DD281822A5

DD281822A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines fadens grosser elementarfadenzahl mit hoher orientierungsgleichmaessigkeit der einzelnen elementarfaeden untereinander

Info

Publication number: DD281822A5
Application number: DD32279788A
Authority: DD
Inventors: Roland Beyreuther; Harald Bruenig; Andreas Schoene; Wolfgang Mueller; Wolfgang Kreis; Joachim Speichert; Reinhardt Geike
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 und eine Durchsatzerhoehung durch die Spinnduese dadurch erreicht wird, dasz die aus der Spinnduese austretenden Elementarfaeden durch eine der Spinnduese unmittelbar folgende Nachheizzone mit an der Anblasung zugewandten Seite staerkeren Nachheizung der Elementarfaeden als ihrer der Anblasung abgewandten Seite gefuehrt und anschlieszend durch eine Querluftanblasung angeblasen werden.{Faeden groszer Elementarfadenzahl; Schmelzspinnverfahren; Polyethylenterephthalat; Polycaproamid; Nachheizzone; Reiszdehnung; Reiszdehnungsunterschied; Foerdermenge}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fäden großer Elementarfadenzahl aus schmelzspinnfähigen synthetischen Polymeren, beispielsweise asu Polyethylenterephthalat oder Polycaproamid, die im Verlauf des Fadenbildungsprozesses von einer mit mehreren Düsenlochreihen besetzten, vorzugsweise rechteckförmigen Spinndüse abgezogen werden, wobei die Fäden nach Austritt aus der Spinndüse über eine gewisse Strecke in für die Elementarfäden verschiedener Weise nachgeheizt und dann entlang des Spinnweges durch «inen Querluftstrom abgekühlt und verfestigt werden.

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

Durch entscheidende Erhöhung der Orientierungsgleichmäßigkeit der einzelnen Elementarfäden untereinander und gleichzeitige Absenkung der nach der Verfestigung der Fäden erreichten Spinnorientierung wird dem nachfolgenden Reckprozeß, ausgeführt in einem kontinuierlichen Arbeitsgang nach dem Spinn-Reck-Windeverfahren oder in einem von der Spinnanlage getrennten nachfolgenden Prozeß, ein hochkapillariger Spinnfaden vorgelegt, der mit optimal hohem Reckverhältnis ohne die Gefahr erhöhter Elementarfadenbrücke gereckt werden kann und der bei gleicher erreichter Elementarfadenfeinheit nach dem Reckpro:*. 3 an der Spinnanlage mit erhöhtem Durchsatz an der Spinndüse produziert werden

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 gleichzeitig an der Spinnanlage mit höherem Spinndüsendurchsatz und damit höherer Produktivität erzeugt worden. Er ist in vielfältiger Weise -nach Durchlaufen weiterer Verarbeitungsprozesse-für die Herstellung von technischen, Heim- und/oder Bekleidungstextilien mit erhöhtem Gebrauchswert einsetzbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Herstellung von Fäden großer Elementarfadenzahl aus schmelzspinnfähigen synthetischen Polymeren-vorzugsweise kommen Polyethylenterephthalat und Polycaproamid hierfür zum Einsatz-, die entweder als technische Seiden (Kordfäden) oder- nach entsprechender Weiterverarbeitung - als Stapelfasern vielfache Verwendung im technischen, Heim- und/oder Bekleidungstextilien-, aber auch im Gummierzeugnisbereich finden, werden Rund- oder (vorzugsweise) Rechtockspinndüsen verwendet. Die in einer Düsenplatte entsprechend der Elementarfadenzahl im Spinnfaden unterzubringende große Anzahl von Einzelbohrungen 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 p.n die Düse anschließende metallummantelte Zone, die einerseits störende Umgebungsluft im ersten Abschnitt der Fadenbüo'uuy von den noch labilen niedrigviskosen Schmelzeströmen abhalten und die andererseits eine stochastisch gestörte, ggf. auch örtlich wechselnd i'iterschiedliche Abkühlung der beheizten Spinndüsen weitgehend ausschließen soll.

Da der die Abkühlung der Fäden stark beeinflussende Queranblasungsluftstrom 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 ais in der Mitte des Fadenbündels befindliche oder der Anblasseite abgewandten 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 nachfolgendem 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 Elementarfäden 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 Streuung der Orientierungen der Elementarfäden beim Spinnprozeß hochkapillariger Fadenverbände zu minimieren, sind eino 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 dor erzielbaren Effekte zeigt, daß nur symmetrische Anblassysteme, die die Anblasluft von innen nach außen durch die Elementarfäden führen, eine streuungsverminde rnde Wirkung erzielen können. Als entscheidender Nachteil ist bei diesen Systemen aber die erschwerte Bedienbarkeit der Sp'nnanlage beim Fadenanle/ ι sowie bei der Abfallbeseitigung im Spinn- und Blasschacht nach einem Fadenbruch anzuführen.

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

Es ist sicher schwierig, unter Zugrundelegung eines bestimmten Geschwindigkeitsprofils der Anblasluft und der Spinngsschwindigkeit selbst die dazu passende optimale Korrektur der Düsenbohrungsdurchmesser festzulegen (eine solche Spezialdüse ist theoretisch nur für einen technologischen Arbeitspunkt an einer geometrisch genau vorgegebenen Spinnanlge optimal auslegbar). Als Hauptmangel dieses Vorschlages ist aber das bewußt induzierte 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 Feinheitsgleichmäßigkeit der Elementarfäden untereinander zu garantieren, um Weiterverarbeitungsprobleme (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 in der Patentschrift DE-PS 3331543 beschriebenen.

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 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 Orientierungsgleichmäßigkeit der 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 sowohl eine solche Orientierungsgleichmäßigkeit der einzelnen Elementarfäden untereinander aufweist, wie sie unter Anwendung der bisher bekannten Mittel nicht erreicht werden kann, als auch durch Absenkung des Mittelwertes der erreichten Spinnorientierung mit erhöhtem Durchsatz durch die Spinndüse ersponnen werden kann.

Darlegung des Wesens dör Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gleichzeitige Erhöhung der Orientierungsgleichmäßigkeit der Elementarfäden untereinander und die Durchsatzerhöhung durch die Spinndüse auf neuartige Weise zu erreichen und dafür eine geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die aus der Spinndüse austretenden Elementarfäden durch eine der Spinndüse unmittelbar folgende Nachheizzone mit der der Anblasung zugewandten Seite stärkeren Nachheizung der Elementarfäden als ihrer der /»nblasung abgewandten Seite bei einer Temperatur von 2O⁰C unterhalb bis zur Temperatur der Polymerschmelze am Ausgang der Spinndüse, gemessen an den der Blasluft zugewandten Elementarfäden geführt und anschließend durch eine Querluftanblasung mit einer Geschwindigkeit von 0,6 bis 2,5m/s, gemessen an den der Blasluft zugewandten Elementarfäden, angeblasen werden.

Weiterhin sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor, bei der die Länge der Nachheizzone an der der Blasluft zugewandten Seite gleich der Länge an der der Blasluft abgewandten Seite und die Temperaturen an der der Blasluft zugewandten Seite höher als die Temperaturen der der Blasluft abgewandten Seite oder die Länge der Nachheizzone an der der Blasluft zugewandten Seite größer als die der Blasluft abgewandten Seite und die Temperaturen an der der Blasluft zugewandten Seite gleich der der Blasluft abgewandten Seite oder die Länge der Nachheizzone und die Temperaturen an der der Blasluft zugewandten Seite größer als die der Blasluft abgewandten Seite sind. Beim Stapelfaserspinnprozeß weist die Nachheizzone auf der der Blasluft zugewandten Seite eine Länge von 0,04 bis 0,15 m, vorzugsweise 0,05 bis 0,06 maufunddie Geschwindigkeit der Querluftanblasung beträgt 1,2 bis 2,5m/s, vorzugsweise 1,8 bis 2,2 m/s. Beim Kordspinnprozeß betragen die Werte 0,15 bis 0,25m, vorzugsweise 0,8 bis 1,2 m/s. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, daß die Nachheizzone eine Länge von 0,07 m, eine Temperatur an der der Blasluft zugewandten Seite von 295°C und an der der Blasluft abgewandten Seite von 220°C aufweist. Ebenfalls von Vorteil ist, zwischen Nachheizzone und Queranblasung eine anblasfreie Zone anzuordnen.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung Fig. 1 zeigt den hochkapillarigen Stapelfaserspinnprozeß mit einer an die Spinndüse direkt anschließenden, in ihrer Länge asymmetrischen, in der Temperatur bis nahe der Schmelztemperatur am Düsenaustritt angehobenen Nachheizzone und einer unmittelbar anschlk "Senden Querluftanblasung.

Beispiel: In einem an sich bekannten Polyester-Stapelfaserspinnprozeß mit folgenden Kenndaten:

Abzugsgeschwindigkeit	V	= 1120m/min
Elementarfadenfördermenge:	rii	= 0,6g/min
Düsenbohrungsdurchmesser:	d	= 0,3 mm
Schmelzetemperatur:	Ts	= 295°C
keine Nachheizung
Umgebungstemperatur:	Tu	= 20"C
Querluftanblasgeschwindigkeit:	Vl	= 2m/s
Abstand zwischen Düse und Anblasung:	Lb	= 0,7m

werden Elementarfäden ersponnen und abgezogen.

Bevor der Spinnfaden 2 (Fig. 1) auf das Präparationssystem 6 und die Abzugsgalette 7 gelangt, passiert er die sich unmittelbar an die Spinndüse 1 anschließend > Nachheizzone 3 der Länge L_Hi_Uv = L_HLe« = 0,07 m und der Temperaturen Tniuv = 295⁰C sowie T_HlM = 220°C.

Wie aus nachfolgender Tabelle hervorgeht, können sowohl bezüglich der Verminderung der Orientierungsstreuung der Elementarfäden, hierausgedrückt in Reißdehnungswerten des voll ausgereckten Fadens, als auch bezogen auf eine Erhöhung der Produktivität einer Anlage, hier ausgedrückt durch die Elementarfadenfördermenge, unter Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens Im Vergleich zur herkömmlichen Verfahrensweise erhebliche Effekte erzielt werden.

	25 *	ε_Η(ηβχ(%)	rh (g/min)
bekanntes Verfahren "	25	30	0,60·
vorgeschlagenes Verfahren	25	0,65

Wie ersichtlich, läßt sich trotz Beibehaltung des einfach realisierbaren Prinzips der Queriuftanblasung die Spannweite zwischen maximalen und minimalen Reißdehnungen e_Hmln bzw. e_Hmax der Elementarfäden im Spinnfaden aus einer Spinndüse von 5% Reißdehnungsunterschied (herkömmliches Verfahren) auf nahezu 0% Reißdehnungsunterschied reduzieren. Dabei kann bei gleicher Elementarfadenfeinheit nach dem Reckprozeß die Elemenatarfadenfördermenge um 8 bis 9 Prozent gesteigert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Fadens großer Elementarfadenzahl mit hoher Orientierungsgleichmäßigkeit der einzelnen Elementarfäden untereinander Leim Kord- oder Stapelfaserspinnprozeß aus schmelzspinnfähigen synthetischen Polymeren, insbesondere Polyethylenterephthalat oder Polycaproamid, bei dem im Verlaufe der Fadenbildung die Elementarfäden von einer mit mehreren Düsenlochreihen besetzten, insbesondere rechteckförmigen Spinndüse abgezogen, über eine gewisse Strecke nachgeheizt und unmittelbar daran anschließend durch einen Querluftstrom abgekült und verfestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Spinndüse austretenden Elementarfäden durch eine der Spinndüse unmittelbar folgende Nachheizzone mit an der Anblasung zugewandten Seite stärkeren Nachheizung der Elementarfäden als ihrer der Anblasung abgewandten Seite bei einer Temperatur von 2O⁰C unterhalb bis zur Temperatur der Polymerschmelze am Ausgang der Spinndüse, gemessen an der Blasluft zugewandten Elementarfäden, geführt und anschließend durch eine Querluftanblasung mit einer Geschwindigkeit von 0,6 bis 2,5 m/s, gemessen an den der Blasluft zugewandten Elementarfäden, angeblasen werden.

2. Vorrichtung zur Herstellung eines Fadens großer Elementarfadenzahl mit hoher

. Orientierungsgleichmäßigkeit der einzelnen Elementarfäden untereinander, dadurchgekennzeichnet, daß die Länge der Nachheizzone (4) an dor der Blasluft zugewandten Seite gleich der Länge an der der Blasluft abgewandten Seite und die Temperatur an der der Blasluft zugewandten Seite höher als die Temperatur an der der Blasluft abgewandten Seite sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Nachheizzone (4) an der der Blasluft zugewandten Seite größer als die der Blasluft abgewandten Seite und die Temperaturen an der der Blasluft zugewandten Seite gleich der der Blasluft abgewandten Seite sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Nachheizzone (4) und die Temperaturen an der der Blasluft zugewandten Seite größer als die der Blasluft abgewandten Seite sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Stapelfaserspinnprozeß die Nachheizzone auf der der Blasluft zugewandten Seite (4) eine Länge von 0,04 bis 0,15 m, vorzugsweise 0,05 bis 0,06 n, aufweist und die Geschwindigkeit der Querluftanblasung 1,2 bis 2,5 m/s, vorzugsweise 1,8 his 2,2 m/s, beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruc.i 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kordspinnprozeß die Nachheizzone auf der der Blasluft zugewandten Seite (4) eine Länge von 0,15 bis 0,25 m, vorzugsweise 0,18 bis 0,22 m, aufweist und die Geschwindigkeit der Querluftblasung 0,6 bis 1,5 m/s, vorzugsweise 0,8 bis 1,2 m/s, beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachheizzone eine Länge von 0,07 m, eine Temperatur an der der Blasluft zugewandten Seite von 295°C und eine Temperatur an der der Blasluft abgewandten Seite von 22O⁰C aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Nachheizzone (4) und Queranblasung (5) eine anblasfreie Zone angeordnet ist.