DE1940621B2 - Verfahren zur Herstellung von Fäden durch Schmelzspinnen eines thermoplastischen Polymeren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Fäden durch Schmelzspinnen eines thermoplastischen PolymerenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren /ur Herstellung
von Fäden durch Schmelzspinnen eines thermoplastischen Polymeren durch eine Spinndüse mit mindestens
4 Düsenöffnungen pro cmJ wirksamer Düsenlläche
und Führen der so gebildeten Fäden durch eine Luftstrecke von weniger als 2,5 cm Länge in eine
Abschreckflüssigkeit.
Bei der Herstellung von Fäden aus thermoplastischen Polymeren wird das geschmolzene Polymere
üblicherweise durch die Öffnungen einer Spinndüse in einen Bereich versponnen, in dem die Temperatur
niedriger als diejenige des geschmolzenen Polymeren ist. In dem kühleren Bereich werden Fäden gebildet,
die ausreichend fest sind, um kontinuierlich von einer
fadenführenden Vorrichtung abgezogen zu werden. Herkömmlicherweise wird das geschmolzene Polymere
durch eine Spinndüse gesponnen, deren Öffnungen sich in einem relativ großen Abstand voneinander
befinden, um neu gebildete Fäden so lange getrennt zu halten, bis sie ausreichend verfestigt sind,
um ein Verkleben oder Verschmelzen zu verhindern. Die Fadenausbeute pro Spinndüse ist unter diesen
Umständen selbst bei höchstmöglichen Aufwickelgeschwindigkeitcn
gering. Eine größere Spinndüse kann auf Grund hoher Drücke bei der Schmelzextrusion
nur in beschränktem Maße verwendet werden.
Der große Abstand von Öffnung zu Öffnung in bekannten Schmelzspinndüsen steht im Gegensatz zu
demjenigen, welcher beim Lösungsspinnen von Viskose verwendet wird, bei dem die Öffnungen in so geringem
Abstand voneinander angeordnet sind, daß ein aus mehreren tausend Fäden bestehender Strang
in einer einzigen Spinnstelle gesponnen werden kann. Da geringer Betriebsraum, geringere Investition sowie
geringere Kosten für Arbeitskraft und Wartung erforderlich sind, erlaubt diese hohe Dichte von Düsenöffnungen
die Herstellung von Fäden bei wesentlich geringeren Kosten, als dies beim bekannten Schmelzspinnen
möglich ist.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Schmelzspinnverfahrcn
besteht in der Schwierigkeit, die einzelnen Stufen der Garnherstellung zu koppeln. Nach der
Verspinnung eines Fadens ist allgemein ein Verstrecken erforderlich, um die mechanischen Eigenschaften
der Fäden zu verbessern. Das Einbringen des Fadens in den Verstreckungsvorgang erfolgt jedoch
üblicherweise bei einer Geschwindigkeit, die von der Geschwindigkeit des Herausführens aus dem Spinnvorgang
verschieden ist. Beispielsweise kann es nötig sein, den Faden bei einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit
zu verstrecken, als er versponnen werden soll. Unter solchen Umständen ist es üblich,
das Verfahren der GarnherMellung zu unterbrechen, das heißt die Fäden vorübergehend nach dem Spinnvorgang
für späteren Gebrauch in der Verstreckungsstufe /u speichern. Selbst wenn es möglich sein
ίο sollte, die Fäden bei ausreichend hoher Geschwindigkeit
/u \erstrecken, so daß sie direkt von der Spinnstufe
aus verwendet werden können, überfordert die Geschwindigkeit der Fäden am Ausgang der Verstreckungsstufe
häufig die Kapazität der zur Zeit vertilgbaren Garnverarbeiuingsvorrichtungen.
Diese Schwierigkeiten ließen sich dadurch vermeiden,
daß die Fäden ausreichend langsam extrudiert werden, um die versheckten Fäden bei annehmbarer
Geschwindigkeit aufzufangen. Ein derartiges Hilfsmittel würde jedoch die Produktivität herkömmlicher
.Spinnverfahren vermindern, so daß es wirtschaftlich
weniger erwünscht ist.
Es wurde schon vorgeschlagen. Schmelzspinnfäden
bei hohe. Fadendichte pro wirksamer Düsenfläche unter Verwendung einer quer gerichteten Luftabschreckung
\on zumindest 49 m min auf 2,54 cm nach dem Austritt aus der Spinndüse herzustellen,
um die Fäden innerhalb von 5 cm Entfernung von der Spinndüse zu verfestigen. Dieses Verfahren konnte
jedoch nicht ohne Verklebung oder Verschmelzung der Fäden durchgeführt werden. Selbst wenn ein derartiges
Verfahren sich als geeignet erwiesen hätte, wäre es den Gefahren eines Ausfalls der Luftzufuhr,
unerwünschten Schwankungen in der Luftströmungsgeschwindigkeit,
unkontrollierten Luftströmen usw ausgesetzt gewesen.
Aus der französischen Patentschrift I 313 873 ist die Herstellung von Fäden durch Schmelzspinnen
durch dnc Spinndüse mit 4 Düsenöffnungen pro cmJ
Düsenlläche bekannt, wobei zwischen Spinndüse und dem Abschreckmittel ein Abstand von weniger als
2.54 cm sein soll. Bei hohen Spinngeschwindigkeiten treten jedoch auch bei diesem Verfahren Verklebungen
der Fäden auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun dann, ein Verfahren zur Herstellung von Fäden durch Schmelzspinnen
eines thermoplastischen Polymeren und Führen der gebildeten Fäden in eine Abschreckflüssigkeit
zur Verfügung zu stellen, wobei eine Verschmelzung
5u der nebeneinanderliegenden Fäden während ihrer
Herstellung verhindert werden soll.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß die Oberflächenspannung der Abschreckiiüssigkeit
unterhalb von 65 dyn/cm gehalten wird.
Bevorzugt bringt man die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeit auf den gewünschten Wert durch
eine Zugabe eines oberflächenaktiven Stoffes.
Die nach der Erfindung hergestellten Fäden unterscheiden sich durch eine geringere Kristallinität und
Steifigkeit in vorteilhafter Weise von in bekannter Weise hergestellten Fäden.
Bei einer Erhöhung der Zahl der Düsenöffnungen auf über 4 pro cm- ist es vorteilhaft, die Oberflächenspannung
der Abschreckflüssigkeil noch weiter unter den Wert von 65 dyn/cm abzusenken. Bei einer Fadendichte
von zumindest (1 Spinnöffnungen pro cm-' sollte die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeit
vorzugsweise unterhalb 55 dyn/cm gehalten wer-
den. Um größere Sicherheit zu gewährleisten, daß ein Verschmelzen benachbarter Fäden verhindert
wird, sollte die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeil allgemein vorteilhafterweise unter 40dyn
cm gehalten werden.
Das errindungsgemäße Verfahren läßt sich für jedes aus einer Schmelze verspinnbare, synthetische, organische,
thermoplastische Polymere verwenden, wie L B. Polyamide, Polyester, Polykohlenwasserstoffe.
Vinylpolymere, wie z. B. Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und ihre Copolymere, Acrylpolymere,
wie z. B. Polyacrylnitril, wenn es ausreichend weichgemacht worden ist, um es schmelzbar zu machen.
Copolymere von Acrylnitril, halogenierte Kohlenwasserstoffe,
wie z.B. Polychlortrifiuoräthylen. Polyacetale, Polyanhydride, Polyoxymethylene, Polyformale.
Poiyäthcr, Polythioether, Polysulfide, Polythioester, Polysulfone, Polythiohamstoffe, Polythioamide.
Polysulfonamide, Polyimide und Polytriazole. Die bevorzugte Gruppe von Polyamiden schließt
Polymere, wie z. B. Poly(hexaniethylendipamid)
Pol\(he\amethylensebacamid). Poly(epsiloncaproamid)
und ihre Copolymere ein. Unter den zu erwähnenden Polyestern befinden sich a.ißer Poly(aih\-
lcnterephthalat) die entsprechenden Copolymeren, »eiche Sebacinsäure, Adipinsäure, Isophthalsäure
enthalten, sowie die Polyester, welche aus den Glykole η abgeleitete Einheiten mit mehr als zwei Kohlenstoffen
in der Kette, z. B. Diäthylenglykol, Butenflvkol, Decamethylenglykol und Trans-bis-l,4(hytiroxy
methyl)-cyclohexan, enthalten.
Die Zeichnung zeigt eine diagrammatische Darstellung einer Vorrichtung für die Durchführung der vorliegenden
Erfindung.
Im Extruder Il wird das Polymere (/.B. Polypropylen)
geschmolzen und über getrennte Kanäle in fwei von Motoren 12 und 13 betriebene Spinnpumpcn
den Spinndüsen 14, 15 zugeführt. Die Temperatur
(Her extrudieren Schmelze liegt allgemein im Bereich !wischen etwa 204" und 343''C für Polypropylen.
Der Extruderdruck liegt allgemein im Bereich zwischen etwa 70 und 140kg/cm-. Die gebildeten Fäden
laufen durch eine Luftstreckr: 16 in eine Abschreckflüssigkeit
17, wie z. B. Wasser, die sich im Abiehreckbehälter 18 befindet. Die Fäden aus der
Spinndüse 14 laufen um einen festen Führungszapfen 19 zu einem zweiten festen Führun^szapfcn 21. Die
Fäden aus der Spinndüse 15 laufen um den Führungszapfen 21 herum und können mit den Fäden aus der
Spinndüse 14 zur Bildung eines Strangs 22 kombiniert werden. Der Strang 22 wird aus dem Abschreckbehälter
18 abgezogen und durch eine Spannungsleiter aus rostfreien Stahlstangen 28 und geschlitzten
Rohren 29 geführt. Die Stahlstangen 28 erzeugen eine konstante Spannung, so daß die Fäden gleichförmig
durch die Walzen Jl hindurchlaufen. Die mit Ouerschlitzen versehenen Rohre 29 sind über Leitung
32 mit der Vakuumpumpe 33 zum Abziehen von überschüssigem Wasser von den Fäden verbunden.
Das Fadenbündel wird dann durch einen Satz Streckwalzen 34 durch den Ofen 35 gezogen. Eine
walzenähnliche Auftragsvorrichtung 36 kann zwischen dem Ofen 35 und den Streckwalzen 34 eingesetzt
werden, um ein Ausrüstungsmaterial auf die verstreckten Fäden aufzubringen.
Die verstreckten Fäden werden um eine Führungswalze 37 und sodann zwischen Haltewalzen 38 und
39 in eine Kräuselvorrichtung 41 geführt. Der gekräuselte Strang wird in einen J-förmigen Behälter 42
eingebracht, der mit einem Druckschalter 43 versehen ist. Der gekräuselte Strang wird aus dem Behälter 42
heraus und um die Führungswalze 44 mittels der Walze 45 herumgeführt, weiche von einem Motor 46
mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Druckschalter 43 betrieben wird. Der gekräuselte
Strang wird sodann über die Führungswalze 47 in die Stapelschneidvorrichtung 48 geführt. Der zerschnittene
Stapel kann in einem Vorratsbehälter 49 gelagert werden.
Das oberflächenaktive Mittel kann durch die Leitung 61 in die Leitung 54 eingeführt werden, in der es
mit der Abschreckflüssigkeit vermischt wird. Die Zusalzmenge des oberflächenaktiven Mittels kann durch
die Mengensteuervorrichtung 62 gesteuert werden, welche ein in der Leitung 61 angeordnetes Ventil 63
betätigt, das auf die durch den Strömungsmesser 64 angegebene Strömungsmenge der Abschreckflüssig-
2t) keit durch die Leitung 54 anspricht, sowie durch
das gewünschte Verhältnis des oberflächenaktiven Mittels zur Abschreckfliissigkeit, dargestellt durch
den Hingang 65.
Die Länge der Luftstrecke 16 zwischen der Spinndii^e
14, 15 und der Oberfläche der Abschreckrlüssigkeit
17 erwies sich bei der Herstellung von Fäden hoher Dichte als kritisch. Allgemein sollte die Luftstrecke
eine Länge von weniger als 2,5 cm, vorzugsweise weniger als 1,3 cm aufweisen, wenn die Spinndüsen
14, 15 mindestens 4 Spinnöffnungen pro cm-' wirksame Düsenfläche enthalten. Der Ausdruck
>wirksame Düsenfläche« bezeichnet den von der äußeren Linie der Spinnöffnungen eingeschlossenen
Bereich.
B e i s ρ i e I I
r.in Versuch mit Polypropylen mit einem Schmelzindex
von etwa 12 wurde mit einer Spinnabschrcckvorrichtung der in der Zeichnung beschriebenen Art
4» uiitLi Verwendung eines 5-cm-Extruders und einer
einzigen Spinndüse durchgeführt. Die Spinndüse enthielt 752 Öffnungen mit einem Durchmesser von
0.51 mm bei einer Fadendichte von IO Spinnöffnungen pro cm- wirksamer Düscnflächc. Die Länge der
Luftstrecke betrug 1,3 cm. Leitungswasser einer Temperatur von etwa 21° C und einer Oberflächenspannung
von etwa 72dyn/cm wurde als Abschreckfliissigkeit verwendet. Die versponnenen, mit Wasser
abgeschreckten Fäden wiesen einen Titer von 262 den pro Faden auf und wurden aus dem Abschreckbehälter
mit einer Geschwindigkeit von 14 m/min abgezogen. Die Fäden wurden sodann kaltverstreckt
und wiesen dann einen Titer von etwa I 16 den pro Faden auf. Eine erhebliche Anzahl von Fäden verklebte
und verschmolz miteinander nach dem Austritt aus der Spinndüse. Ein oberflächenaktives Mittel
wurde sodann zugesetzt, um die Oberflächenspannung des Abschreckwassers auf unterhalb 40 dyn/cm herabzusetzen,
wodurch das Problem der Fadenver-Schmelzung umgangen wurde.
Ein zweiter Versuch wurde mit der gleichen Vorrichtung durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die
abgeschreckten Fäden aus einem Abschreckbehälter mit einer Geschwindigkeit von etwa 38 m/min abgezogen
wurden, mit einem Titer von etwa 62,5 den pro Faden. Die Verwendung eines oberflächenaktiven
Mittels, durch das die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeit auf unterhalb 40 dyn/cm gehalten
wurde, verhinderte wiederum die Verschmelzung der Fäden.
Ein dritter Versuch wurde unter Vermeidung eines oberflächenaktiven Mittels bei einer Temperatur des
Abschreckwassers von 77' C und einer Oberflächenspannung von etwa 63 dyn/cm durchgeführt. Eis
konnte keine bemerkenswerte Verschmelzung der Fäden festgestellt werden.
hin Versuch mit Polypropylen mit einem Schmelzindex
von etwa 12 wurde in einer Spinnabschreckvorrichtung der in der Zeichnung beschriebenen Art
unter Verwendung eines 6,4-cm-Extruders sowie einer Spinndüse durchgefühlt, welche 1000 Spmnötfnunuen
mit einem Durchmesser von 0.41 mm aufwies,
bei einer Fadendichtc von 8 SpinnüfTnungen pro cm- wirksame Düsenfläche. Die Preßtemperatur des
Extruders betrug 302° C für eine Schmelztemperatur von etwa 254" C bei einer Produktionsleistung von
etwa 56 kg pro Stunde. Die Walzen 31 wurden bei IK)' (_' und 30,5 m/min betrieben. Leitungswasser,
welches ausreichende Mengen an oberflächenaktiven Mitteln zur Herstellung einer Oberflächenspannung
von weniger als 40 dyn/cm enthielt, wurde bei einer Arbeitstemperatur von 41° C als Abschreckflüssigkeit
verwendet. Wenn die Luftstreckc eine Länge von 2,54 cm überschritt, verklebten und verschmolzen die
Fäden. Lag die Länge der Luftsirecke zwischen 2.54 cm und 1,30 cm, wurden nur noch wenige Fälle
von I-'adenvcrschmclzung festgestellt. Wurde die
1 auge des Luflspalts auf etwa 3,2 bis 6,4 mm herab
uesetzt. entfiel das Problem der Verschmelzung
Hierzu I Blatt Zeichnungen
QQA
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Fäden durch Schmelzspinnen eines thermoplastischen Polymeren
durch eine Spinndüse mit mindestens 4 Düsen-Öffnungen
pro cm- wirksamer Düsenfläche und Führen der so gebildeten Fäden durch eine Luftstrecke
von weniger als 2,5 cm Länge in eine Abschreckflüssigkeil, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeit unterhalb von 65 dyn-cm gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenspannung der
Abschreckflüssigkeit durch Zugabe eines oberflächenaktiven Stoffes auf den gewünschten Wert
gebracht wird.
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