DE2031686C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Garnen oder Fasern aus einer Bahn eines kaltziehbaren Polymers - Google Patents

Description

der Rillen oder den Seiten der Rillen oder der Spitze der dazwischenliegenden Rillenrücken der Fall sein kann.

Wahrscheinlich führt die am Boden der Rillen wirkende Scherkraft zu einer einfacheren nachfolgenden Aufspaltung und Auffaserung, während eine an beliebiger anderer Stelle der Rillen wirkende Scherkraft zu einer Kräuselung führt. Eine zur Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete Bahn k&nn eine Stärke von 40 bis 800 μ aufweisen.

Obwohl zahlreiche Abwandlungen möglich sind, schlägt sich das erfindungsgemäße Verfahren in drei besonders günstigen Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Herstellung von Garnen oder Fasern durch Verstrecken und Fibrillieren einer Bahn aus einem kaltziehbaren thermoplastischen Polymer nieder. Bei der ersten Ausführungsform wird der Spalt durch zwei Walzen gebildet, von denen eine Walze kälter ist als die andere, eine unterhalb des polymeren Schmelzpunktes liegende Temperatur hat und mit kreisförmigen Umfangsrillen versehen ist, während die andere wärmere Walze eine glatte Mantelfläche hat. Beide Walzen drehen sich mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten, wobei die wärmere Walze eine niedrigere Umfangsgeschwindigkeit als die kältere hat. Insbesondere bei der Anwendung von Polypropylen läßt sich die mit Rillen versehene Walze z.B. bei einer Temperatur zwischen 0° C und 90° C betreiben, während die Walze mit der glatten Mantelfläche bei einer zwischen 0° C und 250° C liegenden Temperatur betrieben wird. Besonders geeignete Temperaturen bei der Anwendung von Polypropylen sind 70° C an dei gerillten Walze und 170° C an der Walze mit der glatten Mantelfläche.

Im allgemeinen wird die Walze mit der glatten Mantelfläche bei einer oberhalb des polymeren Schmelzpunktes liegenden Temperatur betrieben, während die gerillte Walze eine so weit unterhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur hat, daß hierdurch eine Führung der Bahn auf der gerillten Walze beim Durchlaufen des Spaltes aufrechterhalten wird. Diese Temperaturen können für die kältere Walze im Bereich zwischen 0° C und 250° C und für die wärmere Walze im Bereich zwischen Ü° C und 300° C liegen. Da sich die Walzen nicht mit derselben Umfallgeschwindigkeit drehen (geeignet sind Geschwindigkeitsabstufungen im Verhältnis 1:3 bis 3: 1, obwohl, falls erforderlich, eine Walze stationär sein kann), entsteht eine Scherkraft, die zwischen den Bahnoberflächen wirkt, auf der wärmeren Fläche. Dies führt zur Bildung von gekräuselten Fasern, wenn die Bahn anschließend gestreckt, aufgefasert und durch Wärmebehandlung entspannt wird.

Bei der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung ist der Spalt zwischen den zusammenwirkenden Bearbeitungswerkzeugen durch eine gerillte Walze und einen Schaber gebildet, der eine gerade oder gezahnte Kante aufweist. Dieser Schaber wird sich erwärmen, er kann aber auch zusätzlich erwärmt oder gekühlt werden. Er erzeugt auf der Oberfläche der Bahn, die er berührt, die beabsichtigte Scherwirkung.

Bei der dritten Ausführungsform ist der Spalt zwischen den zusammenwirkenden Bearbeitungswerkzeugen durch eine Walze mit glatter Mantelfläche und einem Bearbeitungswerkzeug gebildet, das aus einer Vorrichtung mit einer Reihe von profilierten Spitzen besteht, über die die Bahn zur Erzeugung der Rillen gezogen wird, wobei die Vorrichtung vorzugsweise ein Schaber mit einer gezahnten Kante oder mindestens ein Nadelkamm mit einer Reihe von Nadeln ist. Die Nadeln können genauso wie der Schaber der vorbeschriebenen Ausführungsform zusätzlich erhitzt oder gekühlt werden. Durch das Vorbeiführen der warmen Bahn werden diese Nadeln erwärmt, so daß sie Rillen erzeugen, wobei die Möglichkeit besteht, daß die Rillenseiten oder -boden sich zusammenschließen. Es ist bei dieser Ausführungsform ferner vorteilhaft, verschiedene Nadelreihen, eventuell sogar zueinander versetzt, anzuordnen und die Nadeln in eine Schwingbewegung zu versetzen.

Bestimmte Merkmale können mit Vorteil an allen

»5 obengenannten Ausführungsformen verwendet werden. So sollten die Rillen auf den Walzen oder die Nadeln in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sein, daß je Zentimeter zwischen 2 und 200, vorzugsweise zwischen 20 und 120 Rillen oder Nadeln

ao vorhanden sind. Bei einer abgewandelten Ausführungsform, insbesondere wenn ein Nadelkamm Anwendung findet, kann der Streifen besser noch von den Nadeln durchdrungen als nur gerillt werden.
Bei zahlreichen praktischen Ausführungen sind die

»5 membranähnlich dünnen Teile am Boden der Rillen vorzugsweise dünner als 20 μ, im allgemeinen dünner als 10 μ. Stärken von 5 μ lassen sich leicht erreichen.

Es kann ein beliebiges, thermoplastisches Polymer

verwendet werden, das Fasern bildet. Zur Anwendung

3» sind Polyolefine, wie z. B. Polypropylen oder Äthylen hoher Dichte oder Mischungen aus diesen oder auch Polyamide, Polyester wie z. B. Polyäthylen-Terephthalester-Acrylnitril-Polymere oder Polyvinylidenchloride geeignet.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform,
Fig. 2a ein Einzelteil der Vorrichtung nach Fig. 2, und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 wird eine Bahn I mittels einer Strangpresse 2 hergestellt und durch den zwischen zwei Walzen 3 und 4 bestehenden Spalt geführt, von wo aus die Bahn 1 in den zwischen zwei weiteren Walzen 5 und 6 befindlichen Spalt gelangt.

Bei dieser Ausführungsform kann ebenso wie bei den später beschriebenen Ausführungsformen angenommen werden, daß die Bahn 1 gleichzeitig oder später eine Bearbeitungsstation durchläuft, in der die Aufspaltung in Bänder erfolgt, daß eine weitere Bearbeitungsstation zum Strecken vorgesehen ist und daß die gestreckten Bänder in einer Bearbeitungsstation in ein viclfaseriges Material aufgefasert werden, z.B. durch eine mechanische Vorrichtung oder eine Venturi-Düse; es können auch ein einen Entspannvorgang zur Erzielung einer Kräuselung bewirkender Verfahrensschritt und eine Aufwickelstation vorgesehen sein. Alle diese Vorrichtungen und Mittel zur Behandlung und Bearbeitung von stranggepreßtem Material sind bekannt und werden deshalb nicht im einzelnen beschrieben.

Die Walze 4 ist eine verhältnismäßig kalte Walze mit einer unterhalb des polymeren Schmelzpunktes liegenden Temperatur und mit kreisförmig um den

Umfang verlaufenden Rillen, die zur Erzeugung von längsgerichteten Rippen auf einer Fläche der Bahn dient. Die Walze 3 ist eine Walze mit glatter Mantelfläche, die beheizt ist. Efie von der Strangpresse 2 kommende Bahn 1 durchläuft direkt den zwischen den Walzen 3 und 4 befindlichen Spalt; dieser läßt sich allerdings auch dadurch ersetzen, daß die Bahn 1 in einem bestimmten Winkel geführt wird, der vor dem Passieren des Spaltes eine Berührung der Bahn mit der einen oder anderen Walze zuläßt.

Die Walzen 5 und 6 können mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit angetrieben werden wie die Walze 4 (oder auch die Walze 3), es ist jedoch von besonderem Vorteil, wenn die Walzen 5 und 6 eine höhere Umfangsgeschwindigkeit haben, da hierdurch eine Streckung der Bahn erreicht wird.

Durch die in Fig. 1 strichpunktiert dargestellte, kreisförmige Linie soll angezeigt werden, daß die Walzen 5 und 6 auf einem schwenkbaren Arm oder Gestell angeordnet sein können, so daß die Bahn 1 in mehr oder weniger starkem Maße gestreckt wird, während sie.. einen entsprechend größeren oder kleineren Bereich 4a der Walze 4 berührt. Die Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 3 können im übrigen in ähnlicher Weise abgewandelt sein.

Obwohl die Anwendbarkeit der Erfindung nicht auf bestimmte Abmessungen der Bahn und der Walzen oder auf bestimmte Materialien beschränkt ist, haben sich die nachfolgend als Beispiel genannten Werte als besonders geeignet herausgestellt:

Strangpreßtemperatur: 250⁰C

Düsenbreite: 50 cm

Breite des Düsenspaltes: 0,038 cm

Polypropylen-Schmelze,

Fließindex 3,0

40 je cm, 0,025 cm tief

25 cm

Walze 4 = 70 ⁰C;

Walze 3 = 170 ⁰C

(a) Walze 4: 20 m/min; Walze 3: 18 m/min

(b) in Kombination mit (a): Walzen 5 und 6: 25 m/min

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 2 a läuft die aus der Strangpresse 2 austretende Bahn 1 durch den zwischen einer kalten Walze 7 (etwa 90° C) und einem Schaber 8 liegenden Spalt, wobei der Schaber 8 an einer Gegenplatte 9 befestigt ist. Der Schaber 8 kann z. B. aus einem flexiblen Metallstreifen bestehen, der eine scharfe Kante 10 hat, und in form einer ablaufenden Klinge mit der Walze 7 in Berührung stehen; in dem dargestellten Beispiel hat der Schaber 8 zu der Ebene, in der die Bahn 1 transportiert wird, einen Anstellwinkel von etwa 30°.

Material:

Rillen:

Walzendurchmesser:
Walzentemperaturen:

Walzenumfangsgeschwindigkeit :

Da die Bahn 1 noch warm ist, wird sich der Schaber 8 während des Betriebes erhitzen. Der Schaber 8 kann, wenn es gewünscht wird, zusätzlich mit einer Beheizung oder einer Kühlung versehen werden.

Die Kraft, mit der der Schaber 8 an die Walze anzudrücken ist, ist unterschiedlich; es ist jedoch eine Andruckkraft von etwa 0,7 kg je cm Berührungslinie ein geeigneter Wert. Andere Bemessungen, Geschwindigkeitswerte und Merkmale der Vorrichtung entsprechen den Angaben, die im Zusammenhang mit der zwei Walzen verwendenden Vorrichtung zuvor gemacht wurden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Schaber 8 der Ausführungsform nach Fig. 2 durch einen Nadelkamm 11 ersetzt, der je cm etwa 40 Nadeln 12 trägt und etwa dieselbe Breite hat wie die Walze 13; bei. dieser Ausführungsform hat diese eine glatte Mantelfläche und wird bei einer unterhalb des Schmelzpunktes liegenden Temperatur betrieben.

so Der Nadelkamm 11 wird mit einer Andruckkraft von etwa 0,7 kg je cm Andrucklinie gegen die Walze 13 gedrückt. Diese kann z. B. 45 cm lang sein. Die Nadeln 12 haben einen Schaftdurchmesser von 0,25 cm und sind 2,5 cm lang, wobei sie auf etwa 0,63 cm abgeschrägt und an eine Messingstange angelötet sind.

Bei einem praktischen Versuch wurde der in den

Fig. 2 und 2a dargestellte Schaber 8 zur Herstellung einer Bahn von 112 μ Dicke verwendet, wobei die membranartigen Teile dünner als 10 μ waren. Eine mit 25 Rillen versehene Bahn wurde bei einer Temperatur von 145° C in freier Bahnführung um 1100% gestreckt. Eine auf bekannte Weise mit Hilfe von Lufl vorgenommene Auffaserung (die gestreckte Bahn wurde durch den Strahl einer Venturi-Düse geführt) führte zu einem hohen Auffaserungsgrad, und nachdem das hierbei entstehende vielfaserige Garn sich 24 Stunde lang frei entspannen konnte, ließen sich folgende Werte feststellen:

Titer der Fäden: 13 den

Zahl der Kräuselungen: 0,7

Reißfestigkeit: 5,0 g/den

Ein ähnlicher Versuch wurde mit einer Streckung von 500 bis 600 % unternommen und ergab folgende

Werte:

Titer der Fäden: 19 den

Zahl der Kräuselungen: 0,4

Reißfestigkeit: 4,5 g/den

Bei einem ähnlichen Versuch wurde ein Nadelkamm mit 40 Nadeln je cm nach Fig. 3 verwendet. E; ergaben sich folgende Werte:
Titer der Fäden: 50 den

Zahl der Kräuselungen: 0,3

Reißfestigkeit: 4,7 g/den

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Garnen oder Fasern durch Verstrecken und Fibrillieren einer Bahn aus einem kaltziehbaren thermoplastischen Polymer, bei dem eine Bahn des Polymers durch einen Spalt zwischen zusammenwirkenden Bearbeitungswerkzeugen geführt wird, deren eines eine Form zur Ausbildung kontinuierlicher Längsrillen in der Bahn aufweist und deren anderes glatt ist und deren mindestens eines eine Walze ist, wobei die Temperaturen der Bearbeitungswerkzeuge voneinander verschieden sind und die Temperatur der Walze unterhalb des Schmelzpunktes des Polymeren liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn des Polymeren in schmelzwarmem Zustand dem Spalt zugeführt wird und daÜ in dem Spalt auf die beiden Oberflächen der Bahn unterschiedlicht. Scherkräfte dadurch ausgeübt werden, daß die Bewegung der einen Oberfläche der Bahn verzögert ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen den zusammenwirkenden Bearbeitungswerkzeugen durch zwei Walzen (3, 4) gebildet ist, von denen die eine (4) kälter ist als die andere (3), eine unterhalb des Schmelzpunktes des Polymeren liegende Temperatur hat und mit kreisförmig um ihren Umfang verlaufenden Rillen versehen ist, während die andere, wärmere Walze (3) glatt ist, und daß beide Walzen (3,4) mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit umlaufen, wobei die wärmere Walze (3) eine niedrigere Umfangsgeschwindigkeit hat als die kältere (4).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glatte, wärmere Walze (3) eine oberhalb des polymeren Schmelzpunktes liegende Temperatur hat und daß die kältere Walze (4) eine so ausreichend unterhalb des polymeren Schmelzpunktes liegende Temperatur hat, daß ein Anliegen der Bahn (1) an der Walze (4) hinter dem Spalt erleichtert wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen den zusammenwirkenden Bearbeitungswerkzeugen durch eine gerillte Walze (7) und einen Schaber (8) gebildet: ist, der eine gerade oder gezahnte Kante aufweist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen den zusammenwirkenden Bearbeitungswerkzeugen durch eine Walze (13) mit glatter Mantelfläche und einen Schaber (8) mit gezahnter Kante oder einen Nadelkamm (11) mit einer Reihe von Nadeln gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln des Nadelkammes (11) in mindestens zwei Reihen und zueinander versetzt angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln des Nadelkammes (11) in bezug auf die Bewegung der Bahn (1) eine Schwingbewegung ausführen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Garnen oder Fasern durch Verstrecken und Fibrillieren einer Bahn aus einem kaltziehbaren thermoplastischen Polymer, bei dem eine Bahn des Polymers durch einen Spalt zwischen zusammenwirkenden Bearbeitungswerkzeugen geführt wird, deren eines eine Form zur Ausbildung kontinuierlicher Längsrilltn in der Bahn aufweist und deren anderes glatt ist und deren mindestens eines

ίο eine Walze ist, wobei die Temperaturen der Bearbeitungswerkzeuge voneinander verschieden sind und die Temperatur der Walze unterhalb des Schmelzpunktes des Polymeren liegt. Ein solches Verfahren dient insbesondere zur Herstellung vielfaseriger Garne.

>5 Die Herstellung von synthetischen Textilien erfordert Fäden von hoher Qualität und glattem, feinem Denier. Der übliche Weg, diese Eigenschaften sicherzustellen, besteht im Strangpressen einer Gruppe von Einzelfasern aus einer Spinndüse; hierzu ist jedoch

ίο eine ganz besonders ausgebildete und sehr teure Einrichtung erforderlich, wenn die Faser die gewünschte gute Qualität haben soll.

Es ist bekannt, gestreckte und aufgefaserte, flache Bandstreifen zur direkten Herstellung von Garnen zu verdrillen. Derart hergestellte Garne sind jedoch grob und ungleichmäßig und höchstens zur Herstellung von Bindfäden oder Stricken geeignet, nicht jedoch von Textilien besserer Qualität.

Aus der US-PS 2 728950 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Nachteiligerweise wird hierbei jedoch von einer bereits fertiggestellten Bahn ausgegangen, in welche erst im Zustand des abgekühlten und ausgehärteten Polymers Längsrillen eingearbeitet werden. Ein kontrolliertes Aufspalten und Auffasernder Bahn ist nicht ermöglicht. Auch ist mangels des Vorhandenseins einer von Natur aus beständigen Kräuselung auch keine gute Eignung zur Herstellung von Textilien gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Garnen und Fasern durch Verstrecken und Fibrillieren einer Bahn aus einem kaltziehbaren thermoplastischen Polymer bereitzustellen, durch welche ein gleichmäßiges Garn erzielt wird, das von Natur aus eine beständige Kräuselung besitzt und zur Herstellung von Textilien besonders geeignet ist. Die Aufgabe ist crfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bahn des Polymeren in schmelzwarmem Zustand dem Spalt zugeführt wird und daß in dem Spalt auf die beiden Oberflächen der Bahn unterschiedliche Scherkräfte dadurch ausgeübt werden, daß die Bewegung der einen Oberfläche der Bahn verzögert ist.

Während sich die Lehre der Erfindung unter Herstellung von Rillen beliebiger Form auf der Bahn anwenden läßt, wobei die Rillen quer oder in einem bestimmten Winkel verlaufen und unterschiedliche Querschnittsformen haben können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Durchlaufspalt so auszubilden, daß gleichmäßig in Längsrichtung verlaufende Rillen hergestellt werden.

Wenn von einer auf die Oberfläche der Bahn wirkenden Scherkraft die Rede ist, soll dies in weitestem Sinne bedeuten, daß die an einer Bahnoberfläche herrschenden Scherkraflverhältnisse sich von denen der anderen Bahnoberfläche unterscheiden. Diese Scherkraftverhältnisse können quer über die ganze Fläche gleichmäßig sein oder sich innerhalb der Fläche selbst unterscheiden, wie es z. B. zwischen dem Boden