DE19600090A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von schmelzgesponnenen Monofilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von schmelzgesponnenen Monofilen mit einem Durchmesser von 60 µm bis 2500 µm aus fadenbildenden Polymeren, insbesondere Polyamid. In diesem Verfahren wird die Polymerschmelze aus einem Spinnkopf in Luft abge­ sponnen, in einem Spinnschacht mit einem definierten Luftgeschwindigkeitsprofil seitlich angeblasen und dann in einem Flüssigkeitsbad abgekühlt.

Die Verfahren zur Herstellung von Monofilen aus thermoplastischen Polymeren ohne zusätzliche Luftanblasung zwischen Spinnkopf und Spinnwanne mit einer Kühlflüssigkeit sind grundsätzlich bekannt. In dem Handbuch der Kunststoff-Extrusionstechnik 11, Carl Hauser Verlag München, Wien, 1986, Seiten 295 bis 319 sind die bekannten Verfahrensschritte im einzelnen beschrieben. Danach können thermoplastische Monofile (mit einem Durchmesser größer als 60 µm) durch Abspinnen, z. B. in Wasser, mit einer Auslaufgeschwindigkeit der fertigen Monofile von maximal 600 m/min produziert werden.

Monofile mit wesentlich kleinerem Querschnitt und multifile Fäden werden mit einer deutlich höheren Auslaufgeschwindigkeit nach anderen Verfahren direkt in Luft als Kühlmittel gesponnen. So beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 41 29 521 A1 eine Vorrichtung zum Schnellspinnen von multifilen Fäden bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von mindestens 2000 m/min.

Bei dem letztgenannten Verfahren werden Monofile bzw. multifile Fäden in Luft abgesponnen und direkt aufgewickelt. Eine Besonderheit dieses Verfahrens ist die dabei verwendete Kühleinrichtung. Sie besteht aus einem porösen, in Spinnrich­ tung offenen Rohr, welches konzentrisch zu der Fadenschar angeordnet ist. Bei der hohen Aufwickelgeschwindigkeit wird auf eine aktive Zufuhr eines Kühlmediums verzichtet. Das dort beschriebene Verfahren bezieht sich auf Filamentgarne mit einem Einzeltiter der Filamente von 0,1 bis 6 dtex und ist nicht auf Monofile mit einem Durchmesser von größer 50 µm (ca. 22 dtex) anwendbar.

Aus der internationalen Patentanmeldung WO 91/11547 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schnellspinnen von Monofilamenten mit einem Einzeltiter von 1 bis 30 dtex (entsprechend ca. 10 bis 57 µm) bekannt. Hierbei werden die schmelzgesponnenen Monofile mit Blasluft gekühlt, über ein Reibelement abgezogen, mit einer Präparation versehen und mit einer Geschwindigkeit von bis zu 6000 m/min aufgespult. Dieses Verfahren unterscheidet sich grundsätzlich von dem Verfahren gemäß DE 41 29 521 A1 bezüglich der aktiven Kühlung der Monofile durch Blasluft und durch die Anwendung des Reibelementes, über das die Fadenspannung beeinflußt wird.

Prinzipiell sind beide Direktspinnstreckverfahren (nach DE 41 29 520 A1 und WO 91/11547) durch die ungünstige Wärmeabfuhr aufgrund der Luftkühlung und der schlechten inneren Wärmeleitung im Faden auf die Herstellung dünner Mono­ fildurchmesser (d. h. mit einem Fadendurchmesser (57 µm) begrenzt.

In der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 43 36 097.1 ist ein kontinuierliches Hochgeschwindigkeitsproduktionsverfahren zur Herstellung von schmelzgesponnenen monofilen Fäden mit einem Durchmesser von 60 µm bis 500 µm beschrieben. Bei diesem Verfahren werden die gebildeten Polymerfäden unterhalb des Spinnkopfes seitlich über eine Strecke von 1 bis 10 cm mit temperierter Luft aus Blasdüsen angeblasen, um die Laufruhe der Fäden zu stabilisieren. Im Anschluß an die Luftkühlung werden die Polymerfäden in einem Flüssigkeitsbad abgekühlt.

Die Oberfläche der nur durch eine kurze Luftstrecke z. B. entsprechend dem letzt­ genannten Verfahren laufenden und dann direkt in eine Flüssigkeit abgesponnenen Schmelzefäden zeigt eine apfelsinenhautähnliche Struktur. Die Monofile weisen einen Festigkeitsverlust und eine große Streuung hinsichtlich ihrer Knotenfestigkeit auf.

Außerdem kommt es durch die plötzliche Abkühlung der Monofile in der Kühl­ flüssigkeit zu einer ausgeprägten Kern-Mantel-Struktur der Fäden, wobei ebenfalls die mechanischen Eigenschaften der Fäden negativ beeinflußt werden.

Durch die ungünstige Wärmeabfuhr bei der Luftkühlung und der schlechten inneren Wärmeleitung bei solchen Verfahren bei denen nur in Luft als Kühl­ medium abgesponnen wird, wird die Monofilherstellung auf einen Durchmesser von <57 µm begrenzt.

Eine zusätzliche Luftanblasung zwischen Spinnkopf und Spinnbad durch Blas­ düsen auf einer Luftstrecke von 1 bis 10 cm (entsprechend DE 43 36 097) führt zu befriedigenden textilen Eigenschaften bei schnellgesponnenen dünnen Monofilen (mit einem Durchmesser von <200 µm). Für dickere Monofile reicht die Anwendung der beschriebenen Luft-Kühlstrecke nicht aus. Außerdem ist das Ver­ fahren extrem anfällig gegenüber Luftbewegungen im Bereich der Fadenbildung, wodurch die Laufsicherheit der Anlage beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Spinnverfahren für Monofile so zu verbessern, daß die Spinnsicherheit und die textilen Eigenschaften der erhaltenen Monofile, insbesondere ihre Knotenfestigkeit, erhöht werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von monofilen Fäden mit einem Durchmesser von 60 µm bis 2000 µm aus fadenbildenden thermoplastischen Polymeren durch Schmelzspinnen des geschmolzenen Polymeren aus einem Spinnkopf in Luft, seitliches Anblasen mit Kühlgas in einem Spinnschacht, Abkühlen der gebildeten Fäden in einem Flüssigkeitsbad, Entfernen der anhaftenden Flüssigkeit, gegebenenfalls Präparieren, Verstrecken der Fäden in einer oder mehreren Stufen, Fixieren und Aufwickeln der Fäden bei einer Auslaufgeschwindigkeit der fixierten Fäden von 100 bis 4000 m/min, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas eine Temperatur von 0 bis 50°C aufweist und daß das Kühlgas ein über die Fadenlaufrichtung fallendes Geschwindigkeitsprofil, gemessen senkrecht zur Laufrichtung der Fäden, zeigt und daß die Kühlflüssigkeit eine Temperatur von -10 bis 150°C hat.

Das fadenbildende Polymer wird insbesondere aus einem grundsätzlich bekannten Schmelzspinnkopf in Luft schmelzgesponnen, in einem Spinnschacht mit einem definierten Luftgeschwindigkeitsprofil mit temperierter Luft (einer Temperatur von 0°C bis 50°C) bevorzugt von einer Seite aus Blasdüsen oder bei runden Spinn­ düsen ringförmig aus Ringdüsen seitlich angeblasen und dann in einem Flüssig­ keitsbad mit einer Temperatur von 5°C bis 50°C abgekühlt.

Die Luftgeschwindigkeit quer zu den Monofilen beträgt in einer bevorzugten Variante knapp unterhalb der Spinndüse (z. B. in einem Abstand von 0,5 bis 6 cm von der Düse) von 0,1 bis 10 m/sec, insbesondere von 0,1 bis 2 m/sec, und fällt im weiteren Verlauf des Spinnschachtes auf eine niedrigere aber vor allem über die Längsschnitt-Fläche des Spinnschachtes gesehen extrem gleichmäßige Luftge­ schwindigkeit von 0,001 m/sec bis 1 m/sec, insbesondere 0,01 bis 0,2 m/sec.

In einem bevorzugten Verfahren strömt das Kühlgas aus Düsen, die im Spinn­ schacht ringförmig um die Fäden angeordnet sind, in den Spinnschacht und das Kühlgas wird zusammen mit den Ausgasungen aus den gesponnenen Fäden unter­ halb der Blasdüsen abgesaugt.

In einer weiteren Variante des Verfahrens sind die Düsen im Spinnschacht auf einer Seite angeordnet und das Kühlgas wird zusammen mit den Ausgasungen aus den gesponnenen Fäden gegenüber den Blasdüsen abgesaugt.

Bevorzugt ist weiterhin ein Verfahren unter Verwendung eines Spinnschachtes der den Abstand zwischen Spinnkopf und Flüssigkeitsbad ab deckt. Der Spinnschacht kann eine Länge von 2 bis 200 cm aufweisen. Bevorzugt weist der Spinnschacht eine Länge von 8 bis 60 cm auf.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens beträgt die Luftgeschwindigkeit im Spinnschacht quer zu den Monofilen in einem Abstand von 0,5 bis 6 cm von der Spinndüse 0,05 bis 10 m/sec, insbesondere 0,1 bis 2 m/sec. Die Luftgeschwin­ digkeit beträgt im Spinnschacht insbesondere im Abstand von 6 bis 200 cm von der Spinndüse von 0,001 m/sec bis 1 m/sec, bevorzugt von 0,01 bis 0,2 m/sec.

Bevorzugt werden die Monofile mit temperierter Luft einer Temperatur von 0 bis 50°C, insbesondere von 10 bis 30°C, im Spinnschacht angeblasen.

In einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens wird die in den Spinn­ schacht geblasene Luft zusammen mit den Ausgasungen aus den gesponnenen Fäden gegenüber dem Lufteintritt gleichmäßig über den gesamten Spinnschacht abgesaugt. Insbesondere wird im Falle einer Absaugung des Spinngases im Spinnschacht eine Druckdifferenz zum Umgebungsdruck in der Höhe von 10 bis 100 Pa erzeugt.

Die Temperatur des Kühlbades beträgt bevorzugt 5 bis 50°C.

Die Auslaufgeschwindigkeit der Fäden beträgt bevorzugt 1000 bis 3500 m/min. Die Monofilen erhältlich aus dem Verfahren weisen insbesondere einen Durch­ messer von 100 bis 400 µm, bevorzugt von 180 bis 250 µm auf.

Als fadenbildendes Polymer kommen insbesondere Polyamid, Polyethylentere­ phthalat, Polybutylenterephthalat, Polypropylen und Polyethylen in Frage. Bevor­ zugtes Polymer ist Polyamid, insbesondere Polyamid-6, Polyamid-6.6, Poly­ amid-6.10, Polyamid-6.12, Polyamid-11, Polyamid-12, eine Mischung der ge­ nannten Polyamide oder ein Copolyamid der genannten Polyamide. Besonders bevorzugt sind ein Copolyamid bestehend aus Polyamid-6 und Polyamid-6.6, ein Copolyamid aus Polyamid-6 und Polyamid-12 sowie ein Copolyamid bestehend aus Polyamid-6 und Polyamid-11. Ein weiteres bevorzugtes Mischpolyamid besteht aus Polyamid-6, Polyamid-6.6 und entweder Polyamid-11 oder Poly­ amid-12.

Der Spinnschacht schließt in einer weiteren bevorzugten Variante an seiner Unter­ seite mit der Flüssigkeitsoberfläche der Kühlflüssigkeit des Spinnbades ab.

Nach dem Verlassen des Flüssigkeitsbades werden die Monofile üblicherweise von anhaftender Kühlflüssigkeit befreit und durch gegebenenfalls Präparieren, Ver­ strecken und Fixieren nachbehandelt. Anschließend werden die Monofile aufge­ wickelt.

Die nach dem beschriebenen neuen sogenannten Dry/Wet-Schmelzspinnverfahren produzierten Monofile zeichnen sich durch eine glattere Oberfläche und ein höheres Arbeitsvermögen (definiert als Produkt aus Feinheitsfestigkeit und Höchst­ zugkraftdehnung) aus.

Durch die definierte beschriebene Luftkühlung, insbesondere bei Einhaltung des bevorzugten Strömungsprofiles, wird eine glatte Oberfläche der Fäden erzeugt und der Monofilmantel schonend abgekühlt, so daß die Kern-Mantel-Struktur geringer als bei den üblichen Verfahren (Abspinnen durch einen kleinen Luftspalt im Flüssigkeitsbad) ausgeprägt ist.

Insbesondere ist das beschriebene erfindungsgemäße Spinnverfahren bei höherer Produktionsgeschwindigkeit von 600 bis 3000 m/min notwendig, um die von den Monofilen geforderten textilen Eigenschaften zu erreichen.

Das erfindungsgemäße Schmelzspinnverfahren findet vorzugsweise Verwendung zur Herstellung von Angeldrähten, insbesondere für hochfeste transparente Angel­ drähte sowie zur Herstellung von technischen Monofilen, insbesondere bei höherer Produktionsgeschwindigkeit (<600 m/min) oder erhöhter Düsenlochzahl.

Die Transparenz und vor allem die Knotenfestigkeit von z. B. Angeldrähten aus den Monofilen werden durch das erfindungsgemäße Spinnverfahren wesentlich verbessert.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehend aus einem Schmelzespinnkopf 17 mit Spinndüse 1, einem Spinnschacht 2 mit Anblaseinheit 3 und Absaugeinheit 4, einem Flüssigkeitsbad 5 mit Fadenumlenkung 6 und Strömungsbrechern 12, Ab­ streifern 7 und einer Haftflüssigkeitsabsaugung 9, gegebenenfalls einer Präparationsstelle 10, einer oder mehrerer Verstreckeinheiten 13, insbesondere zur Heißverstreckung, einer Fixierzone 14 und Aufwickelstellen 15. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnschacht 2 den Raum zwischen Spinn­ kopf 17 und Flüssigkeitsoberfläche 18 des Kühlflüssigkeitsbades 5 umgibt oder insbesondere gasdicht umschließt.

Insbesondere sind Gasdüsen 3 zur Anblasung der Monofile 23 im Spinnschacht 2 an einer Seite des Schachtes vorgesehen, die gegebenenfalls im Bereich der Mono­ file mit Strömungsvergleichmäßigern versehen sind.

In einer bevorzugten Vorrichtung ist die erste Blasdüse im Spinnschacht unterhalb der Spinndüse eine Flachdüse 19 mit einstellbarem Düsenspalt. Bevorzugt können alle Luftdüsen des Spinnschachtes getrennt geregelt werden, so daß die Luftströme entsprechend dem benötigten Luftströmungsprofil eingestellt werden können.

Eine Variante der Vorrichtung weist zur Anblasung der Monofile im Spinnschacht eine Ringdüse 20 mit Strömungsvergleichmäßigern 21 zur Vergleichmäßigung des Gasgeschwindigkeitsprofiles vor der Düse auf. Eine weitere bevorzugte Vor­ richtung weist eine Ringabsaugung 22 unterhalb der Ringblasdüse auf, durch die die in den Spinnschacht geblasene Luft zusammen mit den Ausgasungen aus den gesponnenen Fäden abgesaugt werden kann. Bevorzugt ist eine Vorrichtung, in der die Absaugung im Spinnschacht gegenüber den Lufteintrittsdüsen angeordnet ist.

Claims (18)

1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von monofilen Fäden (23) mit einem Durchmesser von 60 µm bis 2000 µm aus fadenbildenden thermo­ plastischen Polymeren durch Schmelzspinnen des geschmolzenen Poly­ meren aus einem Spinnkopf (F17), seitliches Anblasen der Fäden (23) mit einem Kühlgas in einem Spinnschacht (2), Abkühlen der gebildeten Fäden in einem Kühlflüssigkeitsbad (5), Entfernen der anhaftenden Kühlflüssigkeit (24), gegebenenfalls Präparieren, Verstrecken der Fäden (23) in einer oder mehreren Stufen, Fixieren und Aufwickeln der Fäden (23) bei einer Auslauf­ geschwindigkeit der fixierten Fäden (23) von 100 bis 4000 m/min, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas eine Temperatur von 0 bis 50°C aufweist, daß das Kühlgas ein definiertes Geschwindigkeitsprofil zeigt und daß die Kühlflüssigkeit eine Temperatur von -10 bis 150°C hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas aus Blasdüsen (20), die im Spinnschacht ringförmig um die Fäden (23) angeordnet sind in den Spinnschacht (2) strömt und daß das Kühlgas zusammen mit den Ausgasungen aus den gesponnenen Fäden (23) unterhalb der Blasdüsen (20) abgesaugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas durch die Anblaseinheit (3) eintritt, die im Spinnschacht (2) auf einer Seite angeordnet ist und daß das Kühlgas zusammen mit den Ausgasungen aus den gesponnenen Fäden (23) gegenüber der Einheit (3) abgesaugt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnschacht (2) die Fäden (23) zwischen Spinnkopf (17) und Flüssigkeitsbad (5) von der Umgebung abschließt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnschacht (2) eine Länge von 2 bis 200 cm, insbesondere von 8 bis 60 cm aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftgeschwindigkeit im Spinnschacht (2) gemessen quer zu der Abzugs­ richtung der Fäden (23) im Abstand von 0,5 bis 6 cm von der Spinndüse (1) 0,05 bis 10 m/sec, insbesondere 0,1 bis 2 m/sec beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinngasgeschwindigkeit im Spinnschacht (2) in einem Abstand von 6 bis 200 cm von der Spinndüse (1) von 0,001 m/sec bis 1 m/sec, insbesondere von 0,01 bis 0,2 m/sec beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (23) mit temperierter Luft einer Temperatur von 0 bis 50°C, insbe­ sondere von 10 bis 30°C im Spinnschacht (2) angeblasen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Spinnschacht (2) geblasene Kühlgas zusammen mit den Aus­ gasungen aus den gesponnenen Fäden (23) gegenüber dem Eintritt des Kühl­ gases gleichmäßig über den gesamten Spinnschacht (2) abgesaugt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Absaugung eine Druckdifferenz von 10 bis 100 Pa im Spinn­ schacht (2) gegenüber dem Umgebungsdruck erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als fadenbildendes Polymer ein Polyamid, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polypropylen oder Polyethylen, insbesondere ein Polyamid verwendet wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bestehend aus einem Schmelzespinnkopf (17) mit Spinndüse (1), einem Spinnschacht (2) mit Anblaseinheit (3), einer Absaugeinheit (4), einem Flüssigkeitsbad (5) mit Fadenumlenkung (6) und Strömungsbrechern (12), Ab­ streifern (7) sowie einer Haftflüssigkeitsabsaugung (9), gegebenenfalls einer Spinnpräparationsstelle (10), einer oder mehrerer Verstreckeinheiten (12), insbesondere zur Heißverstreckung, einer Fixierzone (14) und Aufwickel­ stellen (15), dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnschacht (2) den Raum zwischen Spinnkopf (17) und Flüssigkeitsoberfläche (18) des Kühlflüssigkeits­ bades (5) im Bereich der Monofile (23) umgibt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Blasdüsen in der Anblaseinheit (3) zur Anblasung der Fäden (23) im Spinnschacht (2) an einer Seite angeordnet und mit Strömungsvergleichmäßigern (21) versehen sind.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Düse der Anblaseinheit (3) im Spinnschacht (2) unterhalb der Spinndüse (1) eine einstellbare Flachdüse ist.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß alle Düsen des Spinnschachtes (2) getrennt regelbar sind zur Einstellung der Gas­ geschwindigkeit der Düsen entsprechend dem benötigten Luftströmungs­ profil.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Spinnschacht (2) eine Ringdüse mit Strömungsvergleichmäßigern als Anblas­ einheit (3) der Fäden (23) vorgesehen ist.

17. Vorrichtung gemaß Anspruch 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Spinnschacht (2) eine Ringabsaugung (22) vorgesehen ist, über die das in den Spinnschacht (2) geblasene Kühlgas zusammen mit den Ausgasungen aus den gesponnenen Fäden (23) unterhalb der Blasdüsen abgesaugt werden kann.

18. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnschacht (2) gegenüber den Lufteintrittsdüsen liegende Kühlgas­ absaugungen enthält.