werden.
Die relative Lösungsviskosität wurde in einem Standard-Ubbelohde-Viskosimeter gemessen, wobei vorher eine Lösung aus 250 mg Polyamid in 30 g Ameisensäure hergestellt wurde. Die Messung erfolgte bei 25 °C. Gemessen wird zum einen die Durchlaufzeit der Lösung und zum anderen die Durchlaufzeit des Lösungsmittels im gleichen Viskosimeter, woraus sich die relative Viskosität als das Verhältnis der beiden Durchlaufzeiten berechnet.
Der Präparationsauftrag erfolgt über Extraktion der Garne mittels Petrolether (Siedebereich 50 bis 70 °C) in einer Soxhlet-Apparatur und Wägung des Extraktes. Die Werte für Uster CV 100 wurden durch einen Uster-Tester UT-4-CX/A als Werte für die Titergleichmäßigkeit bestimmt. Die Messung wurde bei 20 °C und 65 % rel. Luftfeuchte durchgeführt. Die Prüfgeschwindigkeit betrug 100 m/min bei 2,5 min.
Zur Messung des Heißluftschrumpfes (HL 190) werden Fadenstückchen von 1,50 m Länge abgenommen. In einem Abstand von 1 m werden auf diesen Fadenstückchen zwei Knoten angebracht. Anschließend werden die Fadenstückchen zu einem Röllchen zusammengelegt und etwa 30 Minuten relaxiert und dann der Abstand zwischen den Knoten gemessen. Dann erfolgt 15 Minuten lang eine Heißlufteinwirkung im Ofen bei 190 °C. Nach 30 Minuten Konditionierzeit im Normalklima bei 20 °C und 65 % rel. Feuchte wird der Abstand zwischen den zwei Knoten erneut gemessen. Die Änderung der Garnlänge wird auf den Ausgangswert bezogen.
Die Messung der Öffnungslänge erfolgt über den Entanglementtester R-2070 A der Firma Rothschild. Die Prüfung wird bei 20 °C und 65 % rel. Feuchte durchgeführt. Im geprüften Titerbereich beträgt die Vorspannung 10 cN und die Auslösekraft der Nadel (Triplevel) zwischen 30 und 80 cN.
Die Bestimmung der Festigkeiten und Dehnungen erfolgte durch Messung mit dem Statimat M der Fa. Textechno.
Wie aus der vorgehenden Tabelle zu ersehen ist, ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Garne, die sich durch hohe Festigkeiten und niedrige Dehnungen auszeichnen und es wird demzufolge ein einstufiges Spinnstreckverfahren zur Verfügung gestellt, das für Polyamide geeignet ist. Tabelle
t-
Figure imgf000014_0001
Fortsetzung 1 der Tabelle
Figure imgf000015_0001
Fortsetzung 2 der Tabelle
Figure imgf000016_0001
Fortsetzung 3 der Tabelle
Figure imgf000017_0001

Claims

Verfahren zum Spinnstrecken von PolymerenPatentansprüche:
1. Verfahren zum gleichzeitigen Spinnstrecken eines oder mehrerer hochleistungsfähiger Garne umfassend die Schritte, bei denen a) eine Schmelze von Polymer einer Spinneinrichtung zugeführt wird, b) die Schmelze durch eine Spinndüse mit mehreren Extrudieroffnungen unter Bildung von Fäden extrudiert wird, c) die Fäden durch eine Anblaszone geleitet werden, d) die Fäden durch einen Fallschacht geführt werden, e) die Fäden zwischen einer Liefergalette und einer ersten Streckgalette vorgespannt werden, f) die Fäden anschließend zwischen der ersten Streckgalette und einer zweiten Streckgalette verstreckt werden, g) die Fäden zwischen der zweiten Streckgalette und einer Relaxiergalette relaxiert werden, h) die Fäden mittels eines Wicklers aufgewickelt werden, wobei die Fäden außerdem während des Verfahrens mittels einer Präparationseinheit mit einer Präparation versehen werden, dadurch gekennzeichnet, dass Polyamidgarne hergestellt werden, dass die Verstreckung im wesentlichen in trockener Atmosphäre erfolgt und dass als erste Streckgalette eine Galette mit einem arithmetischen Mittelwert ihrer Oberflächenrauhigkeit Ra von mindestens 0,2 μm eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verstreckung in einer Atmosphäre mit einer relativen Luftfeuchtigkeit nicht über 65 %, bevorzugt 55 bis 65 %, gemessen bei einer Temperatur von 20 +/- 2 °C, erfolgt.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polymere Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 4.6, deren Copolymere sowie Mischungen aus diesen Polymeren einsetzt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Streckgalette eine Galette mit einem arithmetischen Mittelwert ihrer Oberflächenrauhigkeit Ra von höchstens 6 μm eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Streckgalette eine Galette eingesetzt wird, bei der der arithmetische Mittelwert ihrer Oberflächenrauhigkeit Ra die Bedingung 0,5 μm < Ra < 3 μm erfüllt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Streckgalette eine Galette eingesetzt wird, bei der der arithmetische Mittelwert ihrer Oberflächenrauhigkeit Ra die Bedingung 0,8 μm < Ra < 2 μm erfüllt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streckverhältnis bei der Vorspannung zwischen der Liefergalette und der ersten Streckgalette zwischen 1 :1 ,01 bis 1 :1 ,15 eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streckverhältnis bei der Verstreckung zwischen der ersten Streckgalette und der zweiten Streckgalette zwischen 1 :3,5 bis 1 :6 eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streckverhältnis bei der Relaxierung zwischen der zweiten Streckgalette und der Relaxiergalette im Bereich von 1 :0,85 bis 1:1 eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine unbeheizte Liefergalette eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der ersten Streckgalette zwischen 35 und 120 °C eingestellt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der zweiten Streckgalette auf oberhalb von 160 °C eingestellt wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Relaxiergalette zwischen Raumtemperatur und 150 °C eingestellt wird.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstreckung mit Hilfe eines Heizelementes durchgeführt wird, das sich zwischen der ersten Streckgalette und der zweiten Streckgalette befindet.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufwickelgeschwindigkeit zwischen 1000 und 2500 m/min eingestellt wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden erst frühestens 0,024 s, bevorzugt erst 0,024 bis 0,3 s, nach dem Verlassen der Relaxiergalette aufgewickelt werden.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Liefergalette, zweite Streckgalette und Relaxiergalette jeweils Galetten eingesetzt werden, bei denen die arithmetischen Mittelwerte ihrer Oberflächenrauhigkeiten Ra die Bedingung 0,5 μm < Ra ≤ 3 μm erfüllen.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Streckgalette ein Streckrollenduo eingesetzt wird.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Präparationseinheit zwischen Anblaszone und Fallschacht eingesetzt wird.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Präparationseinheit zwischen Fallschacht und Liefergalette eingesetzt wird.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangleeinheit zwischen Fallschacht und Liefergalette bzw. zwischen Präparationseinheit und Liefergalette eingesetzt wird.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangleeinheit zwischen der zweiten Streckgalette und der Relaxiergalette eingesetzt wird.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangleeinheit zwischen der Relaxiergalette und dem Wickler eingesetzt wird.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verfahrensschritte derart durchführt, dass die erhaltenen Polyamidfäden einen Fibrillentiter von 1 ,0 bis 7 dtex aufweisen.
25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verfahrensschritte derart durchführt, dass die erhaltenen Polyamidfäden eine Festigkeit zwischen 40 und 100 cN/tex aufweisen.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verfahrensschritte derart durchführt, dass die erhaltenen Polyamidfäden eine Dehnung zwischen 10 und 40 % aufweisen.
27. Flächengebilde, insbesondere Airbaggewebe, enthaltend Polyamidfäden, herstellbar nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26.
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