DE1760293A1 - Kontinuierliches Verfahren zum Spinnen und Verstrecken von Polycaproamidfaeden - Google Patents

Description

patentanwalt
München s

REICHENBACHSTR. 51 TEL 16 3i 51

Polio 12 218

Allied Chemical Corporation, Ncvr York, N.I., USA

Kontinuierliches Verfahren zum Spinnen und Verstrecken von Polyoaproaznidfäden.

Die Erfindung betrifft das Schmelzspinnen von Polycaproamidfäden und insfcesondere mehrfädigen Garnen mit anschließendem Verstrecken des gekühlten Fadens oder Gaois ohne Zwischenschalten eines Aufspulens..

üblicherweise werden Polyoaproamidfädeü in ©ine Kühlzone, beispielsweise einem vertikalen Turm, in dem sie durch Luft gekühlt werden, extrudiert und anschließend am Austrit.teende der'Kühlzone unter geringer Spannung aufgespult. Unmittelbar vor dam Aufspulen wird ein Sehlichtungemittel in der ?orm einer v/äßrigen Etoulsion auf die Jädan

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aufgebracht, um ihre Weiterverarbeitung zu erleichtern. Die aufgespulten Fäden werden in einer Atmosphäre konstanter Feuchtigkeit gehalten ("lagged") und späterhin ^erstrecke, ma die Moleküle zu orientieren und die Zähigkeit des Fadens (gemessen durch die Reißfestigkeit) zu verbessern. Derartige Verfahren sind in den USA Patentschriften 2 282 860, 2 918 347 und 3 113 363 beschrieben. .

Das Verfahren würde natürlich wesentlich vereinfacht, wenn man das Aufspulen dee unverstreckten Garnes aza Auetritteende der Kühlaone, das Halten des Garnes in der Atmosphäre konstanter Feuchtigkeit und dem Abspulen des Garnes zum Verstrecken fortlassen könnte. Verfahren sum kontinuierlichen Verspinnen und Verstrecken ohne diese Maßnahmen sind für Fäden und Garne aus Pclyhoxeijothylenadiparaid, d.h« Nylon-66, beispielsweise in den USA Patentschriften 3 090 997 und 3 093 S81 beschrieben. In der «weiten dieser Patentschriften wird nur in einem Beispiel (XIV) Polycaproamid erwähnt und gem&fi diesem Beispiel wird das tunreretreckte Garn aufgespult ("packaged¹¹) und in einer eigenen Verfahrenestufe vorstreckt, also nicht kontinuiorlioh extrvdiert und verstreckt.

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Dae kontinuierliche Extrudieren und Verstrecken foil Polycaproaaid stößt auf besondere Schwierigkeiten, wie das Reißen von Fäden unter Bildung von Sohlingen vm die Streckwalzen, obwohl die Zähigkeit (Reißfestigkeit) wenigstens 4 g/den,,bezogen auf die Abmessungen des nicht verstreckten Garns, betragt. Dies« Schwierigkeiten können darauf zurückzuführen eein, daß Folyeaproamid in. drei verschiedenen Kristallforaen, die sioh ineinander umwandeln können, au existieren vermag (TgI, Rolldan & Kaufman, Journal of Polymer Science, Seil B, Band 1 (1963) (Polymer letters). Seiten 603-60«*).

Sin in der VSk Patentschrift 3 053 611 beschriebenes Verfahren zur Überwindung der Schwierigkeiten des kontinuierlichen Spinnens und Verstreckens von Polyeaproaaidgarn besteht darin, daß die Fäden noch heiß in der Spinnkaomer statt in gekühltem Zustand verstreckt werden« Siesee Verfahren bringt jedoch seine eigenen¹ Schwierigkeiten »it eich, da es sehr hohe Anforderungen an die verwendete Apparatur stellt, damic Zug, Fadenlauf geschwindigkeit und Efthlgeschwindigkeit so gleichmäßig bleiben, wie es für eine gute Gleichmäßigkeit des Garns erforderlich ist. Diesen Anforderungen genügen die verwendeten Vorrichtungen insbesondere dann nicht leicht, wenn

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das Gam aus einer großen Ansahl Einzelfäden, beispielsweise aua 30 oder mehr Einzelfäden besteht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren sum kontinuierlichen Verspinnen und anschließendem Verstrecken (molekular Orientieren) eines Poly-£~caproaaildgarns durch Extrudieren einer Anzahl von Einzelfäden in eine sasktthlsone aus einer al0 Hauptbestandteil Poly-^-cafroamid enthaltenden Schmelze, Kühlen der Fäden in dieser Zone und anschließen* des Verstrecken der gekühlten Fäden. Bas Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Schneise kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 11,34 kg/h extndiert, die Temperatur der Fäden bis auf nicht über 55⁰O , gen·seen duroh ein mit den Fäden in Eontakt stehendes Widerstandsthermometer, senkt und das aus der Kühlssone austretende Garn kontinuierlich in eine Veretreckeono führt, :.» der es unter einem Verstreokungsverhältnis von wenigstens 3,5:t verstreckt wird.

A3 wurde gefunden, daß ein Poly-^-caproaoidgarn, einschließlich eines Garns von hoher Denierzahl je Faden, beiepielaweiee 40 bis 100 Denier je Faden (unverstreckt)_; kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit von wenigstens 11,34 kg/h und vcrztigsweiras einer Austrittgesciiwindlgkeit aus der Kühlr.one ~νοτ*;;,#05 m/min, extrid;Urt und

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7"

dieses Garn kontinuierlich, ohne si.'ischen&urch aufgewunden zu werden, "bei einem Verstreckungsverhältnis von vrenigatens 3,5:1 veretreekt werden kann, wenn die extrudierten Fäden intensiv gekühlt werden, "bevor sie verstreckt werden. Die Doppelbrechung der nicht verstreckten Fäden beträgt nicht mehr als 0,005. Insbesondere wird bei dem Ver- · faliren eier Erfindung eine verhältnismäßig große Anzahl kräftiger Einzelfäden, nämlich wenigstens etwa 60 Einzelfäden mit einer Deniersaal von etwa 40 bis 100 (unverstreckt) in eine einsige Kühlzone ertrodiert, und die Kühlung dieser ©xtmdierten Fäden erfolgt mit Kühlluft, die mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 6,2 bis 18,7 3i ,je kg eintretender Fäden (Standardtemperatur und -druck) und mit einer Einlaßtemperatur von vorzugsweise nicht über 35⁰O in den Kühlscbacht eintritt. Zweckmäßig wird die Kühlluft in der Kühlsono in verschiedene Richtungen geleitet. Ein geringer Anteil, insbesondere 1 bis 25# der insgesamt eintretenden Luft strömt aufwarte und wird neben der Spinndüse abgeführt, während der Hauptteil weiter aufgeteilt wird, indem man ihn ewiochen swei Lufteinlaßaonßn* von denen dis erste wenigstens 1,52™ über der Hauptauütrittszone und die andere wenigstens 1,5 2 m unter dieser Hauptaustritt&zone liegt, verteilt.

Die Zeichnung ist ein Fließschema, das die Hauptmerkmale der Erfindung veranschaulicht. Das Garn 1 wird in der

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Form von Fäden von einem Spinnblock 4 in einen Kühlschacht 2 extrudiert. Ära oberen Snde des Kühlechachts befindet sich eine Luftverteilerkairiiasr 6 und darüber ein Sammelraum für Monomeres 8. Von der in die ■Verteilerkammer S eintretenden Luft strömt ein geringer ' Teil nach oben in den SaumeIraum 8 und von dort nach außen, während der Hauptteil der eintretenden Luft in gleicher Richtung wie extrudieren Fäden nach unten strömt und über einen Sammelraum 10 nach außen abgelassen wird. Weitere Luft strömt vom unteren Ende dee

Schachte 12 an dar Austrittestelle der Fäden in den Schacht ein und strömt entgegengesetzt zum Fadenlauf in die Sammelkammer 10 und von dieser nach außen« Pur diesen letzten Teil dor Kühlluft kann, statt daß man sie durch das offene Ende dee Schachts 12 eintreten läßt, gewünscht enfalls eine weitere Yertellerkammer vorgesehen sein. Be¹ einer derartige Aufteilung und Zuführung der Kühlluft ^let es möglich, deren Temperatur und Feuchtigkeit unabhängig von der Luft der Umgebung zu steuern.

Ton dem unteren Austritteende 12 deo Kühlschaohtes laufen die Fäden über einen üblichen Fadenreiniger 1* und dann über eine übliche Ausrüstungswalae 16. Von dort

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läuft das Garn um aie erste Streokwalse 18 und wird zwischen dieser und der sv/sitsn Streckwaise 20 verstreckt. Eine dritte W alze 22 kann vorgesehen werden* wenn das δοτή noch durch eine v/eitero Behandlungszone, "beispielsweise eine Yiärmebehandlungs2one, geführt werden

Boll. Mittels einer Spülmaschine 24 wird das Garn entweder direkt von der zweiten Streckwalze oder, nachdem es die erwähnte weitere Behandlungszone, beispielsweise eine mit einer Heisvorrichtung 26 ausgestattete Wärmebenandlungszone durchlaufen hat, von der dritten Streckwalze 22 aufgespult.

Die Temperatur des O-arnes unmittelbar nach seinem Austritt aus der Schachte" ff nung 12 kann gemessen werden, indem man es in Eontakt mit einem Widerstandsthermometer 30 führt. Gemäß der Erfindung soll diese S.saperatur 55⁰O oder weniger "betragen.

In den folgenden Beispielen, deren Zahlenwerte in der Tabelle zueammengestellt sind, sind bevorzugte Ausführungsformen de a Verfahrene der Erfindung Vergleiehöbeispielen gegenübergestellt, um zu veranschaulichen¹, daß dia Einhaltung der beanspruchten Bedingungen wesentlich für den Erfolg des Verfahrens ist,

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Für Bile Beispiel« wurde eins Splnnappartit'ur in.it einem für das Schmelzspinnen üblichen sön&geffill ten Spihnbloek nit einer Spinnplatte mit 136 Spiimdüsen von j.e 0,457 mm Durchmesser verwendet. Unter der Spinnplatts befand sich ein vertikaler Schacht mit einer 0,30 m untor der Spinnplatte angeordneten Luftverteilerkainmar, einem Sammelraum für Kononeres über der I/uftverteilorkamraer und einer Hauptlufteemmelk&mmer, etvra 3,66 m unter der Verteilerkanmer für die eintretende Luft rind etv/a 2,4 m über dem unteren Ende des Schachts. Der g&nse Schacht war etwa 6,71 m lang. Der Aufbau o:üieo solchen Schachts int im einzelnen in der USA Patentschrift 3 257 veranschaulicht.

Dia Temperatur der eintretenden luft betrug 2Q⁰C und i hro relative Feuchtigkeit bei dieser Temperatur 65#. Diese Luft wurde bei der Durchführung des 7erfakrans der Erfindung mit einer GeschwlndiGkeit von 1,133 m /min. (Stand&rdtemperatür und -druck) durch die Lrftverteilerkammer 6 in den Schacht eingesaugt, wSl?i-end die luftaufuhrgeechv/iudigkeit in den übrigen Ansät sen variierte,'trie, in der Tabelle ai)gegeben. Bei der* Durchführung das Terfahrenp der SrfJ.udung tvab άϊο Luft Kit einer Geechwindig-P;oit von 2,263 m /min. durcl· die HaupteenrmeJJcttmracr au β» ά in aliofl An&lilzcm vv.rdi¹.-'. über d.?o

7 0 Π η 1 11- Γ) 9

^ 9 „

am oberen Ende des Schachtes 0,425 Ms 0,5ö6 n^/min. Luft und MonoEier&üKipx'ß aussogen. Differenzen zwischen eintretenden und abströmenden G-aoen und DUmpfen wurden durch am unteren Ende des Schachtes, wo die Fäden aus diesem austreten.» xarbev der KauptluftearnmelTcainrier ein- oder auetretende !ruft ausgeglichen.

Die Temperatur der Schjnelse vor dem Extrudieren durch die Düsen "betrug etwa 257⁰O und die Geschwindigkeit dee Extrudierens 18,1 kg/h oder (Beispiel 2} 13,6 kg/h»

Die Raumtemperatur am Austrittsende ds ε. Schachtε wurde mittels eines Widerstandsthermometera, d„h. eines handelsüblichen temperatursmpfindlichen und in Glas eingekapselten Halbleiters atie gesinterten Metalloxiden mit einora Widerstand von etwa 100 000 ohm bei 20⁰C, dessen Widerstand einen negativen Temperaturk3effizienten hat, gemessen, wobei das Garn in Kontakt But diecem Wider s tand sthermome ter läuft _o

Nach dem Austritt dos Garns aus dem Kühlschacht wird es auf einer Ausrüstungewalze mit einer nicht wäßrigen Ausrüstung versehen und lauft dann in drei Windungen über eine Streckv/alse (eiu.s Vialr«e und oinsio Tronnstift),

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dann in drei Windungen über eine zweite, eich mit höherer Ümfang3g3sciiwindi3keit als die erste drehende Streckwalze, so daß das Garn vor.«treckt wird, und dann auf eine übliche Parallelspuj.maüchine_f durch die es unter leichtem gesteusrcen Zug aufgespult wird. Die unten angegabenen Verstreclcungsvorhältniase sind die Verhältnisse der Umfangsgeschwindigkeiten der zweiten und der ersten Streckwalze.

Die in den Beispielen 1 und 2 gemäß der Erfindung und den Vergleichebaispielen angewandten Bedingungen und die phyeikalsohen Eigenschaften des erhaltenen vertreckten Garnß (gemessen auf dem loetron-Zugtester) 3ind in der Tabelle angegeben. Alle Bedingungen mit Ausnahme der in der Tabelle angegebenen waren gleich.

Tabelle

Kühl-

austre-

luft

5inla3 Auelaß ⁰C

VergleichsbßispiG-Ie

Beispiel

B
C

0,566 H2

1.70 1.1» 75

2,85 2,266 65

1,155 2.266 52

Beispiel _χΛ^

Doppel- Kazi- Physi- Eigen

brechung 3&I03 kali- schcf

des nicht Ver- sehe ten

verstreck-σtrek- Reiß- Reiß-

ten Ga?nc 3a«33- deh- feetis

varhält-nung keil

nis f> g/den.

0,50

0,ü25
0,0!5
0,004

0,002

5,05 70,1

5.85 56,0

4,00 50.4 BAD

4,8

Dar] Garn von Beispiel 1, das keiner Wärmebehandlung unter«- worien wurde, hatte eine Schrumpfung in siedendem Wasser von etwa 20$, Dieser V/ert konnte durch öine Wärmebehandlung beträchtlich herabgeeetzt werden und diese Herabsetzung der Schrumpfung war begleitet von einer Zunahme^ der Reißdehnung bei geringer oder gar keiner Änderung der Reißfestigkeit.

Εε fällt auf, da3 das Garn, wenn ec bei seinem Austritt au« dem Kühlsohaoht eine Temperatur nicht über 55⁰G hat, mit einem VerstreckungSverhältnis υ on wenigstens 3»5 verstreckt werden kann, während die Reißdehzmng des Garnes nicht mehr als 60^ beträgt.

Insbesondere vrenn Fäden hoher Denierzahl, beispielsweise 4-0 bis 100 Denier je unverstreckten» Faden, verarbeitet werden sollen, ist es wesentlich, ein Yerstreckungsverhältnis von wenigstens 3»5 anzuwenden. Weniger verstreekte Fäden haben im allgemeinen eins verhältnismäßig geringe Reißfestigkeit und eins verhältnismäßig hohe Reiüsdehnung. Außerdezi siiehan aich diese kontinuierlich gesponnenen und verntreckten Garne b<?.im Stehen "beträchtlich wieder cusaumen. Ι'ρ.5ι·το"ί kann ea ^u einer 7erfonrimg des aufgeepulton Garn^aKetB koiTimen nivl die mm Wiiiduü^ot) dsf. Qi^a.i:<H? k'drvjGp. nioh v.ntarej.rn*idor v

·'■ « " ⁽ⁱ ' ' ' ¹ » '« ¹ BAD OR₁Q₁NAt

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können. Wexra ein großes Paket fest genug gespult wird, um axa Kern zu haften, kann durch ein solches Zusammenziehen dee vex*streckten Garnes sogar der Kern gesprengt werdenο

Gemäß der Erfindung kann den Garn eine ausreichende Maßhaltigkeit verliehen werden, so daß Pakete von 0,9 kg und mehr aufgespult v/erden können. Diese Maßhaltigkeit kann erreicht werden, indem man das Garn einer Wärmebehandlung unterwirft oder indem man es unter einem geringeren als dem maximal anwendbaren Verstreckungsverhältnis verstreckt (d.h. unter einem geringeren Teretreckungsverhältnis als dem höchsten, bei dem nicht mehr als insgesamt 0,13 von gerissenen Fäden herrührende Schlingen auf den Walzen und Reißstellen des Grrns in der Verstreekungssone (\<raps and breaks) je kg aufgespultes Garn auftreten). Die Wärmebehandlung kann erfolgen, indem man das Garn durch eine Heizzone laufen läßt, wobei man entweder seine Länge konstant hält oder eine beschränkte Kontraktion Euläßt. Aaweuobare Wärmebehandlungen sind beispielsweise in den TJSA Patentschriften 2 199 411, 2 803 108 und 2 859 472 beschrieben. Gewünschtonfalls kann die für die Wärmebehandlung erforderliche Wärme direkt der zweiten Verstreclmngewalse zugeführt werden,

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beispielsweise v/Ir in aer ¹USA Ρε.ΐanfcschrift 2 611 923 beschriebeni

Die hohe Sckrrumpfimg von nach c-sm Verfahren der Erfindung erzeugte Ri 3am kam», für verschiedene bekannte Sworko . genützt worden_e Beispielsweise Scann ein Garn mit hoher Schrumpfung mit einem Garn geringer Schrumpfung verdreht, verschlungen oder in anderer Wgj.3G konbinisrt werden, εο daß, wenn ein solches Mehrkismponentengarn Schrampftaigebedingungen, beispielswelpo trockener Wärme oder einem heißen wäßrigen Bai auBgesetst wird, der Unterschied der Schrumpfung ©ine Kräuselung oder Faltung des Garnea verursacht. Ein Garn derart hoher Schrrnrpfuug läßt sich auch !sieht duroh verschiedene Y^ixmeEie-vhoden, wie die aus den USA PafcantBchriften 2 875 502 und 2 919 bekannte Heißkantenkräuselimg und die &vs der üSü Patentschrift 2 97Λ 391 bekannte HeißatiftkrauGGluni;, kräueoln.

Die obigen 7ergleicft3versiithe ivurden mit einem hauptsächlich aus Poj.ycaproamid bestehtnöcn Poljxiar diarcfcge« führt. Dfti3 '/erfahren der Erfindung kann aber auch an Fäden, die isum gröBcren Teil aus Polyeapcoaroid bestehen, angewandt werden. Beispie]aweiee können Geffiiir.che von

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Polyca; roamid mit einem damit verträglichen Polymer oder Dispersionen eines nicht damt verträglichen Polymer in Polycaprolactam in gleicher Weise, wie in deai Baispielen "beschrieben, und mit gleichen oder ähnlichen Ergebnissen verarbeitet werden. Beispiele für solche Gemische sind Gemisch«; von PolycaproaiirLd mit einem geringeren Anteil einee anderen Polyamids, wie Nyloa-66 oder Kylon-6,10 oder einem Polyamid aus einer Diearbonsäure und einem einen Ring enthaltenden Diamin, beispielsweise einem Diamin, dae einen aromatischen oder cycloaliphatische Ring enthält; oder ein Polycaproamid, in dem ein Polyester, wie Polyäthylenterepfciialat; oder ein Polyolefin oder eine Polyvinylverbindung, wie Poly&thylen, Polypropylen, Polyotyrol oder Polyvinylchlorid; oder Bin Acrylpolyner, wie Polyacrylnitril oder Polyisetaylmüi;hacrylat; oder ein Copolymer,· oder ein GremiBch solcher Polymerer dispergiort i.3t.

In dem zu verspinnenden Material können auch noch andere Modifizierungsmittel, vie Pigmente, Stabilisatoren und Gleitmittel, wie beispielsvoise in den USA Patentschriften 2 705 227 und 3 242 134 beschrieben, ' anwesend sein.

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Claims (3)

1. P a teat a η ε ρ r ü C₁ Ji₁ c

   1„ Verfahren zum kontinuierlichen Verspinnen und anschließendem Verstrecken (siolekular Orientieren) einen · Poly-£~cap?oamidgarn3 durch Extrudieren einor Anzahl von Fäden in eine Gaskühlsons au.s einer als Hauptbestandteil Poly~£-caprcaniid enthaltenden Schmelze, Kühlen der Fäden in diesar Zone und anschließendes Verstrecken der gekühlten Fäden» ά a d, u r ο h g e lce'iinseichnet, daß man die Schmelze kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 11,34- kg/h extrudiert» die Temperatur der ?ädöa bis auf nicht über 55⁰C, gemessen durch ein mit den Fäden in Kontakt p Widerstandethermoiaa fcer, senkt und das aus der .Kühlzone austretende Garn kontinuierlich in eir-e Verstreclcungszone führt, in der es unter einen VeretrsckungaTrerhältnis von wenigstens 3.5:1 verstreckt wird,
2. 2. Verfahren nacl?. Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß vronigetene 6C Einzelfäden gleichiseitig· in die ITÜhlzone extrudiort werden., v?ol?ei jeder Paden in unverstrocktem Zustand eine Denierzahl in dem Bereich von 40 Με 100 hat, und das so erhaltene

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   Garn kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von

   wenigstens 305 ra/min. zu einer Verctreckungsssone geführt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teaperaturoenkung der extrudierten Fäden dadurch "bewirkt wird, da3 man Fäden mit luft mit einer Temperatur Ton nicht über 35⁰O, die mit einer Geschwindigkeit von 6,2 bis 18*7 m /Je kg «intretende Fäden (Standard tempera tor und -druck) eintritt, in Eontakt bringt und einen geringen Teil dieser Luft aufwärts in die Nähe der jpinnplatte führt, während der größere Teil Über eine Hauptluftsammelaone zwischen Bwei Lufteinlaßzonen, von denen die eine wenigstens 1,52 m über der Haupteammelzone und die andere wenigstene 1,52 la unter dieser Saramelzone angeordnet ißt, abgeführt wird.

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