DE1760938C3

DE1760938C3 - Verfahren zum Herstellen orientierter Fäden aus synthetischen Polymeren

Info

Publication number: DE1760938C3
Application number: DE1760938A
Authority: DE
Inventors: Horst G. Dr. Hochrueti St. Rothenburg Luzern Martin (Schweiz)
Original assignee: la Viscose Suisse Emmenbruecke Schweiz Ste
Current assignee: la Viscose Suisse Emmenbruecke Schweiz Ste
Priority date: 1967-08-22
Filing date: 1968-07-22
Publication date: 1980-11-06
Also published as: US3511905A; NL6809832A; BE719663A; NL139363B; DE1760938B2; BR6801093D0; LU56739A1; GB1168767A; DE1760938A1; CH475375A; FR1577074A; ES355813A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen orientierter Fäden aus synthetischen Polymeren mit einem Titer zwischen 1 und 90 den, durch Abkühlen der aus der Spinndüsenplatte kommenden Fäden und Hindurchführen der Fäden durch eine Bremsvorrichtung, die sich in einem solchen Abstand von der Spinndüsenplatte befindet, daß die Fäden an dieser Stelle auf eine Temperatur abgekühlt sind, die über ihrer Glasumwandlungstemperatur und wenigstens 50⁰C unterhalb ihres Schmelzpunktes liegt.

Bei einem derartigen, durch die US-PS 30 02 804 bekannten Verfahren werden die schmelzgesponnenen Fäden durch ein Flüssigkeitsbad geführt und danach mit einer Spannung von mindestens 1 g/den abgezogen. Die Verwendung eines Flüssigkeitsbades zur Fadenabkühlung hat jedoch nicht nur den Nachteil eines verhältnismäßig großen verfahrenstechnischen Aufwandes, weil das Bad mit Flüssigkeitsrücklauf und Abtropfeinrichtungen ausgestattet sein muß sowie mit Vorrichtungen, die die Badtemperatur und den Badspiegel konstant halten, sondern wirkt sich auch qualitätsmindernd auf den Faden selbst aus, weil die erhaltenen Fäden sich durch große Ungleichmäßigkeiten kennzeichnen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß aufgrund des in einem solchen Bad stattfindenden ständigen Flüssigkeitszuflusses und -abflusses aufgrund von vom Faden mitgerissener Flüssigkeit sowie durch Strömungsturbulenz bei hohen Fadengeschwindigkeiten, die Badtemperatur konstant zu halten, nicht möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß nicht nur der verfahrenstechnische Aufwand, der durch Verwendung von Flüssigkeitsbändern entsteht, vermieden wird, sondern daß auch die Fadenqualität insbesondere im Hinblick auf das Erreichen einer hohen Gleichmäßigkeit, guten Festigkeit und niedrigen Deh nung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bremsvorrichtung aus einer Führungsvorrichtung, mindestens einer frei drehbaren Rolle und mindestens einem Bremsstift besteht, daß die Führungsvorrichtung und der Bremsstift bei einer konstanten Temperatur gehalten werden, die wenigstens 10⁰C s unterhalb der Temperatur der Fäden und über dem Taupunkt der umgebenden Luft liegt, und daß man die Fäden mit einer Spannung von weniger als 1 g/den von dem Bremsstift abzieht. Mit Hilfe der erfindungsgemä-Den Bremsvorrichtung wird unter Verwendung eines

ίο Flüssigkeitsbades und ohne zusätzliche Lief er- und Streckrollen und damit ohne einen erheblichen verfahrenstechnischen Aufwand ein orientierter Faden hergestellt, der sich durch eine hohe Gleichmäßigkeit auszeichnet, wie sie bisher nur entweder durch konventionelles Verstrecken zwischen Lief er- und Streckrollen verschiedener Geschwindigkeiten oder durch Schnellspinnen erhalten wurde.

Die vorgeschriebene Temperatur ist nicht nur wichtig für die Orientierung der Fäden, sondern auch für ihren glatten Lauf in der Spinnapparatur. Wenn die Temperatur der Fäden beim Passieren der Bremsstifte zu hoch ist, können die Fäden miteinander verkleben, während bei zu niedrigen Temperaturen eine gegenseitige Abstoßung der Fäden durch elektrostatische Kräfte erfolgen kann. Da die Fäden die Spinndüsen bei Temperaturen über ihrem Schmelzpunkt verlassen, müssen sie gekühlt werden, und diese Kühlung erfolgt im allgemeinen durch die abwärts gerichtete Bewegung der Fäden durch ruhende oder in Querrichtung bewegte Luft von Raumtemperatur. Da dünne Fäden sich rascher abkühlen als dicke Fäden, unterscheiden sich die Abstände von den Spinndüsen, bei denen sich die Fäden in dem vorgeschriebenen Temperaturbereich befinden, sehr beträchtlich für Einzelfäden von verschiedenem Titer. Der Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstiften ist daher ein wichtiges Mittel, um die Temperatur der Fäden im Stadium der Orientierung zu regulieren. Die Abkühlung der Fäden bei ihrer abwärts gerichteten Bewegung von den Spinndüsen erfolgt jedoch nicht gleichmäßig und ohne Unterbrechung, sondern die Temperatur der Fäden steigt vorübergehend wieder an, wenn sie die Bremsstifte passieren. Dieser Temperaturanstieg hat seine Ursache in der Bildung von Wärme infolge von Reibung der Fäden an den Bremsstiften und infolge von Änderungen im Molekularzustand der Fäden. Solche Änderungen sind z. B. Orientierung der Fadenmoleküle und, im Fall von kristallisierbaren Polymeren, Einsetzen der Kristallisation, die durch Orientierung der Fäden ausgelöst wird.

Um zu verhindern, daß die Temperatur der Fäden zu hoch ansteigt, werden daher die Bremsstifte auf einer konstanten Temperatur gehalten, die wenigstens 10° C unterhalb der Temperatur der Fäden, aber übe·· dem Taupunkt der umgebenden Luft liegt, um Kondensation von Wasserdampf auf den Bremsstiften zu vermeiden. Da auch eine gewisse Wärmeübertragung von den Fäden auf die Führungsvorrichtung stattfindet, wird auch diese auf einer konstanten Temperatur gehalten, die gewöhnlich dieselbe wie die der Bremsstifte ist.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und in

F i g. 2 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Fadenspannung und dem Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregat darstellt.

Die aus der Spinndüsenplatte 1 extrudierten Fäden 2 werden quergerichteter Kühlluft 3 ausgesetzt und über

eine Führungsvorrichtung 4 geleitet, die aus einem Stift mit mehreren U-förmigen Rillen besteht, je eine Rille für einen Faden oder ein Fadenbündel. Darauf leitet man die Fäden um zwei frei drehbar s Rollen 5, die wie ein Schwungrad wirken und dazu dienen, den Fadenlauf zu stabilisieren. Von den Rollen 5 werden die Fäden über zwei Bremsstifte 6 geführt, die auf einem drehbaren Sockel sitzen, so daß man durch Drehen des Sockels die Kontaktbögen zwischen den Fäder und den Bremrstiften und damit die Bremsung der Fäden leicht variieren kann. Während es ohne weiteres möglich ist, gemäß der Erfindung Fäden unter Benutzung von nur einem Bremsstift herzustellen, wird die beschriebene Anordnung vorgezogen, weil sie es erlaubt, die Bremsung der Fäden feiner zu regulieren. Wenn eine verstärkte Bremsung der Fäden verlangt wird, kann man auch ein System von vier Bremsstiften mit je zwei Bremsstiften auf einem Sockel verwenden. Nach dem Verlassen der Bremsstifte 6 passieren die Fäden die Rolle 7, die ein Avivagemittel überträgt, und schließlich werden die Fäden durch die angetriebenen Abzugsrollen 8 abgezogen und auf die Spule 9 aufgewickelt.

Die Führungsvorrichtung 4, die Rollen 5 und die Bremsstifte 6 bilden innerhalb des Apparats ein einheitliches Bremsstift-Aggregat mit festen Abständen voneinander, während der Abstand zwischen dem Bremsstift-Aggregat und der Spinndüsenplatte variabel ist

Die Eigenschaften der Fäden eines gegebenen Titers, besonders ihre Festigkeit und Dehnung hängen von vielen Faktoren ab, wie Temperatur der Spinnmasse, Temperatur der Führungsvorrichtung und der Bremsstifte, Temperatur der Fäden beim Passieren der Bremsstifte, Bremsung der Fäden an den Bremsstiften, Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregat, Abzugsgeschwindigkeit und Abzugsspannung der Fäden. Viele dieser Verfahrensbedingungen sind wechselseitig voneinander abhängig, und bei der praktischen Ausführung können die erforderlichen Einstellungen auf Regulierung der Fadentemperatur, der Fadenbremsung und der Temperatur von Führungsvorrichtung und Bremsstiften beschränkt werden, wobei sowohl Erhöhung der Fadentemperatur wie auch Erhöhung der Fadenbremsung und der Temperatur der Bremsstifte eine Steigerung der Fadenorientierung bewirken.

Der Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregat ist ein wichtiges Mittel, um die Temperatur der Fäden im Stadium der Orientierung zu regulieren. Während man diesen Abstand reguliert, wird die Temperatur von Führungsvorrichtung und Bremsstiften und die Bremsung der Fäden an den Stiften auf einem vorbestimmten Wert gehalten. Obwohl man den geeigneten Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregat durch Beobachtung der resultierenden Fadentemperaturen finden kann, besteht eine bequemere und genauere indirekte Methode darin, die Abzugsspannung der Fäden zwischer den Bremsstiften und den Abzugsrollen zu messen. Diese Spannung ist von der Fadentemper?*¹»· und der Fadenbremsung abhängig, und es wur^w aüu ι aschenderweise gefunden, daß eine Kurve, welche die Fadenspannung in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregat graphisch darstellt, ein deutliches Minimum durchläuft, und daß bei einem Abstand des Aggregats entsprechend oder nahe diesem Minimum, sich die Fäden in dem vorgeschriebenen Temperaturbereich befinden, d. h. über ihrer Glasumwandlungs-Temperiitur und wenigstens 50⁰C unter ihrem Schmelzpunkt

Von diesem Minimum steigt die Fadenspannung an, und zwar sowohl bei zunehmendem als bei abnehmendem Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregat Es wurde jedoch gefunden, daß, wenn sich das Bremsstift-Aggregat in einem Gebiet befindet, in dem zunehmende Spannung abnehmendem Abstand entspricht, die erhaltenen Fäden eine hohe Gleichmäßigkeit in bezug auf Duchmesser und Doppelbrechung, eine gute Festigkeit und eine niedrige Dehnung besitzen, während, wenn sich das Bremsstift-Aggregat in einem Gebiet befindet, in dem zunehmende Spannung mit zunehmender Entfernung zusammenfällt, die Fäden eine schlechte Gleichmäßigkeit, eine niedrige Festigkeit und eine hohe Dehnung aufweisen.

Sobald die Position des Bremsstift-Aggregats festgelegt ist, kann man die Fadenspannung feiner einstellen, indem man die Bremsung der Fäden an den Bremsstiften und die Temperatur von Führungsvorrichtung und Bremsstiften reguliert Sowohl Erhöhung der Fadenbremsung als auch Erhöhung der Bremsstift-Temperatur erhöht die Fadenspannung, und infolge der erwähnten Beziehungen zwischen Fadenspannung, Festigkeit und Dehnung ist es mit Hilfe dieser Regulierungen auf einfache Weise möglich, Fäden mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen.

Die Geschwindigkeit, mit der die orientierten Fäden von den Bremsstiften abgezogen werden, kann in weiten Grenzen variieren. Die in den nachfolgenden Beispielen beschriebenen Geschwindigkeiten liegen zwischen 400 und 1000 m/min, aber höhere Geschwindigkeiten erwiesen sich gleichfalls als brauchbar. Die Abzugsspannung beträgt weniger als 1 g/den und ist im Vergleich mit den Spannungen üblicher Streckverfahren überraschend niedrig. Als Erklärung wird angenommen, daß unter den Bedingungen, unter denen gemäß der Erfindung die Orientierung der Fäden erfolgt, d. h. oberhalb ihrer Glasumwandlungstemperatur, die Fäden, obwohl bereits verfestigt, sich noch in einem plastischen und im wesentlichen nicht kristallinen Zustand befinden, und daß die Orientierung der Fäden in diesem Zustand beträchtlich weniger Kraft erfordert als die Orientierung von Fäden, die einen nicht plastischen und teilweise kristallinen Zustand aufweisen.

Es ist auch charakteristisch für das erfindungsgemäße Verfahren, daß der Titer der erhaltenen Fäden unabhängig davon ist, ob die Fäden über die Bremsstifte geführt werden oder nicht, d. h., die orientierten Fäden haben denselben Titer wie die nicht orientierten, aus den Spinndüsenplatten austretenden Fäden. Dies hat gewisse Vorteile und erlaubt z. B. die Herstellung orientierte.· Fäden von beträchtlich höheren Titern, als man sie aus in Luft gesponnenen Fäden mittels üblicher Streckmethoden erhalten kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert orientierte synthetische Polymerfäden von guter Gleichmäßigkeit, und es kann bei allen zum Schmelzspinnen geeigneten Polymeren, beispielsweise Polyamiden, Polyestern und Polyolefinen, benutzt werden. ]e nach der Natur des Polymeren gestattet das Verfahren, Einzelfäden von etwa ί bis 90 den herzustellen, die eine Festigkeit vop. etwa 2 bis 5 g/den und eine Bruchdehnung zwischen 130 und 10% besitzen. Fäden, Garne und Stapelfasern mit solchen Eigenschaften sind für viele Verwendungen geeignet, und — wenn gewünscht — kann in den meisten Fällen die Festigkeit der Fäden durch zusätzliches Verstrecken in direkt angeschlossenen oder

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separaten Streckverfahren gesteigert werden. Ebenso können natürlich andere Behandlungen erfolgen, wie z. B. eine Relaxierung der Fäden.

Das folgende Beispiel soll day erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern.

Beispiel

Die benutzte Vorrichtung entspricht im wesentlichen der in F i g. 1 beschriebenen, doch enthält sie insgesamt vier Bremsstifte, wovon je zwei auf einem drehbaren Sockel angebracht sind. Der Durchmesser der Bremsstifte auf dem ersten Sockel war 19 mm, und der Durchmesser der Bremsstifte auf dem zweiten Sockel war 12 mm. Führungsvorrichtung und Bremsstifte bestanden aus Metallröhren, welche mit einem Umlaufsystem verbunden waren, in dem Glycol auf einer konstanten Temperatur von 80° C gehalten wurde.

Polyäthylenterephthalat (Schmelzpunkt =265° C; Glasumwandlungs-Temperatur etwa 77° C), das eine relative Viskosität von 1,29 und einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 0,01% hatte, wurde bei 284⁰C

Tabelle

geschmolzen und in einer Menge von 32 g/min durch eine Spinndüsenplatte mit 20 Löchern versponnen, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,33 mm hatte. Die austretenden Fäden wurden durch quer strömende Luft gekühlt, die eine Temperatur von 21°C, einen Feuchtigkeitsgehalt von 65% und eine mittlere Geschwindigkeit von 30 m/min hatte.

Die Fäden wurden über eine Führungsvorrichtung, zwei frei drehbare Rollen und über die vier Bremsstifte geführt. Die Kontaktbögen zwischen den Fäden und den vier Bremsstiften waren nacheinander 84,65,51 und 36°, und die orientierten Fäden wurden mit einer Geschwindigkeit von 950 m/min abgezogen. Das erhaltene Fadenbündel hatte einen Gesamttiter von 300 den und

! 5 war aus 20 Einzelfäden von je 15 den zusammengesetzt.

Die Eigenschaften der Fäden bei verschiedenen

Abständen zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregrat zeigt die Tabelle. Gemessen wurde stets der Abstand zwischen Spinndüsenplatte und dem nächsten Punkt des Bremsstift-Aggregats, d. h. der Führungsvorrichtung. Die Fadenspannung wurde gemessen zwischen dem letzten Bremsstift und den Abzugsrollen.

	Fadenbündel	IB	IC	ID	IE	I F
	IA	60	55	53	52	51
Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregat (cm)	75	140	143	150	153	158
Fadentemperatur vor dem ersten Bremsstift (⁰C)	100	0,21	0,17	0,31	0,44	0,74
Fadenspannung (g/den)	0,31	2,6	2,9	3,8	4,3	4,7
Festigkeit (g/den)	1,4	86	78	46	27	13
Bruchdehnung (%)	133	6,4	0,6	0,4	0,3	0,8
Ungleichmäßigkeit des Durchmessers (%)	27	152	167	198	205	215
Doppelbrechung (Δη ■ 10³)	133	10	0,6	0,6	0,4	0,9
Ungleichmäßigkeit der Doppel brechung (%)	36	53	26	8	7,5	7
Kochschrumpf (%)	46	0,04	0,05	0,14	0,16	0,19
Kristallinität (o-l Skala)	0,01

Wie man aus der Tabelle und Fig.2 ersieht, entspricht das Minimum der Fadenspannung von 0,17 g/den einem Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregat von 55 cm. Von diesem Punkt steigt die Spannung sowohl bei zunehmendem wie bei abnehmendem Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-AggregaL Aber in dem Gebiet, in dem steigende Spannung mit zunehmendem Abstand zusammenfällt (Zweig B in Fig.2), zeigen die hohen Schwankungen von Durchmesser und Doppelbrechung eine schlechte Gleichmäßigkeit der Fäden an, die Festigkeit der Fäden ist niedrig, und ihre Dehnung ist hoch, während in dem Gebiet, in dem steigende Spannung abnehmendem Abstand zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregat entspricht (Zweig A in Fig.2), die Fäden eine hohe Gleichmäßigkeit mit Schwankungen von Durchmesser und Doppelbrechung unter 1 %, eine gute Festigkeit bis 4,7 g/den und eine mittlere bis niedrige Dehnung mit einem Minimum von 13% haben. Die höhere Doppelbrechung und Kristallinität der Fäden mit guter Festigkeit zeigt auch, daß die Fäden einen höheren Orientierungsgrad als die Fäden mit niedriger Festigkeit besitzen. Es ist auch zu erkennen, daß der Kochschrumpf der Fäden proportional ihrer Dehnung ist

Die Tabelle zeigt ferner, daß, wenn andere Verfahrensbedingungen unverändert bleiben, eine Verringerung des Abstands zwischen Spinndüsenplatte und Bremsstift-Aggregat die Fadentemperatur erhöht und zur Bildung höher orientierter Fäden mit höheren Festigkeiten und niedrigeren Dehnungen führt

Das Fadenbündel IC mit einer Festigkeit von 2,9 g/den, einer Bruchdehnung von 78% und einer Doppelbrechung von Δη ■ 10³=167 wurde zusätzlich verstreckt unter Verwendung einer üblichen Streckmaschine mit Abzugsrolle, Heizplatte, Streckstift und Streckrolle. Das Streckverhältnis war 1,8 : l,m und das erhaltene Fadenbündel hatte eine Festigkeit von 7,6 g/den, eine Dehnung von 6,7% und eine Doppelbre-

chung von Δη ■ 1Ö³=244. Im Gegensatz zu den üblichen Verstreckungsverfahren für Polyäthylenterephthalat-Fäden benötigte die Abzugsrolle keine Heizung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen orientierter Fäden aus synthetischen Polymeren mit einem Titer zwischen 1 und 90 den, durch Abkühlen der aus der Spinndüsenplatte kommenden Fäden und Hindurchführen der Fäden durch eine Bremsvorrichtung, die sich in einem solchen Abstand von der Spinndüsenplatte befindet, daß die Fäden an dieser Stelle auf eine Temperatur abgekühlt sind, die über ihrer Glasumwandungstemperatur und wenigstens 5O⁰C unterhalb ihres Schmelzpunktes liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrichtung aus einer Führungsvorrichtung, mindestens einer frei drehbaren RoUe und mindestens einem Bremsstift besteht, daß die Führungsvorrichtung und der Bremsstift auf einer konstanten Temperatur gehalten werden, die wenigstens 1O⁰C unterhalb der Temperatur der Fäden und über dem Taupunkt der umgebenden Luft liegt, und daß man die Fäden mit einer Spannung von weniger als 1 g/den von dem Bremsstift abzieht.