DE19715584A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Elastanfäden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Elastanfäden nach dem Naßspinnverfahren mit verbesserter Titergleichmäßigkeit der Elastanfäden und erhöhter Standzeit der Spinndüsen.

Elastanfäden werden derzeit hauptsächlich nach zwei grundsätzlich verschiedenen Verfahren produziert, dem Trockenspinnverfahren und dem Naßspinnverfahren. Beim Trockenspinnverfahren wird das Spinnlösungsmittel einer Polyurethanlösung, typi­ scherweise in Dimethylacetamid, durch heißes Gas im Spinnschacht und Heizung des Spinnschachtes aus den in den Spinnschacht gesponnenen Fäden entfernt. Beim Naß­ spinnprozeß zur Herstellung von Elastanfäden wird die zu verspinnende Elastanlösung in der Regel nach einer Entgasung vorfiltriert und in einem Spinnkessel überführt. Anschließend erfolgt eine Filtration der Polymerlösung und nach evtl. weiterer Zu­ gabe von Additiven wird die Spinnlösung mittels Dosierpumpen den Spinndüsen zu­ geführt. Dieser Verfahrensablauf wird beispielsweise von F. Fourné in Chemie­ fasern/Textilindustrie 44/96. Jahrgang, Juni 1994, Seite 365, oder in US-A-3 526 689 beschrieben.

Unter Elastanlösungen versteht man Lösungen von Polyurethanen oder Polyurethan­ harnstoffen, die üblicherweise segmentiert aus Hart- und Weichsegmenten aufgebaut sind, in geeigneten Lösungsmitteln wie Dimethylacetamid oder Dimethylformamid. Als Weichsegmente sind dabei gewöhnlich Polyester- oder Polyetherketten je nach Anwendungsgebiet in die Polyurethan(harnstoffe) eingebaut.

Die Spinndüsen werden beim Naßspinnen in ein Spinnbad eingetaucht, wobei die durch die Bohrungen einer jeden Spinndüse austretende Spinnlösung beim Eintritt in das Spinnbad (Fällbad) koaguliert. Hierbei entstehen Fäden, die anschließend abge­ zogen und einer weiteren Behandlung zugeführt werden. Beim Naßspinnen von Elastanfäden sind neben einer vollständigen Entlüftung der spinnfertigen Lösung gute Gleichmäßigkeit und Filtration wichtige Voraussetzungen für einen einwandfreien Spinnprozeß (vergl. F. Fourné: Chemiefasern/Textilindustrie 44/96. Jahrgang, Juni 1994, Seite 394, linke Spalte, 2. Absatz).

Bei Einhaltung dieser grundsätzlich bekannten Verfahrensschritte wird in der Regel eine Düsenstandzeit von max. 2-3 Tagen erreicht. Dann beginnen die Düsen durch Elastanmaterial zu verschmieren und es kommt zu Fadenabrissen im Fällbad und Aufläufern von Fäden an den Umlenkrollen im Tauchbad oder an weiteren Produktionsstellen. Die Düsen müssen dann ausgewechselt werden, was mit einem relativ hohem Zeitaufwand für das Bedienungspersonal verbunden ist. Der Zeit­ aufwand liegt in der Regel bei 3-5 Minuten pro Spinndüse. Hieraus resultiert ein erhöhter Kostenaufwand beim Naßspinnbetrieb.

Garne aus Elastanfasern werden unter anderem zur Herstellung von Flächenwaren, Geweben oder Stoffen verwendet, die ihrerseits vor allem für Miederwaren, Strümpfe und elastische Sportbekleidung wie Badeanzüge oder Badehosen geeignet sind.

Naßgesponnene Elastanfäden zeigen im allgemeinen eine gute Titergleichmäßigkeit mit einem Variationskoeffizienten für den Titer von Meiner als 5. Diese Werte sind aber oft nicht ausreichend, besonders für die Herstellung von textiler Breitenware. Man erhält dann sogenannte "boldrige" Abschnitte in der Konfektionsware, die im allgemeinen durch die Kunden reklamiert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Spinnvorrichtung mit verlängerter Düsenstandzeit zu entwickeln und damit sowohl die Ausbeute als auch zusätzlich die Fadenqualität von naßgesponnenen Elastanfäden deutlich zu verbessern gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Spinnvorrichtungen.

Es wurde gefunden, daß man sowohl die Fadenqualität der Elastanfilamente, als auch die Düsenstandzeit stark verbessern kann, wenn man anstelle einer herkömmlichen Spinndüse ein leicht wechselbares sogenanntes "Düsenpaket" zum Naßspinnen ver­ wendet.

Gegenstand der Erfindung ist eine Spinndüsenvorrichtung zur Herstellung von Elastanfäden aus Spinnlösungen nach dem Naßspinnverfahren bestehend aus einer Zuleitung für die Spinnlösung, einer Filtereinheit mit einem Mischerelement und einem Filterelement, aus einer Spinndüse zum Eintauchen in ein Fällbad und aus einem Verbindungsstück zur direkten Verbindung von Filtereinheit und Spinndüse, wobei die Spinndüse mit dem Verbindungsstück über eine schnell lösbare Kupplungsver­ bindung, insbesondere eine Bajonettkupplung verbunden ist.

In einer bevorzugten Ausführung ist das Filterelement lösbar mit der Leitung des Verbindungsstücks verbunden.

Das Filterelement ist insbesondere ein Metalldrahtfilter, wobei der Metalldrahtfilter bevorzugt eine Maschenweite von 10 bis 40 µm, insbesondere von 10 bis 20 µm hat.

Die Zuleitung zur Filtereinheit ist bevorzugt z. B. zur Reinigung und Abnahme der Filtereinheit lösbar mit der Filtereinheit verbunden.

Das Mischerelement ist insbesondere ein statischer Mischer, der z. B. als Einsatz in die Filtereinheit ausgebildet ist.

Zur schnellen Justierung der Spinndüse im Fällbad weist das Verbindungsstück und/oder die Filtereinheit in einer Variante der Erfindung ein besonderes Justiermittel auf, das nach dem Abbau der Vorrichtung z. B. zu Reinigungszwecken einen problem­ losen Wiedereinbau ohne besondere Justiermaßnahmen ermöglicht.

Das Justiermittel kann aus mindestens einer Ausnehmung oder einer Bohrung im Verbindungsstück und/oder in der Filtereinheit bestehen, die mit einem entsprechend geformten Zapfen einer beispielsweise auf dem Fällbad angebrachten Halterung zusammenwirkt, der formschlüssig in die Ausnehmung oder Bohrung eingreift.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist leicht und schnell zu handhaben, zu reinigen und zu wechseln und bietet eine deutlich verbesserte Fadenqualität, sowie eine ver­ längerte mittlere Düsenstandzeit, aus der zwangsläufig eine höhere Produktausbeute resultiert. Die Düsenstandzeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt im Mittel mehr als 3 Tage, vorzugsweise 5 Tage und mehr.

Der Variationskoeffizient für den Titer der mit der Vorrichtung erhältlichen Elastan­ fasern ist kleiner als 3, vorzugsweise kleiner als 2, insbesondere kleiner als 1 (R. Kaiser, G. Gottschalk Elementare Tests zur Bearbeitung von Meßdaten B.I. Hochschultaschenbücher Band 774, S. 60).

Durch den statischen Mischer wird die in die Filtereinheit eintretende, gegebenenfalls vorfiltrierte Spinnlösung intensiv vermischt, so daß sogenannte Lösungsstränge unterschiedlicher Temperatur und Viskosität, welche sich häufig an den Rohrwänden und Krümmungen der Spinnlösungsleitungen bilden, weitestgehend vermieden bzw. aufgelöst werden. Als statischer Mischer hat sich besonders ein Mischer vom Typ SMX der Firma Sulzer, Winterthur, Schweiz, bewährt. Die Struktur eines Mischers mit sich kreuzenden Stegen bewirkt in der strömenden Spinnlösung ein dauerndes Umlagern der Strömungslinien von der Rohrwand weg zur Rohrmitte und umgekehrt. Andere geeignete Mischer werden beschrieben in A. Heierle, A. Signer und R. Regez: "Statische Mischer für die Chemiefaser-Industrie" Chemiefasern/Textilindustrie 43/95. Jahrgang, September 1993, Seite 669-674 oder z. B. in DE-A-28 22 096 und DE-A-25 22 106.

Die homogenisierte Spinnlösung wird über das Filterelement feinfiltriert, ehe die Spinnlösung der Spinndüse zugeführt wird. Als Filtervorrichtung haben sich z. B. besonders Filterkerzen aus Metallgewebe mit Maschenweiten von 10-20 µm der Firma Fuji Filter Manufacturing Co. Ltd., Tokio/Japan, bewährt. Durch die Fein­ filtration werden Verunreinigungen und Gelpartikel aus der Spinnlösung separiert und somit die Düsenstandzeit erheblich verlängert. Durch Kombination dieser Maßnahmen wird eine gleichmäßige Viskosität und Homogenität der Spinnlösung gewährleistet.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich eine zweistufige Filtration der Spinnlösung vorzusehen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß dem ersten Filterelement, z. B. einem Metallmaschendrahtfilter ein bevorzugt noch feinerer Stoff-Filter (Maschenweite insbesondere größer oder gleich 5 µm, bevorzugt größer oder gleich 10 µm) nachgeschaltet ist vor dem Zulauf zur Spinndüse.

Zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Filtration kann die Spinnlösung nach grund­ sätzlich bekannten Verfahren vorbehandelt werden, beispielsweise zur Einstellung einer definierten Lösungsviskosität. Auch kann die Spinnlösung mittels konven­ tioneller Grobfilter z. B. Filterpressen oder Plattenfiltern mit Metallsieb oder Stoff­ bezug, grob vor der Zuleitung vorgefiltert werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von naßgesponne­ nen Elastanfäden mit verbesserter Titergleichmäßigkeit durch Verspinnen einer Spinn­ lösung in ein Fällbad, Waschen der gebildeten Fäden, Trocknen und Fixieren der Fäden und gegebenenfalls Auftragen eines Präparationsmittels, das dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spinnlösung über die erfindungsgemäße Spinndüsenvorrichtung in das Fällbad versponnen wird.

Elastanfäden oder -fasern im Sinne der Erfindung sind solche aus zu wenigstens 85 Gew.-% Polyurethanen oder Polyurethanharnstoffen, die segmentiert aus Hart- und Weichsegmenten aufgebaut sind und in geeigneten Lösungsmitteln wie Dimethyl­ acetamid oder Dimethylformamid löslich sind. Als Weichsegmente sind dabei gewöhn­ lich Polyester- oder Polyetherketten je nach Anwendungsgebiet der Fasern in die Polyurethan(harnstoffe) eingebaut.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind, soweit nicht oben ge­ nannt, den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spinndüsenvorrichtung

Fig. 2 ein Schema zur Darstellung der Anordnung der Spinndüsenvorrichtung nach Fig. 1 in einem Fällbad 11.

Die folgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung, ohne sie selbst einzugrenzen. Die Prozentangaben beziehen sich, wenn nicht anders vermerkt, auf das Gewicht.

Beispiele

Die als "Düsenpaket" ausgebildete Düsenvorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt. Sie besteht aus einem edelstahlhaltigen zylindrischen Formkörper 1, der einen statischen Mischer (Typ SMK, Fa. Sulzer) und ein Filtrationselement 3 enthält, der über den Durchlaß 9 eines Verbindungsteils 8 mit Hilfe einer schnell wechselbaren Bajonett­ kupplung 4 mit der Spinndüse 5 verbunden ist. Verbindungsteil 8 und Formkörper 1 können mittels Gewindeschrauben an den Bohrungen 17 lösbar verbunden werden. Der Formkörper 1 besitzt am Ausgang in Richtung der Spinndüse 5 Ausnehmungen 6, die zum raschen Einhängen in die Zapfen einer Halterung 10 am Fällbad 11 und zur Justierung des Düsenpaketes in dem Fällbad 11 dienen (siehe Fig. 2). Die gesamte Vorrichtung ist über eine flexible Schlauchverbindung 7 zur Zuleitung der Spinnlö­ sung so gestaltet, daß man das ganze Düsenpaket 1, 8, 5 inklusive Spinndüse 5, im Falle eines notwendigen Spinndüsenwechsels, innerhalb von einer Minute problemlos auswechseln kann. In der Regel sind mehrere derartige Düsenpakete neben- oder übereinander in einem Fällbad 11, zur Herstellung von naßgesponnenen Elastanfäden, angeordnet. Ein Stoff-Feinfilter 16 mit einer Maschenweite von weniger als 10 µm ist kurz vor der Düsenspalte 5 angebracht.

Beispiel 1

Eine 30%ige Elastanspinnlösung, hergestellt entsprechend Beispiel 7 nach der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 22 772, die mit 0,8% Diethylamin ca. 10 Minu­ ten bei 130°C vorbehandelt wurde und eine Spinnviskosität von 18 Pa.s bei 70°C aufwies, wurde über das Düsenpaket wie oben beschrieben aus einer 40-Lochdüse 5 in eine 15 Gew.-% Dimethylacetamid (DMAC)-haltige wäßrige Fällbadlösung 12 im Fällbad 11 gesponnen. Als statischer Mischer 2 im Düsenpaket wurde ein sogenannter "SMX-Mischer" der Firma Sulzer, Schweiz, verwendet. Als Filter 3 wurde eine zylin­ drische Metallfilterkerze der Firma Fuji Filter Manufacturing Co., Tokio/Japan, mit 10 µm Maschenweite eingesetzt. Die Fällbadtemperatur lag bei 80°C. Die Fäden 14 wurden, wie in der Offenlegungsschrift DE 44 46 340 Beispiel 1 beschrieben, über eine Umlenkrolle 13 und Abzugsrollen 15 abgezogen und wie in DE 44 46 340 angegeben weiter nachbehandelt. Die Aufwickelgeschwindigkeit betrug 80 m/min. Die Elastanfäden hatten einen Titer von 318 dtex bei 40 Einzelfilamenten. Der Variationskoeffizient für den Titer, ermittelt aus 250 Einzelmessungen, betrug 0,89. Die Düse 5 lief insgesamt 9 Tage. Nach 5 Tagen Spinnzeit, ließ sich die Düse 5 nach 2tägiger Unterbrechung, nach kurzem Abspritzen mit DMAC, ohne weiteres wieder neu anspinnen.

Beispiel 2 (Vergleich)

Eine 30%ige Elastanspinnlösung wurde wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt und versponnen. Anstelle des Düsenpaketes wurde eine herkömmliche Spinnvorrichtung (entsprechend einer Anordnung aus US 3 526 689) eingesetzt. Die erhaltenen Elastan­ fäden hatten einen Titer von 316 dtex bei 40 Einzelfilamenten. Der Variations­ koeffizient für den Titer, wiederum ermittelt aus 250 Einzelmessungen, betrug 3,91. Die Düse lief insgesamt ca. 3,5 Tage. Anschließend traten einzelne Fadenabrisse in Form von sogenannten "Schmierern" vor der Düse auf. Es kam zur Wickelbildung und Bildung von Aufläufern an der Umlenkrolle 13 im Fällbad 11. Die Produktion mußte unterbrochen werden.

Claims (9)

1. Spinndüsenvorrichtung zur Herstellung von Elastanfäden aus Spinnlösungen nach dem Naßspinnverfahren bestehend aus einer Zuleitung (7) für die Spinn­ lösung, einer Filtereinheit (1) mit einem Mischerelement (2) und einem Filterelement (3), aus einer Spinndüse (5) zum Eintauchen in ein Fällbad (11) und aus einem Verbindungsstück (8) zur direkten Verbindung von Filtereinheit (1) und Spinndüse (5), wobei die Spinndüse (5) mit dem Verbindungsstück (8) durch eine schnell lösbare Kupplungsverbindung (4), insbesondere eine Bajonettkupplung (4) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (3) lösbar mit der Leitung (9) des Verbindungsstücks (8) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (3) ein Metalldrahtfilter ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall­ drahtfilter eine Maschenweite von 10 bis 40 µm, insbesondere von 10 bis 20 µm hat.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (7) lösbar mit der Filtereinheit (1) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischerelement (2) ein statischer Mischer ist, der insbesondere als Einsatz ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (8) und/oder die Filtereinheit (1) ein Justiermittel (6) zur schnellen Justierung der Spinndüse (5) im Fällbad (11) aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Justiermittel (6) mindestens eine Ausnehmung oder Bohrung im Verbindungsstück (8) und/oder in der Filtereinheit (1) ist, in welche ein Zapfen einer auf dem Fällbad (11) angebrachten Halterung (10) formschlüssig eingreift.

9. Verfahren zur Herstellung von naßgesponnenen Elastanfäden mit verbesserter Titergleichmäßigkeit durch Verspinnen einer Spinnlösung in ein Fällbad, Waschen der gebildeten Fäden, Trocknen und Fixieren der Fäden und gegebe­ nenfalls Auftragen eines Präparationsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösung über eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in das Fällbad versponnen wird.