DE68910857T3

DE68910857T3 - Verfahren und Vorrichtung zur Abkühlung von aus der Schmelze gesponnenen Fäden.

Info

Publication number: DE68910857T3
Application number: DE68910857T
Authority: DE
Inventors: Akifumi Katou; Eiji Katou; Yoshihiro Yoshimura
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1989-03-21
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2009-03-22
Also published as: CN1038135A; AU3160889A; EP0334604B1; CN1022581C; EP0334604A3; EP0334604A2; JPH01246408A; NZ228457A; ATE97704T1; JP2674656B2; KR890014793A; CA1325088C; HK84794A; EP0334604B2; AU625777B2; KR960006931B1; DE68910857D1; DE68910857T2

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen einer Vielzahl von aus der Schmelze gesponnenen, aus Matrizen extrudierten Fäden, die aus einem thermosplastischen Harz bestehen, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

2. Beschreibung der damit in Zusammenhang stehenden Technik

Fig. 3 zeigt eine Spinnvorrichtung für Fäden, die aus Polyethylen, Polypropylen oder anderen thermosplastischen Harzen bestehen. In dieser Vorrichtung wird eine Vielzahl von aus der Schmelze gesponnenen, aus einer Matrize 1 extrudierten Fäden 2 durch eine aus einer Kühlvorrichtung 3 ausströmende Kühlluft abgekühlt und anschließend unter Verstreckung aufgenommen. Die Kühlvorrichtung 3 umfaßt einen Kamin 4, der so mit einer Matrize 1 verbunden ist, daß er die aus der Schmelze gesponnenen Fäden 2 umgibt, sowie eine aus Kühlern bestehende Temperaturregelvorrichtung 5. Die Vorrichtung 5 kühlt die Kühlluft auf die gewünschte Temperatur, die Kühlluft wird dem Kamin 4 durch ein Gebläse 6 zugeführt und durch dessen umgängliche innere Oberfläche durch einen Filter 7 geblasen. Referenznummer 8 stellt ein Absauggebläse dar.
Wenn zur raschen Kühlung der Fäden die Temperatur der Kühlluft herabgesetzt oder die Luftflußrate erhöht wird, wird bei der Abkühlung von aus der Schmelze gesponnenen Fäden nur die Oberfläche der Fäden abgekühlt und verhärtet. Wenn eine Verstrekkung an den Fäden in den Stadium ausgeübt wird, würden die Fäden schmelzen und brechen oder die Elastizität, Zugspannung und andere physikalische Eigenschaften des Garns würden sich verschlechtern.
Umgekehrt neigen die Fäden bein graduellen Kühlen dazu, aneinander anzuhaften, und außerdem müßte die Kühlzone verlängert werden und folglich die Größe der Vorrichtung notwendigerweise zunehmen.
Selbst bei Steigerung oder Änderung der Spinngeschwindigkeit wäre eine schnelle Abkühlung notwendig und folglich die oben diskutierten Probleme dann auftauchen, wenn die Kühlung ohne Änderung der Kühlzonenlänge vorgenommen werden würde.
US-A-3 070 839 beschreibt Vorrichtungen, welche das Kühlpotential der Kühlluft entlang der Fadenbahn durch Zuführen eines größeren Volumens zum Luftstrom am stromaufwärts befindlichen Bereich als zum stromabwärts befindlichen Bereich variiert. GB-A-0 998 664 beschreibt Vorrichtungen, welche ein ähnliches Verfahren zum Kühlen von Fäden benutzen, wobei die Strömungsrate stromabwärts um etwa 35% größer als stromaufwärts ist.
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die durch eine zu schnelle oder graduelle Kühlung der Fäden verursachten oben genannten Probleme zu umgehen.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Abkühlung von aus der Schmelze gesponnenen Fäden in einer Spinnvorrichtung geschaffen, wobei eine Vielzahl aus einer Matrize extrudierten, aus der Schmelze gesponnenen Fäden durch eine aus einer Kühlvorrichtung ausströmende Kühlluft abgekühlt und unter Verstreckung aufgenommen wird, worin die Temperatur der aus der Kühlvorrichtung ausströmenden Kühlluft kontrolliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt und eine Kühlvorrichtung für jeden Bereich vorgesehen ist, so daß der Kühleffekt im stromaufwärts befindlichen Bereich der Fadenbahn schwächer als der Kühleffekt im stromabwärts befindlichen Bereich der Fadenbahn ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird auch eine Spinnvorrichtung geschaffen, in der eine Vielzahl von aus einer Matrize extrudierten, aus der Schmelze gesponnenen Fäden von einer aus einer Kühlvorrichtung ausströmenden Kühlluft abgekühlt und unter Verstreckung aufgenommen wird, wobei die Kühlvorrichtung so eingestellt ist, im stromabwärts befindlichen Bereich der Fadenbahn eine stärkere Abkühlung als in den stromaufwärts befindlichen Bereichen der Fadenbahn durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung eine Vielzahl von Kühlgeräten umfaßt und daß die Stärke der Kühlung dadurch schrittweise geändert wird, daß die von den unterschiedlichen Kühlgeräten ausströmende Kühlluft unterschiedliche Temperaturen entlang der Länge der Fadenbahn aufweist.
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme der begleitenden Zeichnungen besser verständlich; in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Spinnvorrichtung ist, die mit einer Kühlvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Spinnvorrichtung ist, die mit einer anderen Kühlvorrichtung versehen ist; und
Fig. 3 eine schematischen Ansicht einer konventionellen Spinnvorrichtung ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die oben genannten Probleme durch Kontrolle der Temperatur und/oder Volumens der Kühlluft gelöst werden, so daß eine stärkere Kühlung des Fadenverlaufs, graduell oder kontinuierlich, von stromaufwärts nach stromabwärts bewerkstelligt wird.
Der leichteste Weg der graduellen Änderung der Kühlung, der auch am leichtesten zu kontrollieren bzw. zu steuern ist, besteht darin, die Kühlzone in mehrere Abschnitte zu unterteilen, wobei eine Kühlvorrichtung an jedem Abschnitt vorgesehen ist, und die Kühlung mittels der Vorrichtung in die stromabwärts befindliche Richtung hin stärker wird.
Um die Kühlung kontinuerlich zu ändern, ist es möglich, z.B. ein Verfahren zu übernehmen, bei dem die Heizung im Strömungsweg der Kühlluft angeordnet ist und der Abstand der Heizdrähte im stromaufwärts befindlichen Bereich enger wird, so daß die Menge an erzeugter Wärme graduell zunimmt, wodurch die Kühlluft durch Berührung mit der Heizung erwärmt und anschließend ausgeströmt wird, oder ein Verfahren, bei dem der Strömungsweg der Kühlluft im stromaufwärts befindlichen Bereich graduell enger oder der Druckverlust graduell gesteigert wird, um die Luftmenge im stromaufwärts befindlichen Bereich des Fadenflusses graduell zu reduzieren.
Darüberhinaus kann bei der Änderung der Spinngeschwindigkeit die Stärke der Kühlung geändert werden.
Obwohl die Temperatur und das Volumen der Kühlluft größtenteils von den zu extrudierenden Materialien, der Temperatur von den aus der Schmelze gesponnenen Fäden und der Extrusionsrate abhängen, beträgt die Temperatur der Kühlluft vorzugsweise -20 ºC bis 140 ºC, besser 0 bis 100 ºC und das Volumen der auszuströmenden Kühlluft vorzugsweise 2 bis 40 m³/kg, besser 5 bis 25 m³/kg. Die zu extrudierenden Materialien schließen beispielsweise Polyethylen, Polypropylen und andere thermoplastische Harze ein.
Die aus der Schmelze gesponnenen, aus der Matrize extrudierten Fäden werden im stromaufwärts befindlichen Bereich der Kühlzone schwach und in dessen stromabwärts befindlichen Bereich stark abgekühlt. Wenn die Kühlung schwach ist, wird die Temperaturdifferenz zwischen der Fadenoberfläche und dessen Innerem klein sein und die Verstreckung wird in diesem Stadium ausgeübt, um zu gewährleisten, daß eine einheitliche Verstreckung ausgeübt wird, wodurch die Elastizität, Zugspannung und andere physikalische Eigenschaften der Fäden verbessert werden und Schmelzen oder Bruch nur erschwert auftreten. Darüberhinaus wird an der stromabwärts befindlichen Seite, wo die Fäden aufgenommen werden, eine starke Kühlung zur Verhärtung bewerkstelligt, so daß eine Haftung zwischen den Fäden nur erschwert auftritt. So wird es ermöglicht, die Kühlzone kürzer als bei gradueller Kühlung des Ganzen zu gestalten.
Bei Steigerung der Spinngeschwindigkeit ist es möglich, eine schnelle Kühlung durch Zunahme des Anteils der schwachen Kühlung in der Kühlzone zu vermeiden. Zu beachten ist, daß bei der Herabsetzung der Spinngeschwindigkeit kein Problem verursacht wird, wenn die Anteile der Stärke der Kühlung variiert werden.

Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zweistufigen Kühlvorrichtung mit gleicher Bauweise wie die der Kühlvorrichtung 3, mit der die in Fig. 3 gezeigte Spinnvorrichtung versehen ist, ausgenommen des Filters am Boden der Kühlvorrichtung 3, d.h. die aus einem Kamin 12 und einer aus Kühlern bestehenden Gastemperaturregelvorrichtung 13 besteht. Die Vorrichtung strömt die Kühlluft, die durch die Oberstufengastemperaturregelvorrichtung 13 auf die gewünschte niedrige Temperatur gekühlt wurde, zum Kamin 12 durch Gebläse 14 und schließt dieses an eine Kühlvorrichtung 11 an, so daß sie aus der umfänglichen inneren Oberfläche ausgeströmt wird. Diese strömt eine Kühlluft relativ hoher Temperatur aus der oberen Stufe und eine Kühlluft relativ niedriger Temperatur aus der unteren Stufe aus, so daß die aus der Schmelze gesponnenen Fäden 2 an der oberen Stufe langsam und an der unteren Stufe schnell gekühlt werden.
Z.B. sind bei Verwendung von Polyethylen die bevorzugten Kühlbedingungen wie folgt:
Obere Stufe: 30 ºC x 8 m³/kg
Untere Stufe: 10 ºC x 8 m³/kg.
Bei der oben genannten Ausführungsform ist die Temperatur der aus der unteren Stufe ausgeblasenen Kühlluft kleiner als diejenige der oberen Stufe, aber es ist ebenso gut möglich, die Luftmenge der Gebläse 6 und 14 so zu ändern, daß die Luftmenge der unteren Stufe mehr als die der oberen Stufe beträgt und außerdem ebenso möglich, sowohl Temperatur als auch Luftmenge der oberen und unteren Stufe zu ändern.
Typisches Beispiel für Kühlbedingungen bei Verwendung von Polyethylen ist wie folgt:
Obere Stufe: 20 ºC x 4 m³/kg
Untere Stufe: 10 ºC x 8 m³/kg.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ist in der gleichen Weise wie die in Fig. 1 gezeigte, ausgenommen der Tatsache, daß das Gebläse 6 in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung als Absauggebläse dient und die Kühlluft der unteren Stufe aus dem Gebläse 16 ausströmt, durch Heizung 17 erwärmt und anschließend aus der oberen Stufe ausgeblasen wird. Als Ergebnis wird Kühlluft relativ hoher Temperatur aus der oberen Stufe ausgeblasen und Kühlluft relativ niedriger Temperatur aus der unteren Stufe ausgeströmt.
Die obengenannten Ausführungsformen zeigen ein Beispiel, bei dem zwei Kühlvorrichtungen zu einer zweistufigen Kühlung verbunden werden, aber in einer anderen Ausführungsform können drei oder mehr Kühlvorrichtungen zu einer vielstufigen Kühlung verbunden werden, und in einer weiteren Ausführungsform können Heizungsdrähte um die umfängliche innere Oberfläche des Kamins gewickelt werden, so daß der Abstand nach oben hin graduell kleiner wird und somit die Kühlluft erwärmt und mit einem Temperaturgradienten versehen wird, so daß die Temperatur nach unten hin graduell abfällt, wobei die Kühlung nach unten hin kontinuierlich verstärkt wird.
Darüberhinaus kann in einer weiteren Ausführungsform der Strömungsweg der Kühlluft so ausgebildet werden, daß er nach unten hin graduell enger wird oder daß der Druckverlust graduell zunimmt, wodurch die Menge der Kühlluft nach oben hin abnimmt.
Wie oben erwähnt, wird gemäß der Verfahrens nach Anspruch 1 die Kühlung an der stromaufwärts befindlichen Seite abgeschwächt und an der stromabwärts befindlichen Seite verstärkt, wodurch die Elastizität, Zugspannung und andere physikalische Eigenschaften der Fäden ohne Vergrößerung der Vorrichtung verbessert werden und darüberhinaus Schmelzbruch erschwert und gegenseitige Anhaftung der Fäden vermieden wird.
Gemäß eines Verfahrens nach Anspruch 2 kann der Anteil des schwächeren Bereichs der Kühlung an der Kühlzone erhöht werden, so daß eine schnelle Kühlung oder Verlängerung der Kühlzone sogar dann vermieden wir, wenn die Spinngeschwindigkeit gesteigert wird.
Bei der Kühlvorrichtung nach Anspruch 6 wird eine Vielzahl von Kühlvorrichtungen verbunden, damit die Kühlung in den stromabwärts befindlichen Stufen verstärkt wird.
In den Kühlvorrichtungen nach Anspruch 7 kann die Temperatur der Kühlluft mit einem Temperaturgradienten versehen werden, der nach unten hin abfällt und die Kühlung kann so nach unten hin kontinuerlich verstärkt werden.
Bei der Kühlvorrichtung nach Anspruch 8 kann das Volumen der Kühlluft nach unten hin graduell gesteigert werden und so die Kühlung nach unten hin kontinuerlich verstärkt werden.

Claims

1. Verfahren zur Abkühlung von aus der Schmelze gesponnenen Fäden (2) in einer Spinnvorrichtung, wobei eine Vielzahl von aus einer Matrize (1) extrudierten, aus der Schmelze gesponnenen Fäden durch eine aus einer Kühlvorrichtung (3, 11) ausströmende Kühlluft abgekühlt und unter Verstreckung aufgenommen wird, worin die Temperatur der aus der Kühlvorrichtung (3, 11) ausströmenden Kühlluft kontrolliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt ist und eine Kühlvorrichtung für jeden Bereich vorgesehen ist, so daß der Kühleffekt im stromaufwärts befindlichen Bereich der Fadenbahn schwächer als der Kühleffekt im stromabwärts befindlichen Bereich der Fadenbahn ist.

2. Verfahren zur Abkühlung von aus der Schmelze gesponnenen Fäden nach Anspruch 1, das darüber hinaus eine Änderung der Geschwindigkeit, bei der die Fäden durch die Spinnvorrichtung gesponnen werden, wobei der Grad der Stärke der Kühlung geändert wird, und die Zeitspanne, die die Fäden der Luft ausgesetzt werden, proportional zu der Geschwindigkeit ist, und Einstellen der Kühleffektes durch Änderung des Grades der Kühlung durch die Kühlvorrichtung an jedem Bereich, umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Temperatur der Kühlluft schrittweise durch Heizvorrichtungen kontrolliert wird.

4. Spinnvorrichtung, in der eine Vielzahl von aus einer Matrize (1) extrudierten, aus der Schmelze gesponnenen Fäden (2) von einer aus einer Kühlvorrichtung (3, 11) ausströmenden Kühlluft abgekühlt und unter Verstreckung aufgenommen wird, wobei die Kühlvorrichtung (3, 11) so eingestellt ist, im stromabwärts befindlichen Bereich der Fadenbahn eine stärkere Abkühlung als in den stromaufwärts befindlichen Bereichen der Fadenbahn durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung eine Vielzahl von Kühlgeräten umfaßt und daß die Stärke der Kühlung dadurch schrittweise geändert wird, daß die von den unterschiedlichen Kühlgeräten ausströmende Luft unterschiedliche Temperaturen entlang der Länge der Fadenbahn aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei im Strömungsweg der Kühlluft eine Heizung für jeden Kühlungsbereich im Strömungsweg vorgesehen ist, wobei die Heizung Heizungsdrähte beinhaltet, die so angeordnet sind, daß der Abstand des Heizungsdrahtes im stromaufwärts befindlichen Bereich der Fadenbahn enger als im stromabwärts befindlichen Bereich ist, wodurch die Temperatur der Kühlluft in der Nähe der Extrusionsmatrize höher als in der Nähe der Aufnahmevorrichtung ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Strömungsweg der Kühlluft in jedem Kühlungsbereich so ausgebildet ist, daß dieser in den stromaufwärts befindlichen Teilen der Fadenbahn mehr eingeschränkt ist oder so ausgebildet ist, daß in diesen Teilen ein erhöhter Druckverlust vorliegt.