Vorrichtung zur Herstellung gekräuselter Fäden Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstel lung von gekräuselten Fäden, insbesondere von solchen aus thermoplastischen Kunststoffen, mit einer Heizzone zum Erhitzen der Fäden und mit Fadenführungen, die die Fäden quer zur Fadenförderrichtung wellenförmig ablenken.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstel lung gekräuselter Fäden bekannt. So können z.B. Fäden einer Quell- und Schrumpfbehandlung unterworfen wer den, wodurch eine Kräuselung erzielt wird. Dieses Ver fahren hat den Nachteil, dass der erzielte Kräuselungs- grad von der Fadenspannung abhängig ist und somit nur geringfügig variiert werden kann. Bei diesem Verfahren ist es ausserdem von Nachteil, dass man die zum Quellen verwendeten chemischen Stoffe nach dem Kräuseln aus den Fäden auswaschen muss, was technisch aufwendig und unwirtschaftlich ist.
Von den Verfahren zur mechanischen Kräuselung von Fäden hat sich in der Technik hauptsächlich das Falschdrallkräuseln eingeführt, bei dem die Fäden bei höheren Temperaturen unter hoher Geschwindigkeit ge dreht werden. Dabei ist es erforderlich, den Fäden Drehungen in der Grössenordnung von 3000 Drehungen pro Meter zu geben, um eine genügend dichte Kräuse lung zu erzielen. Nachteilig hierbei ist es, dass die technisch erreichbaren Drehzahlen geschwindigkeitsbe grenzend für das Verfahren sind. Ausserdem hat es sich gezeigt, dass es mit zunehmender Dicke der Fäden schwierig ist, eine dichte Kräuselung zu erreichen.
Es sind ausserdem Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen die Fäden in eine Kammer gepresst werden (Stauchkammerverfahren). Hierbei können infol ge der Temperaturinhomogenitäten innerhalb der Kam mer Fäden mit ungleichmässiger Kräuselung erhalten werden. Bei Fäden grösserer Dicke ist ein relativ hoher Pressdruck erforderlich, so dass als Folge Verfilzungen oder andere Deformationen der Fäden auftreten können, die bei der weiteren Verarbeitung der Fäden stören. Zweck der Erfindung ist es, obige Nachteile zu vermeiden und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstel lung von gekräuselten Fäden anzugeben.
Die eingangs genannte erfindungsgemässe Vorrich tung zur Herstellung gekräuselter Fäden, insbesondere von solchen aus thermoplastischen Kunststoffen, ist gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit Rippen, die nebeneinander angeordnet sind und koaxial verlaufende Löcher zur Fadenführung aufweisen, sowie durch einen hin und her bewegten Fadenführer, dessen Schenkel ebenfalls koaxial verlaufende Löcher zur Fadenführung aufweisen und in die Zwischenräume zwischen den Rippen eingreifen.
Unter Fäden sollen Einzelfäden, Fadenbündel, Dräh te, Garne mit rundem oder profiliertem Querschnitt oder auch Bänder verstanden werden. Die Grundstoffe für die Fäden können z.B. synthetische, thermoplastische Kunst stoffe, Cellulose oder Cellulosederivate sein. Auch Gebil de aus Haaren, wie Wollfäden, kommen in Frage.
Besonders eignet sich die Vorrichtung für Fäden aus thermoplastischen Kunststoffen, z.B. Polyamiden, wie Polycaprolactam oder Polyhexamethylenadipamid, oder aus Polyestern, insbesondere aus Polyäthylenterephthalat, der auch aus Polyacrylnitril und Polyolefinen. Geeignet sind Einzelfäden, z.B. Titern mit 1 bis 20 den oder Fadenbündel, beispielsweise aus zwei bis einigen tausend Einzelfäden.
Man kann Fäden verwenden, die einem Reckprozess unterworfen waren, z.B. solche Fäden die nur zu einem bestimmten Grad, nämlich um 100 bis 500% ihrer ursprünglichen Länge, gereckt wurden, oder auch ungereckte Fäden.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfin dung wird nachfolgend näher erläutert.
Fig. 1 gibt einen Überblick über die Arbeitsweise der Vorrichtung. Ein Faden I wird von der Spule 2 abgenom men. über einen Fadenführer 3 und zwei Umlenkrollen d, den Abzugsrollen 5 zugeführt. Die Abzugsrollen sind so angeordnet, dass sie den Faden durch ein Leitrohr 6 fördern.
Nach dem Verlassen des Leitrohres 6 tritt der Faden in eine Vibrationskammer 7 ein. in der der Faden auf höhere Temperaturen erhitzt und durch Einwirken mechanischer Impulse bleibend gekräuselt wird. der gekräuselte Faden wird mittels einer pneumatischen Abzugsvorrichtung 8, die einen Stutzen für den Luftein tritt 9 hat, der Aufwickelvorrichtung 10 zugeführt.
Die Arbeitsweise der Vibrationskammer 7 veran schaulicht die Fig. 2. Das Gehäuse 11 hat Rippen, die nebeneinander angeordnet sind und koaxial verlaufende Löcher 12 zur Fadenführung aufweisen. In die Zwischen räume 13 zwischen den Rippen greifen die Schenkel eines Fadenführers 14.
Dieser Fadenführer 14 weist koaxial verlaufende Löcher 15 auf, die in Richtung der Löcher 12 zur Führung des Fadens 1 verlaufen. Der Fadenführer 14 lässt sich in den Zwischenräumen 13 horizontal mit um 180 wechselnder Bewegungsrichtung bewegen, wobei in der Mittellage die Löcher 15 mit den Löchern 12 in gleicher Richtung verlaufen. Es ist zweckmässig, dass die Ausnehmungen 15 und 12 den gleichen Durchmesser haben.
Der wesentliche Teil der Vorrichtung ist die Vibra- tionskammer, worin der Faden erhitzt und mechanisch verformt wird. Die Vibrationskammer kann aus einem Gehäuse bestehen, in dem ein Fadenführer mit lediglich einem Schenkel hin und her bewegt wird. In den meisten Fällen ist es zweckmässig, wenn der Fadenführer 14 mehrere Schenkel aufweist, die in mehrere Zwischenräu me 13 zwischen den Rippen parallel hin und her bewegt werden. Der Fadenführer 14 wird zweckmässig mit einem Vibrationssystem angetrieben.
Der Fadenführer kann derart angeordnet sein, dass zwischen ihm und dem Gehäuse 1 ein Zwischenraum verbleibt, der das Ein- oder Mehrfache des Durchmessers des Fadens 1 beträgt. In Stellung des weitesten Ausschlages können die Löcher 15 des Fadenführers mit den Löchern 12 des Gehäuses einen Spalt bilden, dessen grösster Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Fadens 1 ist. Es ist aber auch möglich, dass eine Unterscheidung der Löcher 12 durch die Löcher 15 eintritt. Somit kann erreicht werden, dass der Faden zusätzlich zu dem mechanischen Impuls eine mechanische Biegeverformung oder Prägung erfährt. Mitunter ist es zweckmässig, die Kammer so auszubilden, dass sie mehrere Löcher zur Aufnahme mehrerer Faden enthält.
Auch können die Kammern in Serien hinterein ander oder nebeneinander angeordnet sein.
Die Fäden werden durch eine Heizzone gefördert, in der sie auf die für die mechanische Behandlung erforderli che Temperatur erhitzt werden. Die Heizzone hat zweck- mässig eine solche Temperatur, dass die Fäden auf Temperaturen erhitzt werden, bei denen sie verformbar sind. Diese Temperaturen liegen bei kristallinen Thermo plasten mindestens 100 C unter dem Schmelzpunkt der Kristallite, und sie sollen den Kristallschmelzpunkt nicht übersteigen.
Nach besonders vorteilhaften Arbeitsweisen erhitzt man z.B. Fäden aus Polycaprolactam auf Tempe raturen zwischen 120 und 190 C, aus Polyhexamethylen- adipamid auf 170 bis 240 C und Fäden aus Polyäthy- lenterphthalat auf 180 bis 240 C.
Man lässt mittels des Fadenführers 14 auf die Fäden quer zur Förderrichtung mechanische Impulse einwirken. Die Impulse können die Fäden innerhalb eines Winkelbe reichs von über 10 zur Förderrichtung auf den Fäden ablenken. Besonders vorteilhaft ist eine Arbeitsweise, bei der die Impulse die Fäden nahezu um 90 von der Förderrichtung (90 10 ) ablenken. Die Impulse wir ken jeweils in gleicher oder wechselnder Richtung auf die Fäden ein. Besonders vorteilhaft arbeitet man nach einer Arbeitsweise, bei der die Impulse jeweils wechselnd in entgegengesetzter Richtung einwirken. Das wird am zweckmässigsten dann erreicht, wenn die Schenkel des Fadenführers 14 in einer Ebene quer zur Förderrichtung in den Zwischenräumen 13 zwischen den Rippen des Gehäuses 11 schwingen.
Die Dichte der mechanischen Impulse soll so gross sein, dass die Fäden mindestens vier, vorteilhaft minde stens sieben Impulse pro Zentimeter Länge enthalten. Die erforderliche Impulszahl wird bestimmt von der Fördergeschwindigkeit und der Anzahl der Schenkel des Fadenführers 14.
Die zur Erzielung einer bleibenden Verformung erfor derlichen Grösse des Impulses ist abhängig von der Fadendicke, dem Aufbau des Fadens, der Querschnitts ausbildung, der Fadenspannung, der Temperatur und der Art des Rohstoffs. Die Impulsgrösse muss für die jeweils verwendeten Fäden bei den erforderlichen Tem peraturen durch Versuche ermittelt werden. Besonders vorteilhaft ist eine Arbeitsweise, bei der die Fäden zusätzlich um die Kanten in den Schenkeln des Fadenführers 14 gebogen werden. Der Winkei der Bie gung kann zwischen 10 und 90 , vorzugsweise 60 und 90 , gemessen von der Richtung des laufenden Fadens weg betragen.
Der Krümmungsradius der Biegung kann dabei das 0,1 bis 100fache, vorzugsweise das 0,8 bis 5fache des ursprünglichen Durchmessers des Fadens betragen. Die Biegung kann so stark sein, dass eine Prägung des Fadens durch den Biegekörper erfolgt. Die vorliegende Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Kräuseln von Fäden, deren Titer in einem sehr breiten Bereich schwanken kann. So ist es z.B. möglich, Fäden mit besonders hohem Titer bleibend zu verformen. Durch die Variation der Frequenz des Fadenführers und der Abzugsgeschwindigkeit ist es möglich, den Grad der Kräuselung innerhalb eines breiten Bereichs zu variieren.
Die vorliegende Vorrichtung ist einfach, dauerhaft und störungsanfällig. <I>Beispiel I</I> In einer Vorrichtungsanordnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wird ein Fadenbündel aus Polycaprolac- tam mit dem Titer 1080 den, das aus 72 Einzelfäden besteht, von einer Spule abgenommen und mittels Ab zugswalzen durch ein Leitrohr einer Vibrationskammer zugeführt. Das Prinzip der Vibrationskammer ist in Fig.2 erläutert. Der Fadenführer 14 schwingt mit einer Frequenz von 100 Hz um seine Mittellage.
Das Gehäuse der Vibrationskammer wird mit elektrischer Heizung auf einer Temperatur von 156 C gehalten. Der Faden wird mit einer pneumatischen Abzugsvorrichtung einer Auf wickelvorrichtung zugeführt.
Das gekräuselte Fadenbündel hat folgende Eigen schaften. Belastet man ein so gekräuseltes Fadenbündel mit einem Gewicht von 0,002 g/den, so dehnt es sich auf die Länge 1 aus. Belastet man das Fadenbündel mit 0,2 g/den, so dehnt es sich um die Länge L aus. Unter Einkräuselung wird nun folgender Wert verstanden:
EMI0002.0065
Die Einkräuselung des Fadenbündels beträgt nach Lagerung in Wasser von 60 C 15 7e. Die Fäden haben 72 Bögen auf einer Länge von 100 mm. Die Bruchfestigkeit beträgt 4,1 g/den, die Bruchdehnung 60 ',.
Device for the production of crimped threads The invention relates to a device for the produc- tion of crimped threads, in particular those made of thermoplastics, with a heating zone for heating the threads and with thread guides that deflect the threads in an undulating manner transversely to the thread conveying direction.
There are already various methods of manufacturing crimped threads known. E.g. Threads subjected to a swelling and shrinking treatment who the, whereby a crimp is achieved. This method has the disadvantage that the degree of crimp achieved depends on the thread tension and can therefore only be varied slightly. Another disadvantage of this process is that the chemical substances used for swelling have to be washed out of the threads after the crimping, which is technically complex and uneconomical.
Of the methods for mechanical crimping of threads in the art, mainly false twist crimping has been introduced, in which the threads are rotated at high temperatures and high speed. It is necessary to give the threads twists in the order of magnitude of 3000 twists per meter in order to achieve a sufficiently dense crimp. The disadvantage here is that the technically achievable speeds limit the speed of the process. In addition, it has been shown that with increasing thickness of the threads, it is difficult to achieve a tight crimp.
Methods and devices are also known in which the threads are pressed into a chamber (stuffer box method). As a result of the temperature inhomogeneities within the chamber, threads with uneven crimps can be obtained. In the case of threads of greater thickness, a relatively high pressure is required so that felting or other deformations of the threads can occur, which interfere with the further processing of the threads. The purpose of the invention is to avoid the above disadvantages and to provide an improved device for the manufacture of crimped threads.
The inventive device according to the invention for the production of crimped threads, especially those made of thermoplastics, is characterized by a housing with ribs which are arranged side by side and have coaxially extending holes for thread guidance, and by a thread guide moved to and fro, the legs of which also Have coaxially extending holes for thread guidance and engage in the spaces between the ribs.
Threads are to be understood as single threads, bundles of threads, wires, yarns with a round or profiled cross-section, or also ribbons. The basic materials for the threads can e.g. synthetic, thermoplastic materials, cellulose or cellulose derivatives. Buildings made of hair, such as wool threads, are also possible.
The device is particularly suitable for threads made of thermoplastics, e.g. Polyamides, such as polycaprolactam or polyhexamethylene adipamide, or from polyesters, in particular from polyethylene terephthalate, which also consists of polyacrylonitrile and polyolefins. Single threads are suitable, e.g. Titer with 1 to 20 den or thread bundles, for example from two to a few thousand individual threads.
One can use threads that have been subjected to a drawing process, e.g. threads that have only been stretched to a certain degree, namely by 100 to 500% of their original length, or also unstretched threads.
An embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below.
Fig. 1 gives an overview of the operation of the device. A thread I is removed from the bobbin 2 men. The take-off rollers 5 are fed via a thread guide 3 and two deflection rollers d. The take-off rollers are arranged in such a way that they convey the thread through a guide tube 6.
After leaving the guide tube 6, the thread enters a vibration chamber 7. in which the thread is heated to higher temperatures and permanently crimped by the action of mechanical impulses. the crimped thread is fed to the winder 10 by means of a pneumatic take-off device 8 which has a nozzle for the air inlet 9.
The operation of the vibration chamber 7 illustrates the Fig. 2. The housing 11 has ribs which are arranged side by side and have coaxially extending holes 12 for guiding the thread. The legs of a thread guide 14 engage in the spaces 13 between the ribs.
This thread guide 14 has coaxially running holes 15 which run in the direction of the holes 12 for guiding the thread 1. The thread guide 14 can be moved horizontally in the spaces 13 with a direction of movement alternating by 180, the holes 15 with the holes 12 running in the same direction in the central position. It is useful that the recesses 15 and 12 have the same diameter.
The essential part of the device is the vibration chamber, in which the thread is heated and mechanically deformed. The vibration chamber can consist of a housing in which a thread guide is moved back and forth with only one leg. In most cases, it is useful if the thread guide 14 has several legs that are moved parallel to and fro in several Zwischenräu me 13 between the ribs. The thread guide 14 is expediently driven with a vibration system.
The thread guide can be arranged in such a way that an intermediate space remains between it and the housing 1 which is one or more times the diameter of the thread 1. In the position of the widest deflection, the holes 15 of the thread guide can form a gap with the holes 12 of the housing, the largest diameter of which is smaller than the diameter of the thread 1. However, it is also possible for the holes 12 to be differentiated by the holes 15. It can thus be achieved that in addition to the mechanical impulse, the thread undergoes mechanical bending deformation or embossing. Sometimes it is useful to design the chamber in such a way that it contains several holes for receiving several threads.
The chambers can also be arranged in series one behind the other or next to one another.
The threads are conveyed through a heating zone in which they are heated to the temperature required for mechanical treatment. The heating zone expediently has a temperature such that the threads are heated to temperatures at which they can be deformed. In the case of crystalline thermoplastics, these temperatures are at least 100 C below the melting point of the crystallites, and they should not exceed the crystal melting point.
According to particularly advantageous working methods, e.g. Polycaprolactam threads at temperatures between 120 and 190 C, polyhexamethylene adipamide at 170 to 240 C and polyethylene terephthalate threads at 180 to 240 C.
By means of the thread guide 14, mechanical impulses are allowed to act on the threads transverse to the conveying direction. The pulses can deflect the threads within an angle range of over 10 to the conveying direction on the threads. A mode of operation in which the impulses deflect the threads by almost 90 from the conveying direction (90 10) is particularly advantageous. The impulses act on the threads in the same or alternating directions. It is particularly advantageous to work according to a mode of operation in which the pulses act alternately in opposite directions. This is most expediently achieved when the legs of the thread guide 14 swing in a plane transverse to the conveying direction in the spaces 13 between the ribs of the housing 11.
The density of the mechanical pulses should be so great that the threads contain at least four, advantageously at least seven, pulses per centimeter of length. The required number of pulses is determined by the conveying speed and the number of legs of the thread guide 14.
The size of the impulse required to achieve permanent deformation depends on the thread thickness, the structure of the thread, the cross-section, the thread tension, the temperature and the type of raw material. The pulse size must be determined through tests for the threads used at the required temperatures. A mode of operation in which the threads are additionally bent around the edges in the legs of the thread guide 14 is particularly advantageous. The angle of the bend can be between 10 and 90, preferably 60 and 90, measured away from the direction of the running thread.
The radius of curvature of the bend can be 0.1 to 100 times, preferably 0.8 to 5 times the original diameter of the thread. The bend can be so strong that the thread is embossed by the bending body. The present device is particularly suitable for crimping threads, the denier of which can vary within a very wide range. So it is e.g. possible to permanently deform threads with a particularly high titer. By varying the frequency of the thread guide and the take-off speed, it is possible to vary the degree of crimp within a wide range.
The present device is simple, durable and prone to failure. <I> Example I </I> In a device arrangement as shown in FIG. 1, a thread bundle made of polycaprolactam with a titer of 1080 den, which consists of 72 individual threads, is removed from a bobbin and pulled through by means of take-off rollers a guide tube fed to a vibration chamber. The principle of the vibration chamber is explained in Fig.2. The thread guide 14 oscillates at a frequency of 100 Hz about its central position.
The housing of the vibration chamber is kept at a temperature of 156 ° C. with electrical heating. The thread is fed to a winding device with a pneumatic take-off device.
The crimped thread bundle has the following properties. If you load a bundle of thread crimped in this way with a weight of 0.002 g / den, it expands to length 1. If you load the thread bundle with 0.2 g / den, it expands by the length L. The following value is understood by curling:
EMI0002.0065
The curling of the thread bundle is 15 7e after storage in water at 60 C. The threads have 72 arcs over a length of 100 mm. The breaking strength is 4.1 g / den, the elongation at break 60 ',.