DE19821778A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Mikrofilamenten von hoher Titer-Gleichmäßigkeit aus thermoplastischen Polymeren - Google Patents

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren gezeigt, mit denen Mikrofilamente aus synthetischen Polymeren mit höherer Gleichmäßigkeit von Titer, Anfärbbarkeit und verbesserten physikalischen Garneigenschaften bei erhöhter Produktionsgeschwindigkeit in einem Spinnprozeß mittels Spinndüsenplatten mit hoher Lochdichte und einer zentralen Abkühleinheit hergestellt werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Mikrofilamenten von hoher Titer-Gleichmässigkeit aus thermoplastischen Polymeren.

Die Herstellung von Filamenten und Filamentgarnen aus thermoplastischen Polymeren er­ folgt im allgemeinen nach dem Schmelzspinnverfahren.

Ausgehend von einem Schmelzestrom, der von einem Extruder oder direkt aus einer Poly­ kondensationsanlage geliefert wird, wird das Polymer durch Spinnpumpen zu den einzelnen Spinndüsen verteilt. Nach Austritt der Schmelze aus den Kapillar-Bohrungen der Düsen in Form von feinen Filamenten, werden diese mit Hilfe eines Kühlmediums abgekühlt, danach zusammengefasst oder gebündelt, mit Spinnpräparation beaufschlagt und aufgewickelt.

In den Anfängen der Entwicklung von Schmelzespinnverfahren wurden die gesponnenen Fäden, ohne aktive Unterstützung einer Vorrichtung, lediglich durch ihre vertikale Eigenbe­ wegung im Luftmedium auf dem Wege zur Aufwicklung abgekühlt.

Seit Mitte der fünfziger Jahre werden zur Reduzierung der Maschinenhöhe und zur Kapazi­ tätssteigerung aktive Kühlsysteme vorwiegend unter Berücksichtigung einer Querstroman­ blasung eingesetzt.

Die Abkühlung der Filamente ist im Gesamtprozess der Herstellung eines polymeren Fadens ein sehr wesentlicher Verfahrensschritt.

Durch ihn werden die Massengleichmässigkeit, die Qualität der Anfärbung, sowie die textilen Eigenschaften wie Festigkeit und Dehnung des Garnes beeinflusst.

Seit etwa zehn Jahren zeichnet sich in der Spinntechnologie eine Entwicklung zur Herstel­ lung von Filamentgarnen mit immer feineren Einzelfilament-Titern, sogenannten Mikrofila­ menten mit einer Feinheit unter 1 dtex pro Filament, ab.

Die für die textile Weiterverarbeitung üblichen Filamentgarne mit einem Gesamttiter von 84 dtex bzw. 167 dtex setzen sich dann nicht mehr aus nur 36 bzw. 72 Filamenten, sondern nach dem heutigen Stand der Technik aus ca. 100 bis 200 Einzelfilamenten zusammen.

Die Produkte aus derartig vielen Mikrofilamenten zeichnen sich durch besondere, für den Verbraucher vorteilhafte Eigenschaften aus.

Nach dem Stand der Technik wird für die Abkühlung von Filamenten oder Fäden nach dem Schmelzspinnen üblicherweise eine sogenannte Querstromanblasung eingesetzt.

Dies bedingt jedoch, dass für Garne mit hohen Filamentzahlen Spinndüsenplatten mit gros­ sem Durchmesser zu verwenden sind, da mit der Filamentabkühlung dieser Verfahren Lochdichten von etwa 8 Loch/cm² auf der Düsenplatte aus Gründen der Produktgleichmäs­ sigkeit nicht überschritten werden können.

Grosse Spinndüsenplatten ergeben jedoch Nachteile in Hinblick auf den Platzbedarf der Produktionsanlagen und in Bezug auf die Produktqualität durch die sich erhöhende Tempe­ raturungleichmässigkeit über die Oberfläche der Spinndüsenplatte sowie durch die vergrös­ serte Verweilzeit der Polymerschmelze im Düsenpaket.

Vorrichtungen die sich zum Spinnen von vielkapillarigen Produkten als besonders geeignet gezeigt haben, sind beispielsweise aus DE 196 53 451 oder WO 92/15732 A1 bekannt.

Bei diesen Vorrichtungen werden die Filamente nach Austritt aus der Düsenplatte durch ein zentrales Anblasungssystems abgekühlt. Dazu werden die Filamente aus einer Spinndüsen­ platte gesponnen, deren Kapillarbohrungen auf einem oder mehreren bevorzugt konzentri­ schen Kreisen angeordnet sind. Der Durchmesser des kleinsten Kreises muss ausreichend gross sein um unterhalb der Spinndüse zentral die Kühlvorrichtung, die sogenannte Anblas­ kerze, installieren zu können. Dieser Anblaskerze, bestehend aus einem rohrförmigen, porö­ sen, gasdurchlässigen Hohlkörner, wird von einem Rohrende her Kühlluft zugeführt, das gegenüberliegende Rohrende ist verschlossen. Die Kühlluft strömt durch die poröse Kerze radial nach aussen und kühlt so die konzentrisch um sie herum angeordneten Filamente. Nach dem Passieren der Anblaszone streifen die Filamente einen Ring zur Auftragung der Spinnpräparation. Abschliessend werden sie unterhalb der Blaskerze zu einem Strang zu­ sammengefasst.

In der Patentschrift DE 196 53 451 wird eine zentrale Anblasung zur Herstellung von Garnen aus einer hohen Anzahl von Einzelfilamenten mit hohen Kapillartitern von über 1 dtex/fil. die sich durch einem niedrigen Schrumpf und einen hohen Modul auszeichnen, beansprucht.

Zu Vermeidung von Spinnstörungen wird in der DE-Offenlegungsschrift DE 38 22 571 A1 eine zentrale Anblasvorrichtung mit einer Ringschlitzblende beschrieben, welche zwischen Düsenplatte und Anblaskerze angeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass es in der Praxis ohne eine solche Anordnung häufig zu Betriebsstörungen durch Filamentbrüche kommt und die Massengleichmässigkeit der Filamente im Vergleich zu einer Querstroman­ blasung nur unzureichend bleibt.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen haben sich zwar für die Herstel­ lung von Produkten mit einem hohen Durchsatz bewährt, sie sind aber für die Produktion von Mikrofilament-Endlosgarnen, bei der der Durchsatz pro Düse wesentlich geringer ist, ungenügend. Für die Herstellung von Mikrofilament-Garnen treten deutliche Nachteile auf, die im folgenden näher beschrieben werden:
Für den Fachmann ist das Spinnen von Mikrofilamenten keineswegs trivial. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, besteht bei solchen Produkten die Gefahr, dass die Spinndü­ senplatte wegen des geringen Schmelzedurchsatzes auskühlt und dadurch vermehrt Spinn­ probleme auftreten. Daher wurden die bekannten Vorrichtungen nur für schwere Titer deut­ lich über 1 dtex/fil oder aber in Faserspinnverfahren mit sehr hohen Lochzahlen in einer Dü­ senplatte eingesetzt. In der DE 37 08 168 C2 werden beispielsweise über 700 Loch pro Dü­ senplatte genannt. In Faserspinnverfahren wird der Spinndüsenplatte durch den notwendi­ gen hohen Schmelzedurchsatz von der Schmelzemasse genügend Wärme zugeführt.

Um der Abkühlung der Spinndüsenplatte bei der Herstellung von Mikrofilamenten zu begeg­ nen, behilft sich der Fachmann dann, besonders im Falle der Querstromanblasung, mit hö­ heren Spinn-, beziehungsweise Schmelzetemperaturen. Höhere Temperaturen beeinträchti­ gen aber in erheblichen Masse die Zuverlässigkeit des Prozesses, beziehungsweise erhö­ hen die Häufigkeit von Unterbrüchen aufgrund der erhöhten thermischen Zersetzungsrate der Polymerschmelze in Spinnbalken und Düsenpaket und der zunehmenden Verunreini­ gungen auf der Oberfläche der Spinndüsenplatte.

In der unveröffentlichten DE Patentschrift DE 197 16 394 C1 wird eine Vorrichtung zur passiven Abkühlung gesponnener Filamente beschrieben, mit der sich nur Lochzahlen von maximal 300 für Düsenplatten der üblichen Grösse mit Durchmessern bis zu 110 mm nur Lochdichten um 10 Loch/cm² erreichen lassen.

In der EP 0 646 198 B1 wird für Düsenplatten mit kreisförmiger Lochanordnung eine Loch­ dichte von nur max. 25 Loch/cm² erreicht.

Damit bleibt die aus dem Stand der Technik bekannte Obergrenze der Lochdichte unter 30 Loch/cm². Höhere Lochdichten lassen sich ohne Einbussen in der Qualität auch mit dieser Vorrichtung nicht verwirklichen.

Die im genannten Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können diese Aufgabe nicht erfüllen.

Für die vorliegende Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, für das Spinnen von Fila­ menten aus thermoplastischen Polymeren mit einem Einzelkapillartiter kleiner als 1 dtex/­ Filament mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung insbesondere den Verfahrensschritt des Ab­ kühlens so zu gestalten, dass die Anzahl der Spinnstörungen reduziert wird und Mikro- Filamentgarne mit verbesserten textilmechanischen Eigenschaften und gleichmässigerer Anfärbbarkeit resultieren, wobei Equipment- und Produktionskosten möglichst zu verringern sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale einer Vorrichtung zur Her­ stellung von Mikrofilamenten gemäss Anspruch 1, durch ein Verfahren zur Herstellung dieser Mikrofilamente nach Anspruch 24 unter Verwendung einer erfindungsgemässen Vorrichtung und die so hergestellten Mikrofilamente gemäss Anspruch 37.

Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, dass sich in der erfindungsgemässen Vorrich­ tung, welche eine geeignete aktive zentrale Abkühleinheit beinhaltet, für die Herstellung von Filamentgarnen mit einem Kapillar-Einzeltiter von kleiner als 1 dtex/Filament, bevorzugt un­ ter 0,8 dtex/Filament, sehr hohe Lochdichten erreichen lassen.

Es hat sich weiter unerwartet gezeigt, dass solche hohen Lochdichten am sichersten dann realisiert werden können, wenn die Filamente unmittelbar nach dem Austritt aus der Spinn­ düse abgekühlt werden.

Für die Produktion von Mikrofilamenten zeigte sich somit die in der Offenlegungsschrift DE 38 22 571 A1 beschriebene Ringschlitzblende als ungenügend geeignet.

Es genügt auch nicht, die Filamente nur in einem schmalen, schlitzförmigen Segment in der Nähe der Düse abzukühlen, wie es in der DE 195 44 662 A1 beansprucht ist.

Um die gestellte Aufgabe erfüllen zu können, mussten die Kühlfunktion der zentralen Ab­ kühleinheit erarbeitet, ihre Positionierung und ihre Form neu entwickelt werden.

Auch für die Funktion der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es wesentlich, dass die Ver­ festigung der Filamente vor der ersten Berührung mit den Fadenleitorganen der Vorrichtung erfolgt und die Verteilung der Anblasluftgeschwindigkeit über den Querschnitt möglichst kon­ stant ist.

Des Weiteren muss ein möglichst homogenes Temperaturprofil über die Düsenplatte ge­ währleistet sein, d. h. es müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, die ein inho­ mogenes Abkühlen der Düsenplatte weitgehend vermeiden.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung mit der integrierten Abkühleinheit gewährleistet für Spinndüsenplatten mit besonders hoher Lochzahl im Vergleich zur Querstromanblasung eine sehr einheitliche Abkühlung der Filamente.

Da die Gesamtheit der Filamente die sogenannte Blaskerze wie ein rohrförmiger Mantel um­ hüllen, tendiert die radial eingetragene Kühlluft, diesen Mantel bikonisch aufzuweiten, um entweichen zu können. Diese Aufweitung des Filament-Mantels stabilisiert die Positionen der einzelnen Filamente zusätzlich wie auf einem Luftkissen und verhindert durch den sich ver­ grössernden seitlichen Abstand der einzelnen Filamente eine gegenseitige Berührung. Da­ durch kann der seitliche Abstand zwischen zwei Kapillarbohrungen in der Spinndüsenplatte gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringert werden.

Dies ermöglicht wiederum wesentlich mehr Kapillarbohrungen oder Düsenlöcher pro Loch­ kreis, wodurch die Anzahl der Lochkreise gegenüber der Querstromanblasung sehr deutlich reduziert werden kann. Weniger luftdurchströmte Lochreihen haben geringere Produktunter­ schiede zur Folge.

Im Gegensatz zu einer Querstromanblasung kommt es bei der erfindungsgemässen Vor­ richtung in Folge der gleichmässigeren Abkühlung der Einzelfilamente somit zu nur sehr ge­ ringen Masseunterschieden zwischen den einzelnen Filamenten. Diese sehr geringen Unter­ schiede sind wiederum ausschlaggebend für die guten CV-Werte der textilphysikalischen Eigenschaften.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung löst die gestellte Aufgabe insbesondere dadurch, dass eine Spinndüsenplatte, die bei einem nach dem Stand der Technik üblichen Durchmesser bis zu 110 mm und bis zu 600 Kapillarbohrungen eine sehr hohen Lochdichte von bis zu 40 Loch pro cm² wirksame Austrittsfläche (der Lochreihen) aufweist, mit einer aktiven Abküh­ leinheit kombiniert ist, die die Abkühlung der austretenden Filamente direkt unter der Düse im Abstand S beginnen lässt und auf einem durch einen über die gesamte kühlwirksame Länge mit gleichmässiger Geschwindigkeit austretenden abkühlenden Luftstrom gebildeten Luftkissen bis zur Verfestigung und Präparierung weiterführt.

Wenn dies nicht geschieht, geraten die Filamente unkontrolliert in Schwingungen, welche den Uster-Wert für die Gleichmässigkeit massgeblich verschlechtern.

Zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen die folgenden Fig. 1 bis 10, die teilweise im Längs- und Querschnitt dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1a, b schematische Übersicht über Vorrichtung und Verfahren,

Fig. 2a gelochte Struktur einer Einfahrvorrichtung,

Fig. 2b geschuppte Struktur einer Einfahrvorrichtung,

Fig. 3 Vorrichtung mit tropfenförmigem Fadenführer,

Fig. 4a, b Präparationsauftrag durch mehrere Präparationsapplikatoren,

Fig. 5a Positionierfadenführer mit ringförmigem Spalt,

Fig. 5b trompetenförmiger Positionierfadenführer,

Fig. 6a, b Vorrichtung ohne Fadenführer,

Fig. 7 Verfahren mit zwei separaten Filamentbündeln,

Fig. 8 bikonisch geformter Schlauch als Abkühleinheit,

Fig. 9a Faltenbalg als eine Abkühleinheit,

Fig. 9b steckbare Form einer Abkühleinheit,

Fig. 10a, b Abkühleinheit mit oberen und unteren Rohrteil,

Fig. 11 Spinnanlage mit eingeschwenkten Abkühleinheiten,

Fig. 12 Spinnanlage mit ausgeschwenkten Abkühleinheiten (Servicestellung),

Fig. 13 Seitenansicht der Abkühleinheit mit schematisch dargestellten Bewegungsphasen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist in Fig. 1a und 1b schematisch dargestellt mit:
Schmelzeleitung 1 für die Zuführung der Polymerschmelze zur Spinndüsenplatte 2 im Spinnbalken 3, die aus den Kapillar-Bohrungen der Spinndüsenplatte 2 austretenden Fila­ mente 4, die an der Abkühleinheit 5, welche sich (im eingefahrenen Zustand) im Abstand S zentriert unter der Spinndüsenplatte 2 befindet, zur Verfestigung entlang geführt werden, wobei die Lk die kühlwirksame Länge der Abkühleinheit 5 ist, der Positionierfadenführer 6, der Arm der Einfahr-Vorrichtungen 7 mit den (nicht sichtbaren) integrierten Luftzuführungen, die Aufwickeleinheit 8.

Die Abkühleinheit 5 ist im Abstand S von maximal 35 mm mit einem Zentrierdorn 30 düsen­ symmetrisch zentral unter der Spinndüsenplatte 2 fixiert. Dieser Abstand S ist titerabhängig variabel einstellbar.

Zur Vermeidung von Temperaturunterschieden über den gesamten Querschnitt der aus­ trittseitigen Oberfläche der Spinndüsenplatte 2 und zwischen Spinndüsenplatte 2 und Ab­ kühleinheit 5 ist der Zwischenraum in der geometrischen Verlängerung des Kerzendurch­ messers mit dem Abstand S thermisch isoliert oder mit zusätzlichen Heiz- oder Kühlele­ menten versehen.

Die Isolation ermöglicht, nicht nur die Temperatur der Oberfläche der Spinndüsenplatte weit­ gehend konstant, sondern auch zugleich 5 bis 10°C unter der Temperatur der austretenden Schmelze zu halten.

Eine derartige Isolation besteht vorzugsweise aus einem Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Isolierung in der Spinndüsenplatte 2 integriert.

Die ring- oder kreisförmige Anordnung der Kapillar-Bohrungen in der Spinndüsenplatte 2 ist in bevorzugten Ausführungsvarianten unterbrochen oder in Gruppen aufgeteilt, um das se­ parate Zusammenfassen von Filamenten 4 mit Hilfe separater Fadenleitorgane in separate Filamentbündel zu erleichtern oder den Bereich über der Einfahrvorrichtung 7 der Abkühl­ einheit 5 frei von Filamenten 4 zu halten.

Die aktive Abkühleinheit 5 besteht aus einem schlauchförmigen luftdurchlässigen Gewebe (Fig. 8), dass sich unter dem Druck der austretenden Kühlluft bikonisch ausweitet oder aus einem perforierten Rohrteil mit einseitiger Luftzuleitung (Fig. 7), während das andere, spinn­ düsenseitige Ende geschlossen ist.

In anderen besonderen Ausführungsvarianten besteht die Abkühleinheit aus je einem von der Einfahrvorrichtung aus nach oben gegen die Spinndüsenplatte 2 und einem im Filament­ verlauf nach unter gerichteten Rohrteil (Fig. 10a, b).

In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist der untere Rohrteil konusartig spitz nach unten zusammenlaufend ausgeführt.

Die Abkühleinheit 5 ist sowohl in ihrer Länge, als auch in ihrem Durchmesser variierbar und damit an Spinnbedingungen, speziell die Spinngeschwindigkeit und an den Spinntiter der Filamente anpassbar.

Die bevorzugten Durchmesser liegen im Bereich zwischen 10 und 106 mm und sind insbe­ sondere vorteilhaft 1 bis 40 mm kleiner als der Innenkreis der ringförmigen Kapillar-Bohrun­ gen in der Spinndüsenplatte 2.

Die Länge, insbesondere die kühlungswirksame Länge Lk ist durch die Länge des perforier­ ten Teils und wahlweise durch zusätzliche nichtperforierte oder unterschiedlich perforierte Zwischenringe einstellbar. Sie liegt bevorzugt im Bereich zwischen 50 und 1000 mm.

Zur Veränderung von Lk ist die Abkühleinheit 5 in besonderen Varianten als Faltenbalg oder steckbar ausgeführt (Fig. 9a, b).

In weiteren Ausführungsformen ist die Perforation der Abkühleinheit 5 durch Lochgrösse und Form, durch Abstand der Löcher, die Lochtiefe bzw. Wandstärke der Einheit und ihre Aus­ richtung, sowie durch unterschiedliche Ausführung dieser Parameter über die Länge der Einheit zur Regelung der Anblasluft ausgeführt, die im Bereich von 15 bis 200°C, oder be­ vorzugt von 18°K bis 10°K unter den T_G des versponnenen Polymeren temperierbar und de­ ren Austrittsgeschwindigkeit ebenfalls steuerbar ist.

In speziellen Vorrichtungsvarianten wird die Anblasluft erst vor dem Austritt aus der Abkühl­ einheit 5 temperiert. Das kann einheitlich oder in unterschiedlichen Bereichen mit unter­ schiedlicher Temperatur erfolgen.

In weiteren Ausführungsvarianten sind im Innern der Abkühleinheit 5 Verdrängungskörper zur Regelung der Geschwindigkeit der Anblasluft, vorteilhaft zwischen 0,05 und 0,7 m/sek, oder Vorrichtungen zur Anwendung von Anblasluft in Teilbereichen der Abkühleinheit 5 mit unterschiedlicher Temperatur eingebaut.

Die Abkühleinheit 5 ist durch den Arm einer Einfahrvorrichtung 7 horizontal und vertikal oder bevorzugt auf einem vertikalen zirkularen Einschwenkweg 13 unter der Spinndüsenplatte 2 positionierbar, beziehungsweise vollständig aus dem Filamentverlauf ausschwenkbar.

Das Ein- und Ausschwenken ist mechanisch, pneumatisch oder elektronisch steuerbar und vorzugsweise mit einem Fadenwächter kombiniert.

In besonders vorteilhaften Vorrichtungsvarianten geschieht das Ausschwenken der Abkühl­ einheit unter eigener Schwerkraft- oder Federwirkung.

Der Arm der Einfahrvorrichtung 7, in dem auch die Luftzufuhr zur Abkühleinheit 5 integriert ist, hat bevorzugt einen schmalen, bevorzugt rechteckigen oder ovalen Querschnitt. In einer besonderen Ausführungsform ist er mit einer Oberflächengestaltung durch reibungs­ reduzierende diagonal, rauten- oder schuppenförmig (Fig. 2b) ausgebildete Strukturen oder Prägungen versehen, welche aus der die Filamente begleitenden Luft ein Luftkissen erzeu­ gen, das den direkten Kontakt der Filamente mit der Einfahrvorrichtung 7 weitgehend ver­ hindert.

In einer weiteren Ausführungsvariante ist der Arm mit kreis- (Fig. 2a) oder schlitzförmigen Luftaustrittsöffnungen versehen, die einen filamentabweisenden Luftstrom zum Schutz der Vorrichtung vor auftreffenden und anklebenden Filamenten entstehen lassen.

Die Öffnungen sind vorteilhaft in einem engen Raster gleichmässig oder aus Luftersparnis­ gründen nur an den kritischen Punkten, d. h. an den Stellen, an denen ein Kontakt mit den Filamenten 4 vermieden werden muss, angeordnet.

Es sind selbstverständlich auch Ausführungsformen aus einer Mischung aus Strukturen und Perforation sowie eine Mischung verschiedener Strukturen und Perforationsgeometrien ge­ eignet, sowie solche, in denen auch die Halterung der Abkühleinheit perforiert ist.

In einer weiteren Variante wird der Arm der Einfahrvorrichtung 7 durch einen speziell ge­ stalteten, beispielsweise tropfenförmigen Fadenführer (9 in Fig. 3) vor der Berührung mit Filamenten geschützt, an dem der Kontakt für alle Filamente an einer möglichst kleinen, ge­ nau definierten Oberfläche nahezu identisch ist.

Um unerwünschte oszillierende Eigenbewegungen der Filamente 4 auf der Abkühlstrecke zu vermeiden, ist die Anordnung eines ringförmigen Positionierfadenführers 6 und 10 (Fig. 4) mit genügend grossem Durchmesser vorteilhaft.

Dieser Fadenführer ist entweder als ein trockener Fadenführer oder als Präparationsauf­ tragsorgan ausgeführt.

Der fadenberührende Ring 10 des trockenen Fadenführers 6 besteht aus verschleissfestem Material z. B. keramischem Aluminiumoxid oder einer ähnlich widerstandsfähigen beschich­ teten Oberfläche auf metallischem Grund.

Eine weitere Ausführungsform des ringförmigen Positionierfadenführers 10 zeigt Fig. 5a. Dabei wird ein Gasstrom durch einen ringförmigen Spalt geführt, wodurch die einzelnen Fi­ lamente 4 auf dem gesamten Ringumfang auf einem Gaspolster laufen und ein direkter Kontakt zwischen dem Positionierfadenführer 6 und den Filamenten 4 weitgehend verhindert wird.

In einer zusätzlichen Ausführungsform besteht der Positionierfadenführer 6 aus einem sich in Filamentlaufrichtung nach unten trichter- oder trompetenförmig erweiternden Konus ge­ mäss Fig. 5b. Die von den Filamenten 4 mitgeführte Luft wird auf diesem Konus beschleu­ nigt und gegen die Filamente 4 geführt. Durch diese umgelenkte Schleppluft wird ein Luft­ polster ausgebildet, so dass der direkte Kontakt zwischen den Filamenten 4 und dem Fa­ denführer weitgehend verhindert wird.

Die Durchmesser der Fadenführer werden mit Vorteil nach der Formel <I< bemessen:

Dpf = Durchmesser des Positionierfadenführers in mm,
DL = Durchmesser des Lochkreises der Kapillarbohrungen in mm,
Ddp = Durchmesser der Spinndüsenplatte in mm

Sie sind in gleicher Weise wie die Präparationseinrichtung vorteilhafterweise höhenverstell­ bar und mindestens 10 bis 40 mm vor dem wirksamen Ende der Abkühleinheit 5 fixierbar ausgeführt.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Vorrichtung sind in Richtung des Fila­ mentlaufs kurz vor dem Präparationsauftrag Luftabstreifbleche angebracht, die eine unge­ störte und somit gleichmässige Auftragung der Präparation gewährleisten.

Als weitere Ausführungsform für das Zusammenfassen der Filamente und den Auftrag der Präparation gemäss Fig. 4 sind ein oder mehrere in Fadenlaufrichtung hintereinander ange­ ordnete und durch eine Pumpe mit einer gleichförmigen Menge an Spinnpräparation ver­ sorgte, in der Höhe verstellbare, Präparationsapplikatoren 11 vorgesehen.

In Ausführungsvarianten, in denen die Präparation aufgesprüht wird, ist die Anbringung der Sprühdüsen sowohl für eine Arbeitsweise von innen nach aussen im Zentrum, als auch aus­ sen für ein nach innen gerichtetes Sprühen vorteilhaft.

In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist für jedes Fi­ lamentbündel ein Fadenwächter vorgesehen, der einen Filamentbruch registriert und auto­ matisch und umgehend eine Verriegelung löst, wodurch die Abkühleinheit, bevorzugt durch ihre eigene Schwerkraft aus dem Filamentenverlauf entfernt und eine Verschmutzung oder Beschädigung der Blaskerze sicher verhindert wird.

Die Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zum Herstellen von Mikrofilamenten mit Einzel­ titern von maximal 1 dtex mit hoher Titergleichmässigkeit mit der erfindungsgemässen Vor­ richtung mit den Schritten

• - Schmelzspinnen der Filamente mit einem Gesamttiter zwischen 22 und 500 dtex mit einer Spinngeschwindigkeit zwischen 2000 und 7000 m/min,
• - gleichmässiges und positionsstabilisierendes Abkühlen der Filamente mit temperierter Luft durch die Abkühleinheit,
• - wahlweises Aufteilen des Filamente an separaten Führungsorganen in Filamentbündel,
• - Beaufschlagen der Filamentbündel mit Präparation,
• - Aufwickeln der separaten Filamentbündel mit einer Geschwindigkeit zwischen 2000 und 7000 m/ min,
• - wobei die Oberfläche der Spinndüsenplatte gegenüber der Schmelzetemperatur eine Abkühlung erfährt, die bis zu 5°K und teilweise bis zu 10°K erfahren kann,
• - die Filamente in mindestens einem separaten Filamentbündel zusammengefasst wer­ den.

Die bevorzugten Filament-Einzeltiter in diesem Verfahren liegen zwischen 0,1 und 1 dtex, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,8 dtex.

Die Abkühlung der gesponnenen Filamente durch die exakt zentrierte Abkühleinheit setzt in einem Abstand S unter der Spinndüsenplatte ein, der maximal 35 mm und bevorzugt 5 bis 10 mm beträgt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn dieser Abstand S gegen die Umge­ bung isoliert ist. In bevorzugten Verfahrensvarianten ist dieser Abstand S beheizt oder ge­ kühlt.

Schliessen die Spinndüsenplatten nicht bündig mit dem Spinnbalken ab, d. h. ist die Düse um das Mass R in den Spinnbalken versenkt, so ist die Vorrichtung gemäss Fig. 1 in den Rücksprung auf den notwendigen Abstand S eingeführt.

Für die Anpassung an verschiedene Filamenttiter wird der Abstand S der Abkühleinheit von der Spinndüsenplatte 2 im Bereich von 0 mm bis 35 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 1 mm bis 10 mm eingestellt, wobei die folgende Korrelation gilt:

S = Abstand Düsenplatte in [mm]
TEK = Titer Einzelkapillare in dtex
RL = Anzahl hintereinander liegender Lochreihen auf der Düsenplatte

Verfahrensvarianten mit beheiztem Zwischenraum sind besonders dann vorteilhaft, wenn sich beim Verspinnen des Polymeren im Düsenplattenbereich Ablagerungen aus Monome­ ren oder Oligomeren des Spinngutes abscheiden.

Eine Heizung, welche störende Ansammlung von Ablagerungen an der Spitze der Abkühl­ einheit reduziert, erhöht in vorteilhafter Weise die Spinnsicherheit.

Die vorteilhaften Geschwindigkeiten der Anblasluft, gemessen im Abstand des innersten Lochkreis-Durchmessers der Kapillarbohrungen von der Mitte der Abkühleinheit, liegen zwi­ schen 0,05 und 0,7 m/sec, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 m/sec und sind auf Titer und Spinngeschwindigkeit der Filamente abgestimmt.

Dabei ist ein geeignetes Geschwindigkeitsprofil der Blasluft längs der Abkühleinheit 5 be­ sonders wichtig.

Es wird in vorteilhafter Weise durch die Verwendung von Verdrängungskörpern im Innern der Abkühleinheit gesteuert, wobei die Bildung von Turbulenzen vermieden werden muss.

In einer anderen Variante werden insbesondere die Art und Verteilung der Perforierung über die kühlwirksame Länge der Abkühleinheit titerabhängig variiert.

Die effektiv kühlwirksame Länge Lk der Anblasung beträgt mindestens 50 mm, maximal 1000 mm und liegt bevorzugt zwischen 100 und 500 mm.

Die Anblasluft wird vorteilhaft temperiert zwischen 15 und 200°C eingesetzt, in bevorzugten Verfahrensvarianten zwischen der normalen Raumtemperatur und 45°C. Sie wird in weiteren Varianten auf maximal 10°K unter dem T_G des versponnenen Polymeren temperiert.

In einer anderen Variante des Verfahrens wird nur die Blasluft für den oberen Austrittsbe­ reich der sog. Blaskerze, bevorzugt für die oberen 1/3 bis 2/3 der kühlwirksamen Länge Lk, temperiert.

Der Durchmesser der Abkühleinheit 5 der erfindungsgemässen Vorrichtung hängt im we­ sentlichen von der Düsengeometrie ab. Übliche Durchmesser der Spinndüsenplatten liegen in einem Bereich von 70 mm bis 110 mm.

Besonders vorteilhaft für den Abstand der Abkühleinheit 5 vom innersten Kreis der Kapillar­ bohrungen in der Spinndüsenplatte 2 wird eine Radiusdifferenz von minimal 1 mm bis maxi­ mal 40 mm, bevorzugt aber minimal 2 mm bis maximal 30 mm eingestellt. Somit ergibt sich als Durchmesser für die Abkühleinheit der erfindungsgemässen Vorrichtung ein bevorzugter Bereich von minimal 10 bis maximal 106 mm.

Eine weitere besondere Verfahrensvariante verwendet eine Abkühleinheit aus einem schlauchförmigen, hitzebeständigen, luftdurchlässigen Gewebe, welches sich durch den Gasüberdruck in ihrem Innern aufbläht und bikonisch geformt dem Verlauf der Filamente angepasst werden kann (Fig. 8).

Durch den besonders geringen Abstand zum Filamentbündel über den Verlauf der kühlwirk­ samen Länge Lk wird eine hervorragende Gleichmässigkeit der Filamente erreicht.

Die kühlwirksame Länge Lk wird durch den gröbsten Titer des Verfahrens bestimmt. Wichtig ist, dass der Verfestigungspunkt des abgekühlten Filamentbündels vor der ersten Berührung mit der Vorrichtung liegt.

Dieser Punkt wird vorteilhaft mindestens 10 mm, bevorzugt aber mindestens 40 mm vor dem Ende der Länge Lk festgelegt.

Über die Änderung der Länge Lk wird im erfindungsgemässen Verfahren die Herstellung unterschiedlicher Produkte und die Optimierung der Fadenspannung eingestellt.

So wird die Anpassung der Abkühleinheit an die verschiedenen Düsengeometrien, Titer- und Filamentzahlen und somit an die wechselnde Aerodynamik über die Länge Lk vorgenom­ men.

Dabei hat sich die Verwendung einer in der Länge stufenlos verstellbaren Faltenbalg- Ausführung (Fig. 9a) und eine steckbare Ausführung (Fig. 9b) als besonders geeignet er­ wiesen.

Die vorteilhafte Länge liegt zwischen 50 und 1000 mm, bevorzugt aber im Bereich von 100 mm bis 500 mm.

Sie kann auch vorteilhaft durch eingesetzte unperforierte oder anders perforierte Stücke an­ gepasst werden.

Dies ist eine besonders einfache Art und Weise, die Vorrichtung an verschiedene Schmel­ zedurchsätze und somit verschiedene Produkte anzupassen, aber auch um die für das Auf­ wickeln der Filamentgarne notwendige Fadenspannung zu regulieren.

Für in gewissen Zeitabständen erforderliche Servicearbeiten an der Spinndüsenplatte ist die zentrale Abkühleinheit temporär aus dem Arbeitsbereich der Spinndüse zu entfernen. Dies geschieht am einfachsten auf die Weise, dass die Abkühleinheit um einen Drehpunkt in Richtung der Maschinenrückseite ausgeschwenkt wird.

Eine Mehrfach-Anordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist in den Fig. 11, 12 und 13 schematisch dargestellt. Diese besteht aus mindestens einer Ab­ kühleinheit 5, welche vollständig aus dem Bereich der laufenden Filamente 4 ausschwenk­ bar ist. In ihrer eingefahrenen Betriebsstellung greift sie durch einen an ihrer Spitze angeord­ neten Zentrierdorn 30 in eine zentrisch in die Spinndüsenplatte 2 eingebrachte Zentrierboh­ rung ein (Fig. 13).

Die Service-Stellung mit den ausgeschwenkten Abkühleinheiten ist in Fig. 12 dargestellt. Fig. 13 zeigt die Seitenansicht der Vorrichtung, in der die einzelnen Bewegungsphasen verfolgt werden können.

Die Anordnung ist gekennzeichnet durch einen zirkularen Einschwenkweg 13, dessen Achse 14 innerhalb des Querschnittes eines mit der Schwenkbewegung drehbaren Luftzuführka­ nals 15 verläuft, wobei mindestens eine, vorzugsweise aber eine beliebige größere Anzahl, besonders bevorzugt 2 bis 12 Abkühleinheiten 5, durch eine gemeinsame Ein- und Aus­ fahrmechanik in eine entsprechende Anzahl von Bündeln aus Filamenten 4 einschwenkbar sind, indem sie gemeinsam am Luftzuführkanal 15 über je einen die Blasluft vom Luftzuführ­ kanal 15 zur Abkühleinheit 5 leitenden Stutzen oder Einfahrvorrichtung 7 befestigt sind und diese mindestens im Bereich des Filamentweges, nahe am Positionierfadenführer 6 flach gestaltet ist und bevorzugt einen schmalen Rechteck-Querschnitt aufweist. Die Schwenkbe­ wegung wird aussen durch je einen Hebel 16 übertragen, der seinerseits durch einen nicht dargestellten Antrieb oder in bevorzugter Ausführungsform durch einen Griff 17 von Hand betätigt wird und dabei den Bogen 29 beschreibt, wobei in je einem Lagerpunkt 18 an den Hebeln 16 je ein zweiter Hebel 19 angelenkt ist, der an einer mit ihm verbundenen Traverse 20 je Abkühleinheit 5 einen pflugscharähnlichen Fadenteiler 21 trägt, so daß alle Fadenteiler 21 gemeinsam um die durch die Lagerpunkte 18 verlaufende Schwenkachse 28 schwenkbar sind und in der ausgeschwenkten Lage der Abkühleinheiten 5 durch ihre Schwerkraft in ei­ nem in Fig. 13 am linken Ende ihres gemeinsamen Schwenkweges um die Schwenkachse 28 des Fadenteilers 21 liegenden Endpunktes 22, der die aktive Stellung markiert, gehalten werden, der mit der Einschwenkbewegung der Abkühleinheiten 5 auf seinem Bogen 23 um Achse 14 mitschwenkt und vor der Abkühleinheit 5 in das Filamentbündel 4 eintaucht, das Bündel teilt, die einzelnen Filamente seitlich ablenkt, so daß diese nicht auf die einschwen­ kende Abkühleinheit 5 auflaufen, bis der am Schwerpunkt des Systems aus Hebel 19, Tra­ verse 20 und Fadenteiler 21 angreifende Schwerkraftvektor 24 durch die gemeinsame Dre­ hung um die Achse 14 die durch die Lagerpunkte 18 verlaufende Schwenkachse 28 ge­ schnitten hat, so daß die Vorrichtung um die Lagerpunkte 18 in seine entgegengesetzte Endlage 25 und damit in seine passive oder Service-Stellung kippt, wodurch die Fadenteiler 21 aus dem Filamentbündel 4 ausschwenken und dieses auf dem letzten Teil des Einfahr­ weges 13 der Abkühleinheit 5 freigibt, so daß die Zentrierdorne 30 in die ihnen zugeordneten Zentrierbohrungen in den Spinndüsenplatten 2 einfahren können, gleichzeitig der gesamte Weg der Filamentbündel 4 für den Spinnvorgang freigegeben wird, und sich der beschriebe­ ne Vorgang während des Ausschwenkens der Abkühleinheit 5 aus dem Weg des Filament­ bündels 4 in umgekehrter Reihenfolge wiederholt.

Sobald eine Spinnstörung eintritt (Ansprechen eines Fadenbruchwächters), schwenkt die Abkühlvorrichtung 5 selbsttätig, durch ihre Schwerkraft, eine beim Einschwenken gespannte Feder oder einen mit Fremdenergie gespeissten Antrieb, aus dem Bereich der laufenden Filamente aus, bis in eine Servicestellung nach Fig. 12.

Die hierzu erforderliche Mechanik und Getriebeanordnung gehört nicht zur vorliegenden Erfindung und ist daher - der Übersichtlichkeithalber - nicht dargestellt.

Um ferner zu vermeiden, dass während des Spinnverfahrens ein zu grosser Wärmestrom von der Spinndüsenplatte 2 über den Zentrierdorn 30 abgeleitet wird, werden Spinndüsen­ platten 2 eingesetzt, die in ihrem zentralen Bereich um die Zentrierbohrungen vorteilhaft wärmeisoliert ausgeführt sind, was bevorzugt durch eine Ausnehmung 26 erfolgt, die mit wärmeisolierendem Material gefüllt oder in einer anderen Ausführungsform evakuiert gege­ benenfalls beheizt und durch eine vorzugsweise eingeschweisste Abdeckung 27 abge­ schlossen ist.

Die Luftzuleitung ist durch eine arretierbare Drosseleinrichtung 12 für jede der einzelnen Einfahr-Vorrichtungen 7 oder Stutzen justierbar.

Die Filamente werden nach dem Abkühlen und Verfestigen von Fadenleitorganen gebündelt und nachfolgend durch Kontakt oder Aufsprühen mit Präparation beaufschlagt, wobei Fa­ denführer und/oder Präparationseinheit mindestens 10 bis 40 mm vor dem Ende der kühl­ wirksamen Länge Lk positioniert werden. Dabei wird bevorzugt der für das gesponnene Garn vorteilhafte Konvergenzpunkt berücksichtigt.

Die konzentrisch um die Abkühleinheit angeordneten Filamente können im Bereich der Ein­ fahrvorrichtung diese in unpräpariertem Zustand berühren was dazu führt, dass diese ge­ genüber den restlichen Filamente geänderte Eigenschaften aufweisen, was unerwünscht ist.

Im einfachsten Falle wird dieses Berühren verhindert, indem eine Spinndüsenplatte einge­ setzt wird, die im Bereich über der Einfahrvorrichtung keine Kapillarbohrungen aufweist, die konzentrischen Kreise Düsenlöcher der an dieser Stelle also unterbrochen sind.

Soll aus Gründen einer möglichst homogenen Polymerverteilung der Kreis der Kapillarboh­ rungen nicht unterbrochen werden, sieht eine besondere erfindungsgemässe Ausführungs­ form der Abkühleinrichtung die Anordnung eines Fadenführers unterhalb der Luftzuführung gemäss Fig. 3 vor, der im Bereich des Filamentkontaktes mit der Einfahrvorrichtung eine tropfenähnliche Form aufweist, wodurch der Kontakt nur an diesem Fadenführer stattfindet und für alle Filamente eines Bündels nahezu identisch ist.

Eine weitere Verfahrensvariante ist die Erzeugung eines Luftkissens aus der die Filamente begleitenden Luft durch die die Anordnung von reibungs-reduzierenden Strukturen oder Prägungen in Form von Schuppen (Fig. 2b), Rauten, Diagonalen etc. auf der Oberfläche des Arm es der Einfahrvorrichtung im Bereich des Filamentkontaktes vor, wodurch ein direk­ ter Kontakt zwischen Filamenten und Arm der Einfahrvorrichtung weitgehendst verhindert wird.

Eine weitere Verfahrensvariante liegt in der Vermeidung eines trockenen Kontaktes zwi­ schen Filamenten und Einfahrvorrichtung. Fig. 2b zeigt beispielhaft, wie diese Vorrichtung im Bereich der vorbeigeführten Filamente mit feinen Öffnungen versehen ist, welche durch austretende Luft ein Luftpolster entstehen lassen, das den Kontakt der Filamente mit der Vorrichtung verhindert.

Die Austrittsöffnung der Luft ist dabei so gestaltet, dass diese gleichmässig radial strömt. In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Luft in Richtung der Filament­ laufrichtung gerichtet ist.

Eine weitere Verfahrensvariante ist der Auftrag der Spinnpräparation gemäss Fig. 4 nach dem Bündeln der Filamente durch einen oder mehrere in Fadenlaufrichtung hintereinander angeordnete und durch eine Pumpe mit einer gleichförmigen Menge an Spinnpräparation versorgte Präparationsapplikatoren 11.

In bevorzugten Ausführungsvarianten kann die Präparation sowohl von innen nach aussen als auch von aussen nach innen gerichtet aufgesprüht werden.

In einer weiteren Verfahrensvariante gewährleisten kurz vor dem Präparationsauftrag im Filamentlauf Luftabstreifbleche die ungestörte und somit gleichmässige Auftragung der Prä­ paration.

Um unerwünschte oszillierende Eigenbewegungen der Filamente auf der Abkühlstrecke zu vermeiden, ist die zusätzliche Anordnung eines ringförmigen trockenen oder als Präparati­ onsauftragsorgan ausgeführten Positionierfadenführers 6 mit genügend grossem Durchmes­ ser vorteilhaft (Fig. 4).

Gemäss Fig. 5a wird in einer weiteren Verfahrensvariante in einem Positionierfadenführer ein Gasstrom durch den ringförmigen Spalt geführt, wodurch die einzelnen Filamente auf dem gesamten Ringumfang auf einem Gaspolster laufen und die Reibung zwischen dem Positionierfadenführer und den Filamenten vermindert wird.

In einer zusätzlichen Variante wird ein Positionierfadenführer aus einem sich in Filamentlauf­ richtung nach unten trompetenförmig erweiternden Konus gemäss Fig. 5b eingesetzt. Die von den Filamenten mitgeführte Luft wird auf diesem Konus umgelenkt und gegen die Fila­ mente geführt. Durch diese umgelenkte Schleppluft wird ein Luftpolster ausgebildet, so dass die direkte Reibung zwischen den Filamenten und dem Fadenführer vermieden wird.

In Verfahrensvarianten unter Einsatz einer Abkühleinheit 5, die nach unten konusförmig spitz zusammenlaufend ausgeführt ist, können extrem kurze Längen bis zur Bündelung der Fila­ mente 4 realisiert werden, wobei auf einen Positionierfadenführer verzichtet werden kann.

In einer besonders geeigneten Verfahrensausführung werden, wie in Fig. 6 gezeigt, die Fi­ lamente ohne vorherige Berührung direkt dem Präparationsauftrag 11 zugeführt.

Für das Spinnen von mehreren Filamentbündeln aus einer Spinndüsenplatte 2 wird die Fila­ mentschar gemäss der Fig. 7 geteilt und die entstehenden Filamentbündel separat zusam­ mengefasst, behandelt und aufgewickelt.

Durch diese Verfahrensweise gelingt es, die Equipmentkosten und damit die Herstellungs­ kosten ohne Qualitätsminderung deutlich zu reduzieren.

Um bei einem Filamentbruch das Aufstauen der nicht mehr abtransportierten Filamente auf der Abkühleinheit oder auf einem Fadenleitorgan zu vermeiden, sieht das erfindungsgemäs­ se Verfahren für jedes Filamentbündel einen Fadenwächter vor. Meldet dieser Fadenwäch­ ter einen Bruch, wird automatisch und umgehend eine (nicht dargestellte) Verriegelung ge­ löst, wodurch die Abkühleinheit durch ihre eigene Schwerkraft oder durch Federkraft aus dem Filamentenverlauf entfernt, in eine sogenannte Serviceposition gebracht und dadurch eine Beschädigung oder Verschmutzung der Blaskerze oder sogar der Spinndüsenplatte sicher verhindert wird.

Durch die mit der zentrale Abkühleinheit 5 erreichbare gleichmässigere und positionsstabili­ sierende Anblasung der Filamente kann die Lochdichte der Spinndüsenplatten 2 im Gegen­ satz zu 8 Loch/cm² für eine Querstromanblasung und 25 Loch/cm² für eine Vorrichtung ge­ mäss der Patentschrift EP 0 646 189 B1 im erfindungsgemässen Verfahren auf bis zu 40 Loch/cm² bevorzugt aber bis zu 35 Loch/cm² erhöht werden.

Zugleich wird auch die Gleichmässigkeit der Einzelfilamente und damit des Filamentgarnes verbessert.

Für die Berechnung der Lochdichte wird, analog Patentschrift EP 0 646 189 B1 die für die Extrusion entscheidende Fläche berücksichtigt.

Durch die erhöhte Gleichmässigkeit der nach dem erfindungsgemässen Verfahren herge­ stellten Mikrofilamente gelingt es

• - die Produktionsgeschwindigkeit zu steigern,
• - die Produktionsausfallzeit zu minimieren,
• - den Platzbedarf der Spinnmaschine zu reduzieren,
• - den Durchmesser der Spinndüsenplatten infolge der erhöhten Lochdichte zu reduzieren, oder
• - bei unverändertem Spinndüsenplattendurchmesser mehrere separate Filamentbündel pro Düsenplatte zu spinnen, separat weiterzubehandeln und aufzuwickeln, beziehungsweise
• - zur Erzeugung einer festgelegten Fadenzahl pro Maschine die Anzahl der Spinndüsen­ platten und/oder die Länge der Spinnanlage, das heisst des Spinnbalkens deutlich zu reduzieren und damit
• - die Investitionskosten der Anlage und somit auch die Produktkosten beträchtlich zu sen­ ken.

Das Prinzip des erfindungsgemässen Verfahrens ist in Fig. 1 dargestellt:
Die Polymerschmelze wird über die Schmelzeleitung 1 der Spinndüsenplatte 2 im Spinnbal­ ken 3 zugeführt. Die Schmelze tritt dann in Form von Filamenten 4 aus den Kapillarbohrun­ gen der Spinndüsenplatte 2 aus. Diese werden zur Verfestigung konzentrisch an der Ab­ kühleinheit 5 der erfindungsgemässen Vorrichtung entlang geführt, zusammengefasst und anschliessend in der Aufwickeleinheit 8 gewickelt.

Unterhalb der sogenannten Blaskerze oder Abkühleinheit 5 übernimmt ein Positionierfaden­ führer 6 mit einer ringförmigen, geometrischen Anordnung die Fixierung der Filamente 4. Er kann gleichzeitig auch zur Präparierung der Filamente 4 dienen.

Beispiel 1 (zentrale Kühlvorrichtung) zeigt, wie sich gegenüber Vergleichsbeispiel 2 (Querstromanblasung) die Qualität in Bezug auf die Gleichmässigkeit (Uster-Werte und Uster 1/2-Werte) und die Qualität (Qualitätszahl) deutlich verbessert. Die im Beispiel 3 ge­ zeigten Werte bestätigen, dass, unter Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung, die Qualität eines Garnes bestehend aus sehr viel Mikrofilamenten deutlich besser ist, als die im Vergleichsbeispiel 5 genannten, unter Verwendung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Das Beispiel 4 macht deutlich, dass unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens mit der erfindungsgemässen Vorrichtung die Lochanzahl gesteigert und eine wesentlich bessere Qualität erreicht wird, als bei Verwendung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Mit Hilfe der Querstromanblasung war die Herstellung derartig hochkap­ pilariger Produkte bei gleichem Düsendurchmesser nicht möglich. Diese bessere Qualität des erfindungsgemässen Verfahrens in Verbindung mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kann ausgenutzt werden um die Verfahrensgeschwindigkeit gegenüber Systemen aus dem Stand der Technik zu erhöhen.

Die in den Beispielen 3 und 5 genannte Lochzahl eignet sich ebenfalls, um aus dieser Spinndüsenplatte zwei Einzelbündel à 144 Filamente zu spinnen. Die Spinndüsenplatte des Beispiels 2 würde sich eignen drei Einzelbündel à 120 Filamente zu spinnen.

Entgegen den Erwartungen haben sich Mikrofilamentgarne bisher trotz ihrer Vorteile für den Verbraucher nicht in dem erwarteten Masse durchsetzten können. Wesentliche Gründe da­ für sind die schwierige Beherrschbarkeit einer gleichmässigen Anfärbung solcher Garne im Vergleich zu Garnen des normalen Filamenttiterbereichs und die zwangsläufig reduzierte Produktionsgeschwindigkeit der weiterverarbeitenden Prozesse.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren erhält man nun ein Garn mit Einzelfilamenten in hoher Titergleichmässigkeit, welches sich durch seine verbesserten textilphysikalischen Ei­ genschaften, insbesondere eine hervorragende Anfärbe-Gleichmässigkeit auszeichnet und mit erhöhter Produktionsgeschwindigkeit hergestellt werden kann.

Wie der Fachmann weiss, ist die Uster-Ungleichmässigkeit eine wesentliche Kenngrösse für die Qualitätsbeurteilung eines Filamentgarnes bezüglich der zu erwartenden Gleichmässig­ keit des Filamenttiters, der textilphysikalischen Eigenschaften und der Anfärbung dieses Garnes im fertigen Flächengebilde. Je höher der gemessene Usterwert ist, um so schlechter wird beispielsweise die spätere Färbeegalität ausfallen. Besonders störend sind langwellig variierende Färbeaffinitäten, da sie im fertigen Flächengebilde wesentlich deutlicher in Er­ scheinung treten, als kurzperiodische Fehler. Solche Färbefehler können zu ernsthaften Verarbeitungsproblemen und zu teuren Reklamationen führen.

Als Kenngrösse für eine problemlose färberische Weiterverarbeitung kann der in Prozent ausgedrückte Uster-Wert U½, zugrunde gelegt werden.

Bei Garnen im normalen Filamenttiterbereich werden hier üblicherweise Werte für U von 0,40 bis 0,70% und für U½ von 0,25 bis 0,65% erreicht. Bei solchen Garnen werden in der Regel keine Färbeprobleme beobachtet.

Bei Mikrofilamenten, die nach dem Stand der Technik gesponnen wurden, sind überhöhte Werte von 0,70 bis 0,95 üblich. Unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ge­ lingt es, Filamentgarne im färberisch sicheren Bereich von 0,25 bis 0,70% für U½ zu produ­ zieren.

Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der Erhöhung der Reini­ gungszyklenzeit der Düsenoberfläche um bis zu 45% durch tiefere Oberflächentemperatu­ ren der Spinndüsenplatte.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, dass zur Produktion von Filamenten aus Poly­ meren mit einem Filamenttiter unter 1 dtex/Filament zur Verbesserung der Spinnperforman­ ce höhere Spinntemperaturen angewendet werden müssen. Die erhöhten Temperaturen haben aber den Nachteil, dass sich die Polymerschmelze im Spinnbalken und Düsenpaket beschleunigt thermisch zersetzt.

Überraschend hat sich gezeigt, dass sich im erfindungsgemässen Verfahren bei Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtung die Oberflächentemperatur der Spinndüsenplatte bis zu 5°K, bevorzugt sogar bis zu 10°K abgesenkt werden kann. Die niedrigere Temperatur der Spinndüse hat zur Folge, dass die thermische Zersetzungsrate der aus den Kapillarbohrun­ gen austretenden Polymerschmelze an der Oberfläche erniedrigt ist und sich dadurch die Düsenreinigungsintervalle verlängern.

Die dadurch ebenfalls auftretende höhere Fadenspannung stabilisiert die Filamente und führt somit zu einer erhöhten Gleichmässigkeit, bzw. zu einem sehr niedrigen Uster-Wert. Überraschend hat sich auch gezeigt, dass durch die Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung im erfindungsgemässen Verfahren die textilphysikalischen Garneigenschaften verbessert werden. So steigt z. B. insbesondere die sogenannte Qualitätszahl auch bei kon­ stanter Produktionsgeschwindigkeit an und auch die Cv-Dehnung und die Cv-Festigkeit wer­ den verbessert (Beispiel 1).

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich in hervorragender Weise für Filamentgarne, die in spezieller Weise weiterbehandelt werden sollen. Dazu kann das Filamentbündel vor dem Wickeln zusätzlich verwirbelt und gegebenenfalls ein weiteres Mal mit Präparation be­ aufschlagt werden.

Es eignet sich auch, wenn das Filamentbündel vor dem Aufwickeln mittels Galetten beheizt oder gekühlt und gleichzeitig oder anschliessend verstreckt, geschrumpft, gekräuselt und/oder verwirbelt werden soll.

Die Reduktion von Filament- und Fadenbrüchen, wie sie in den Beispielen aufgezeigt wird, macht das Verfahren besonders geeignet für das Spinnen bei hohen Spinngeschwindigkei­ ten wie sie für die Herstellung von hoch orientiertem Filamentgarn praktiziert wird.

Darüber hinaus ermöglicht die intensive Kühlung der Vorrichtung eine Verkürzung der Kon­ vergenzlänge, wodurch geringere Spinnfadenspannungen möglich werden.

Dadurch wird gegenüber den konventionellen Verfahren ein problemloses galettenfreies Ar­ beiten bei hohen Abzugsgeschwindigkeiten praktikabel.

Das Verfahren wird vorteilhaft zum Verspinnen von Mikrofilamenten aus thermoplastischen Polymeren verwendet, wobei solche aus Polyamid, Polyester oder Polyolefinen bevorzugt sind.

Die Erfindung beinhaltet auch die nach dem dargelegten Verfahren hergestellten Mikrofila­ mente, die bevorzugt Einzeltiter von 0,2 bis 1,0 dtex aufweisen und insbesondere solche, die Usterwerte unter 0,9% bei Qualitätszahlen von 29 bis 35 √%.cN/dtex (Qualitätszahl = Festigkeit.√Dehnung) zeigen.

Sie beinhaltet auch solche Mikrofilamente, die in einem zusätzlichen Verfahrensschritt durch verstreckt, verwirbelt, geschrumpft, gekräuselt oder bei besonders hohen Verfahrensge­ schwindigkeiten zu hochorientierten-Filamentgarnen weiterbehandelt werden sollen.

Dieser Verfahrensschritt wird vorteilhafterweise in das erfindungsgemässe Verfahren vor dem Wickeln integriert.

Claims (39)

1. Vorrichtung zum Herstellen von Mikrofilamenten mit hoher Titer-Gleichmässigkeit aus thermoplastischen Polymeren, mit Einzeltitern von maximal 1 dtex bestehend aus:

• - einer Spinndüsenplatte mit Kapillar-Bohrungen in ringförmiger Anordnung und einer Lochdichte L/A von bis 40 Loch/cm² wirksamer Austriftsfläche,
• - einer mit einem Abstand S unter der Spinndüse zentral positionierbaren und fixierba­ ren luftdurchlässigen aktiven Abkühleinheit (5) für temperierte Luft,
• - einer Einfahr-Vorrichtung (7) mit integrierten Luftzuführungen für die Abkühleinheit (5),
• - mindestens einem Fadenleitorgan (9) aus der Gruppe Fadenführer oder Leitblech,
• - mindestens einer Präparationsauftragseinrichtung
• - einem Fadenwächter, der (wahlweise) mit einer Steuerung für die Einfahr-Vorrichtung (7) kombiniert ist und
• - mindestens einer Aufwickeleinheit (5)
  wobei die gemeinsam aus der Spinndüse gesponnenen Filamente (4) einzeln oder in mehr als ein separates Filamentbündel geteilt, so geführt, mit Präparation versehen und aufgewickelt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Anordnung der Düsenlöcher unterbrochen oder in Gruppen aufgeteilt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente aus einer Spinndüsenplatte (2) mit Hilfe der Fadenleitorgane (9) in minde­ stens zwei separate Filamentbündel aufteilbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand S zwischen Spinndüsenplatte (2) und Abkühleinheit (5) mit einer Isolation versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation mit Heiz- oder mit Kühlelementen versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand S 0.1 bis 35 mm beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand S 1 bis 10 mm beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Abkühleinheit aus luftdurchlässigem Gewebe besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Abkühleinheit aus mindestens einem perforierten einseitig geschlossenen Rohrteil besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühleinheit (5) aus einem nach oben und einem nach unten gerichteten Rohrteil besteht.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühleinheit (5) durch die Einfahr-Vorrichtung (7) horizontal und vertikal oder auf einem zirkularen Einschwenkweg (13) positionierbar und mit einem Zentrierdorn (30) düsensymmetrisch fixierbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühleinheit (5) bei Störungen selbsttätig aus dem Fadenlauf hinaus in eine Servi­ cestellung verfahrbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Einfahr-Vorrichtung (7) beim Ein- und Ausfahren vorwiegend in hori­ zontaler und beim Zentrieren gegenüber der Düsenplatte (2) vorwiegend in vertikaler Richtung erfolgt.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfahr-Vorrichtung (7) mechanisch, pneumatisch oder elektronisch steuerbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfahr-Vorrichtung (7) durch Oberflächengestaltung oder Perforierung filamentab­ weisend gestaltet ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfahr-Vorrichtung (7) einen kreisförmigen Einfahrweg (13) um eine Achse (14) auf weist, wobei die Schwenkbewegung via einen Hebel (16), an dem ein zweiter Hebel (19) über einen Lagerpunkt (18) angelenkt ist, übertragbar ist, wobei dieser zweite Hebel (19) via eine Traverse (20) einen pflugscharähnlichen Fadenteiler (21) trägt so dass dieser Fadenteiler (21) einerseits um den Lagerpunkt (18) und andererseits gemeinsam mit der Abkühleinheit (5) um die Achse (14) schwenkbar ist, wodurch während des Einschwen­ kens der Abkühleinheit (5) in den Faden lauf, diese zunächst vom Fadenteiler (21) über deckt wird, so dass der Fadenteiler (21) zuerst in den Fadenlauf eintaucht und diesen teilt, so dass die Abkühleinheit (5) von den Filamenten nicht berührt wird, bis die Abkühl­ einheit (5) ihre vertikale Endstellung nahezu erreicht hat und sich vollständig unterhalb des nicht durch Kapillarbohrungen perforierten Zentralbereichs der Spinndüsenplatte (2) befindet, wonach der Fadenteiler (21) um den Lagerpunkt (18) aus dem Fadenlauf aus schwenkt und den Weg der Filamente (4) freigibt.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühleinheit in Länge und Durchmesser variierbar ist, wobei der Durchmesser im Bereich zwischen 10 und 106 mm liegt und mindestens 1 mm kleiner ist, als der Innen­ durchmesser des kleinsten Kreises der ringförmig angeordneten Kapillar-Bohrungen.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühleinheit (5) in ihrer kühlungswirksamen Länge Lk und in der Ausführung ihrer Perforation auf die abzukühlenden Filamente in Titer und Spinngeschwindigkeit abgestimmt ist.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft auf 15 bis 200°C temperierbar ist.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Austrittsgeschwindigkeit und/oder die Austriftstemperatur und/oder die Austritts­ richtung der Luft über die Länge Lk der Abkühleinheit (5) variabel, auf Titer und Spinn­ geschwindigkeit der Filamente (4) abgestimmt, einstellbar sind.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fadenführer (9) und Präparationsauftragseinrichtung (11) höhenverstellbar sind, womit auch der Verfestigungspunkt der Filamente mindestens 10 bis 40 mm vor dem wirksa­ men Ende der Abkühleinheit (5) einstellbar ist.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenführer (9) als Stützring oder als Trichter mit oder ohne zusätzliche Luftabgabe gestaltet ist.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenführer (9) tropfenförmig gestaltet ist.

24. Verfahren zum Herstellen von Mikrofilamenten mit Einzeltitern von maximal 1 dtex mit hoher Titergleichmässigkeit mit der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 23 mit den Schritten

• - Schmelzspinnen der Filamente mit einem Gesamttiter von 22 bis 500 dtex
• - mit einer Spinngeschwindigkeit von 2000 bis 7000 m/min,
• - Abkühlen der Filamente mit temperierter Luft mit einer Abkühleinheit mit der kühlwirksamen Länge Lk im Abstand S von der Spinndüsenplatte Aufteilen des Filamente an separaten Führungsorganen in Filamentbündel,
• - Beaufschlagen der Filamentbündel mit Präparation,
• - Aufwickeln der separaten Filamentbündel mit einer Geschwindigkeit von 2000 bis 7000 m/min,
• - wobei die die Oberfläche Düsenplatte gegenüber der Schmelzetemperatur eine Abküh­ lung bis zu 10°K erfahren kann und
• - die Filamente zu einem oder mehreren separaten Filamentbündeln zusammengefasst werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Einzeltiter der Filamente zwischen 0,1 und 1 dtex liegt

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand S isoliert, gekühlt oder beheizt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand S 0.1 bis 35 mm eingestellt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand S 1 bis 10 mm eingestellt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf Titer und Spinngeschwindigkeit der Filamente abgestimmte Luft- Geschwindigkeit über die effektiv kühlwirksame Länge Lk der Abkühleinheit variabel zwischen 0,05 und 0,7 m/sec eingestellt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abkühleinheit temperierte Luft mit einer Temperatur zwischen 15 und 200°C verwendet wird.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass temperierte Luft von 10°C bis 30°C unter dem T_G des Polymeren verwendet wird.

32. Verfahren nach Anspruch 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass in verschiedenen Bereichen der Abkühleinheit unterschiedlich temperierte und/oder ge­ richtete Luft eingesetzt wird.

33. Verfahren nach Anspruch 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfestigungspunkt der Filamentbündel in Abhängigkeit von Titer und Spinnge­ schwindigkeit 10 bis 40 mm über dem wirksamen Ende der Abkühleinheit eingestellt wird.

34. Verfahren nach Anspruch 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Präparation über einen Ringspalt oder durch Aufsprühen aufgetragen wird.

35. Verfahren nach Anspruch 24 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass als synthetische Polymere Polyamide, Polyester oder Polyolefine eingesetzt werden.

36. Mikrofilamente mit hoher Titer-Gleichmässigkeit, hergestellt nach dem Verfahren der Ansprüche 24 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass sie Einzeltiter vom 0,1 bis 1,0 dtex aufweisen.

37. Mikrofilamente nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass sie Usterwerte U unter 1,2% und U½ unter 0,8% aufweisen.

38. Mikrofilamente nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass diese im Verfahren integriert durch Verstrecken, Verwirbeln, Schrumpfen, Kräuseln wei­ terbehandelt sind.

39. Mikrofilamente nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass diese durch hohe Spinngeschwindigkeiten zu Fäden mit hoher Orientierung weiterbe­ handelt sind.