DD281821A5

DD281821A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines fadens grosser elementarfadenzahl bei kord- oder stapelfasrspinnprozessen

Info

Publication number: DD281821A5
Application number: DD32279688A
Authority: DD
Inventors: Roland Beyreuther; Harald Bruenig; Andreas Schoene; Dieter Kuprat; Lothar Nagler
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1988-12-08
Publication date: 1990-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Faeden groszer Elementarfadenzahl, bei dem eine entscheidende Erhoehung der Orientierungsgleichmaeszigkeit der einzelnen Elementarfaeden untereinander dadurch erreicht wird, dasz die aus der Spinnduese austretenden Elementarfaeden ueber eine Nachheizzone gefuehrt und unmittelbar danach von einem Querluftstrom mit deutlich erhoehter Stroemungsgeschwindigkeit angeblasen werden.{Faeden groszer Elementarfadenzahl; Schmelzspinnverfahren; Polyethylenterephthalat; Polycaproamid; Nachheizzone; Querluftanblasung; Reiszdehnung; Reiszdehnungsunterschied}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fäden großer Elementarfadenzahl aus schmelzspinnfähigen synthetischen Polymeien, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat oder Polycaproamid, die im Verlauf des Fadenbildungsprozesses von einer mit mehreren Düsenlochreihen besetzten runden oder rechteckförmigen Spinndüse abgezogen werden, wobei die Fäden nach Austritt aus der Spinndüse zunächst über eine gewisse Strecke intonsiv nachgeheizt und dann entlang des Spinnweges durch einen Querluftstrom abgekühlt und verfestigt werden.

Die Erfindung findet speziell Anwendung bei Kord- und Stapelfaserspinnprozessen mit Elementarfadenzahlen im Bereich von bis weit über 1000.

Durch entscheidende Erhöhung der Orientierungsgleichmäßigkeit der einzelnen Elementarfäden untereinander wird dem nachfolgenden Reckprozeß, ausgeführt in einem kontinuierlichen Arbeitsgang nach dem Spinn-Reck-Windeverfahren oder in einom von der Spinnanlage getrennten nachfolgenden Prozeß, ein hochkapillariger Spinnfaden vorgelegt, der mit optimal hohem Reckverhältnis ohne die Gefahr erhöhter Elementarfadenbrüche gereckt werden kann. Ein solcher Faden zeichnet sich nach dem Recken durch eine vergleichsweise höhere Festigkeit und geringere Bruchdehnung bei hoher Orientierungsgleichmäßigkeit der Elementarfäden untereinander auch nach dem Recken aus und kann in vielfältiger Weisenach Durchlaufen weiterer Verarbeitungsprozesse - für die Herstellung von technischen, Heim- und/oder Bekleidungste Ktilien mit hohem Gebrauchswert Verwendung finden.

-2- 281821 Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Herstellung von Fäden großer Elementarfadenzahl aus schmelzspinnfählgen synthetischen Polymeren -vorzugsweise kommen Polyethy'snterephthalat und Polycaproamid hierfür zum Einsatz-, die entweder als technische Seiden (Kordfaden) oder- nach entsprechender Weiterverarbeitung - als Stapelfasern vielfache Verwendung im technischen, Heim- und/ocW Bekleidungstextilien -, aber auch im Gummierzeugnisbereich finden, werden Rund- oder (vorzugsweise) Rechteckspinndüsen verwendet. Die in einer Düsenplatte entsprechend der Elementarfadenzahl im Spinnfaden unterzubringende große Anzahl von Einzelbohruhgen ist entweder in konzentrischen Kreisen (Runddüse) oder zellenförmig in mehreren parallelen Reihen (Rechteckdüse) realisiert. Die aus den Spinndüsen austretenden Schmelzströme werden nicht unmittelbar mit der die Abkühlung forcierenden Querluftanblasung beaufschlagt, sondern passieren zunächst eine mehr oder weniger lange, direkt an die Düse anschließende metallummantelte Zone, die einerseits störende Umgebungsluft im ersten Abschnitt der Fadenbildung von den noch labilen niedrigviskosen Schmelzeströmen abhalten und die andererseits eine stochastisch gestörte, ggf. auch örtlich wechselnd unterschiedliche Abkühlung der beheizten Spinndüsen weitgehend ausschließen soll.

Da der die Abkühlung dor Fäden stark beeinflussende Queranblasiingsluftstrom bei Spinnfäden hoher Elementarfadenzahl, wie sie beim Kordspinnprozeß und - in verstärktem Maße- beim Stapelfaserspinnprozeß realisiert werden, nicht für alle Elementarfäden gleich intensiv wirksam ist (der Anblasseite zugewandte Elementarfäden kühlen zeitlich anders ab als in der Mitte des Fadenbündels befindliche oder der Anblasseite abgewandte Elementarfäden), liegt der Verfestigungspunkt der einzelnen Elementarfäden in unterschiedlicher Entfernung von der Spinndüse. Dies bewirkt eine unterschiedliche mechanische Zugspannung, denen die Fäden im Verfestigungspunkt ausgesetzt sind, was wiederum zu einer unterschiedlichen Höhe der erreichten Spinnorientierung in den einzelnen Elementarfäden führt. Da beim nachfolgenden Reckvorgang alle Elementarfäden zur Erzielung der vollen, möglichst hohen Orientierung des Makromolekülverbandes nur dem gleichen Reckverhältnis ausgesetzt werden können, kann dies nur so hoch gewählt werden, wie es die beim Spinnprozeß am weitesten vororientierten Elementarfäuen zulassen. Eine hohe Streuung der Orientierung der einzelnen Elementarfäden im Spinnprozeß führt damit automatisch dazu, daß sich diese ebenso in den gereckten Faden - allerdings bei insgesamt erhöhtem Orientierungsniveau überträgt. Ein solcher Faden besitzt eine verminderte Festigkeit, weil beim Fadenbruch, der infolge hoher mechanischer Beanspruchung eintritt, die am höchsten orientierten nicht oder nur ungenügend zur Festigkeit beitragen können. Um die Steuung der Orientierung der Elementarfäden beim Spinnprozeß hochkapillariger Fadenverbände zu minimieren, sind eine Reihe technischer und/oder technologischer Mittel und Maßnahmen bekannt oder in Gebrauch. Um den bei einer einseitigen Queranblasung generell auftretenden Nachteil einer asymmetrischen Abkühlung des Fadenbündels zu umgehen, werden symmetrische Anblassysteme, die den Kühlluftstrom durch das Fadenbündel von außen nach innen bzw. von innen nach außen blasen, angewendet. Diese Systeme sind sowohl für Rund- als auch für Rechteckdüsen bekannt. Eine kritische Bewertung der erzielbaren Effekte zeigt, daß nur symmetrische Anblassysteme, die die Anblasluft von innen nach außen durch die Elementarfäden führen, eine streuungsv jrmindernda Wirkung erzielen können. Als entscheidender Nachteil sind bei diesen Systemen aber die erschwerte Bedienbarkeit der Spinnanlage beim Fadenanlegen sowie bei der Abfallbeseitigung im Spinn- und Blasschacht nach einem Fadenbruch anzuführen.

Um die Ocientierungsstreuung der Elementarfäden bei dem meist angewandten Anblassystem „einseitige Queranblasung" zu minimieren, wurde vorgeschlagen, die einzelnen Bohrungsreihen einer Spinndüse je nach ihrer Lage zum Querluftstrom (blasluftzugewandt oder mehr oder wenige blasluftabgewandt) mit Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser zu versehen blasluftzugewandte Seite größte Durchmesser, blasluftabgewandte Seite kleinste Durchmesser- (DE-PS 3331543). Die damit systematisch erzeugten unterschiedlichen Elementarfadendurchsätze ergeben Fäden unterschiedlicher Elementarfadenfeinheiten aus der gleichen Düse, die unterschiedlich schnell abkühlen. Auf diese Weise soll der negative Effekt der normalerweise langsameren Abkühlung, langsameren Verfestigung und aamit höheren Spinnorientierung der blasluftabgewandten Fäden durch die Absenkung ihrer Feinheit (und damit wieder Beschleunigung der Abkühlung trotz höherer Umgebungslufttemperatur durch die bereits von den davorliegenden Fäden erwärmten und in der Strömungsrichtung in Abzugsrichtung abgelenkten Querluft) kompensiert werden.

Es ist sicher schwierig, unter Zugrundelegung eines bestimmten Geschwindfgkeitsprofils der Anblasluft und der Spinngeschwindigkeit selbst die dazu passende optimale Korrektur der Düsennohrungsdurchmesser festzulegen (eine solche Spezialdüse isttheoretisch nurfür einen technologischen Arbeitspunkt an einer geometrisch genau vorgegebenen Spinnanlage optimal auslegbar). Als Hauptmangel dieses Vorschlages ist aber das bewuß' .nduzierte Erspinnen von Elementarfäden unterschiedlichster Feinheit in einem polyfilen hochkapillarigen Spinnfaden zu nennen. Dieser Effekt steht im Widerspruch zu allen technischen Bemühungen beim Chemiefaserspinnprozeß, die normalerweise darauf gerichtet sind, eine hohe Feinheitsgleichmäßigkoit der Elementarfäden untereinander zu garantieren, um Weiterverarbeitungspiobleme (z. B. beim Färben) zu vermeiden.

Es sind weiterhin Vorschläge bekannt, die das Problem durch eine variierte Anordnung der Reihen- und/oder Lochabstände der Düsenbohrungen in der Düsenplatte zu lösen versuchen (US-PS 4248581), wobei blasluftzugewandt eine dichtere Lochanordnung vorzusehen ist als blasluftabgewandt.

Die Mangel dieser Lösung sind bezüglich einer genauen Anpassung an eine vorgegebene Spinnanlage die gleichen wie die bei (der Zitierung) der Patentschrift DE-PS 3331543 beschrieben. Außerdem kommt hinzu, daß eine variierte Reihen- und Düsenbohrungsanordnung immer mit einer verringerten Durchsatzleistung pro Flächeneinheit der Spinndüsenplatte verbunden ist und damit dem allgemeinen Bedürfnis nach einer raumbezogenen Leistungssteigerung entgegensteht. Es ist auch bekannt, die Ungleichmäßigkeiten der Elementarfäden hochkapillariger schmelzgesponnener Fäden durch die Gestaltung des Raumes zwischen Düsenplatte und Anblasbeginn allein zu minimieren. Als Beispiel hierfür können die Patentschriften JP-PS 62-133104 und 62-133105 genannt werden, in denen vorgeschlagen wird, durch kammerartige Einbauten unter der Düse bis zum Beginn der Anblasung die Wirkung von Umgebungsluftströmungen von den frisch aus der Düse austretenden Schmelzeströmen abzuhalten. Durch diese Maßnahme werden zwar zusätzlich einwirkende stochastische Umgebungsluftströmungen in ihrer Wirkung auf die Ausbildung der Orientierung in den Elementarfäden eliminiert, aber die

grundsätzlich sich ausbildende Spannweite der Orientierungen der einzelnen Elementarfäden untereinander, hervorgerufen durch konservativ betriebene einseitige Querluftanblasung, werden dadurch nicht minimiert.

Allen genannten Verfahren haftet der Nachteil an, daß die erzielbare Orientierungsungleichmäßigkeit dur Elementarfäden hochkapillariger Spinnfäden unbefriedigend hoch bleibt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines Fadens großer Elementarfadenzahl aus schmelzspinnfähigen synthetischen Polymeren, der unter Beibehaltung des Prinzips der Queranblasung eine solche Orientierungsgleichmäßigkeit der einzelnen Elementarfädon untereinander aufweist, wie sie unter Anwendung der bisher bekannten Mittel nicht erreicht werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erhöhung der Orientierungsgleichmäßigkeit der Elementarfäden untereinander

auf neuartige Weise zu erreichen und eine dafür geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die aus der Spinndüse austretenden Elementarfäden über eine in der Länge stark reduzierte, bezüglich der Temperatur bis nahe oder gleich der Temperatur der Schmelze bei Düsenaustritt

angehobene Nachheizzone geführt und unmittelbar danach einem Querluftanblasstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeitvon 0,6 bis 2,5 m/s ausgesetzt werden.

Vorteilhaft ist es, die Elementarfäden zwischen Nachheizzone und Querluftanblasung zusätzlich mit erhöhter Anblasgeschwindigkeit anzublasen. Weiterhin sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beim Kordspinnprozeß vor, bei der die der Spinndüse folgende Nachheizzone eine Länge von 0,15 bis 0,25m, vorzugsweise 0,18 bis 0,22 m und eine Temperatur von 20°C

unterhalb bis zur Temperatur der Polymerschmelze am Ausgang der Spinndüse sowie eine Querluftanblasung mit einer

Geschwindigkeit von 0,6 bis 2,5m/s, vorzugsweise 0,8 bis 1,2 m/s, gemessen an den der Blasluft zugewandten Elementarfäden

aufweist.

Beim Stapelfasersp'r.iiprozeß betragen die Werte 0,04 bis 0,10 m, vorzugsweise 0,05 bis 0,06 m und 1,2 bis 2,5m/s, vorzugsweise

1,8 bis 2,2 m/s.

Vorteilhaft ist es weiterhin, zwischen Nachheizzone und Querluftanblasung eine zusätzliche Querluftanblasung anzuordnen mit

einer Geschwindigkeit beim Kordspinnprozeß von > 1 m/s, vorzugsweise 1,2 bis 1,8 m/s und beim Stapelfaserspinnprozeß von> 2 m/s, vorzugsweise von 2,5 bis 3m/s. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, zwischen Nachheizzono und

Querluftanblasung eine anblasfreie Zone anzuordnen. Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachfolgend an mehreren Beispielen nähor erläutert werden. Zu der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: den hochkapillarigen Kord- oder Stapelfaserspinnprozeß mit einer an die Spinndüse direkt anschließenden, in ihrer

Länge reduzierten, in der Temperatur bis nahe der Schmelzetemperatur am Düsenaustritt angehobenen Nachheizzone und einer unmittelbar anschließenden Querluftanblasung mit erhöhter Anblasluftgeschwindigkeit,

Fig. 2: den hochkapillarigen Kord· oder Stapelfaserspinnprozeß mit einer an die Spinndüse direkt anschließenden, in ihrer

Länge reduzierten, in der Temperatur bis nahe der Schmelzetemperatur am Düsenaustritt angehobener Nachheizzone, einer anblasfreien Zone und einer anschließenden Querluftanblasung mit erhöhter Anblasluftgeschwindigkeit und

Fig. 3: den hochkapillarigen Kord- oder Stapelfaserspinnprozeß mit einer an die Spinndüse direkt anschließenden, in ihrer

Länge reduzierten, in der Temperatur bis nahe der Schmelzetemperatur am Düsenaustritt angehobenen Nachheizzone, einer anschließenden zusätzlichen Querluftanblasung mit erhöhter Anblasluftgeschwindigkeit, gefolgt von einer normalen Querluftanblasung.

Beispiel 1: In einem an sich bekannten Polyamid-Kordspinnprozeß (Spinn-Reck-Windeverfahren) mit folgenden Kennwerten: Abzugsgeschwindigkeit: Wicklergeschwindigkeit: Elementarfadenfördermenge: Düsenbohrungsdurchmesser: Lösungsviskosität: Schmelzetemperatur: Temperatur der Nachheizzone: Länge der Nachheizzone: Umgebungstemperatur: Querluftanblasgeschwindigkeit: Abstand zwischen Nachheizzone u. Anblasung:

werden Elementarfäden ersponnen und abgezogen.

Bevor der Spinnfaden 2 (Fig. 1) auf das Präparationssystem 5 und die Abzugspalette 6 gelangt, passiert er die sich unmittelbar an

V	- 663 m/min
Vw	= 2890m/min
rh	= 1,954g/min
d	= 0,4 mm
LV	= 3,3
T,	= 29O⁰C
Th	= 230°C
Lh	= 0,32 m
Tu	= 18"C
Vl	= 0,5 m/s
Ls	= 0,06 m

die Spinndüse 1 anschließende Nachheizzone 3 der Länge L_H = 0,2Sm, die den umschlossenen, vom Spinnfaden 2 zu passierenden Raum auf die Temperatur Th = 290⁰C, die gleichzeitig der Temperatur T₃ der Polymerschmelze dem Ausgang der Spinndüse 1 entspricht, aufheizt. Nach Passieren der Nachheizzone 3 werden die Elementarfäden des Spinnfadens 2 von der unmittelbar anschließenden Querluftanblasung 4, die mit einer Geschwindigkeit von v_L = 0,7 m/s auf die der Blasluft zugewandten Elementarfäden trifft, abgekühlt und verfestigt.

Beispiel 2: Bevor der Spinnfaden 2 (Fig. 1) auf das Präparationssystem 5 und die Abzugsgaiette 6 gelangt, passiert er die sich unmittelbar an

die Spinndüse 1 anschließende Nachheizzone 3 der Länge L_H = 0,22m, die den umschlossenen, vom Spinnfaden 2 zupassierenden Raum auf die Temperatur Th = 290°C, die gleichzeitig der Temperatur T_s der Polymersrhmelze dem Ausgang der

Spinndüse 1 entspricht, aufheizt. Nach Passieren der Nachheizzone 3 werden die Elementarfäden des Spinnfadens 2 von der

unmittelbar anschließenden Querluftanblasung 4, die mit einer Geschwindigkeit von v_L = 1,0m/s auf die der Blasluftzugewandten Elementarfäden trifft, abgekühlt und verfestigt.

Wie aus nachfolgender Tabelle hervorgeht, können bezüglich der Verminderung der Orientierungsstreuung der Elementarfäden,

hier ausgedrückt In Reißdehnungswerten des voll ausgereckten Fadens, unter Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens im

Vergleich zu bekannten Verfahrensweise erhebliche Effekte erzielt werden.

	L_B (m)	L_H(m)	Th(⁰C)	v_L (m/s)	EHmln(%)	e_Hm«(%)
bekanntes Verfahren	0,06	0,32	230	0,5	20,2	25,7
vorgeschlagenes Verfahren, Bsp. 1	0,00	0,25	290	0,7	20,2	23,7
vorgeschlagenes Verfahren, Bsp. 2	0,00	0,22	290	1,0	18,9	21,8

Wie ersichtlich, läßt sich trotz Beibehaltung des einfach realisierbaren Prinzips der Querluftanblasung die Spannweite zwischen maximalen und minimalen Reißdehnungen e_Hmi„ bzw. e_Hmlx der Elementarfäden im Spinnfaden aus einer Spinndüse von 5,5% Reißdehnungsunterschied (bekanntes Verfahren) auf 3,5%, Reißdehnungsunterschied (Beispiel 1) oder sogar 2,9% Reißdehnungsunterschied (Beispiel 2) reduzieren.

Claims

1. Verfahren zur HerspsJLng eines Fadens großer Elementarfadenzahl bei Kord-oder Stapelfaserspin; _μ Zossen aus schmelzspinnfähigen synthetischen Polymeren, insbesondere Polyethylenterephthalat oder Polycaproamid mit hoher Orientierungsgleichmäßigkeit der einzelnen Elementarfäden untereinander, bei dem im Verlauf der Fadenbildung die Elementarfäden von einer mit mehrereh Düsenlochreihen besetzten Spinndüse abgezogen, über eine gewisse Strecke nachgeheizt und durch einen oder zwei Querluftströme unterschiedlicher Geschwindigkeit abgekühlt und verfestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Spinndüse austretenden Elementarfäden über eine in der Länge stark reduzierte und eine Temperatur bis nahe oder gleich der Schmelztemperatur bei Düsenaustritt aufweisende Nachheizzone geführt und unmittelbar danach von einem Querluftanblasstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,6 bis 2,5 m/s, gemessen an den der Blasluft zugewandten Elementarfäden, angeblasen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementarfäden zwischen

' Nachheizzone und Querluftblasstrom zusätzlich mit erhöhter Anblasgeschwindigkeit von 1 rr./s bis 3 m/s angeblasen werden.

3. Vorrichtung zur Herstellung eines Fadens großer Elementarfadenzahl beim Kordspinnprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß die der Spinndüse (1) folgende Nachheizzone (3) eine Länge von 0,15 bis 0,25m, vorzugsweise 0,18 bis 0,22 m, und eine Temperatur von 20⁰C unterhalb bis zur Temperatur der Polymerschmelze am Ausgang der Spinndüse (1) sowie eine Querluftanblasung (4) mit einer Geschwindigkeit von 0,6 bis 2,5 m/s, vorzugsweise 0,8 bis 1,2 m/s, gemessen an den der Blasluft zugewandten Elementarfäden, aufweist.

4. Vorrichtung zur Herstellung eines Fadens großer Elementarfadenzahl beim Stapelfaserspinnprozeß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Spinndüse (1) folgende Nachheizzone (3) eine Länge von 0,04 bis 0,10 m, vorzugsweise 0,05 bis 0,06m, und eine Temperatur von 2O⁰C unterhalb bis zur Temperatur der Polymerschmelze am Ausgang der Spinndüse (1) sowie eine Querluftanblasung (4) mit einer Geschwindigkeit von 1,2 bis 2,5 m/s, vorzugsweise 1,8 bis 2,2 m/s, gemessen an den der Blasluft zugewandten Elementarfäden, aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Nachheizzone (3) und Querluftanblasung (4) eine zusätzliche Querluftanblasung (8) mit einer Geschwindigkeit von >1 m/s, vorzugsweise 1,2 bis 1,8 m/s, gemessen an den der Blasluft zugewandten Elementarfäden, angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Nachheizzone (3) und Querluftanblasung (4) eine zusätzliche Querluftanblasung (8) mit einer Geschwindigkeit von > 2 m/s, vorzugsweise 2,5 bis 3 m/s, gemessen an den der Blasluft zugewandten Elementarfäden, angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Nachheizzone (3) und Querluftanblasung (4) eine anblasfreie Zone (7) angeordnet ist.