DE2204535B2

DE2204535B2 - Schmelzspinn- und streckverfahren zur herstellung von polyesterfaeden

Info

Publication number: DE2204535B2
Application number: DE19722204535
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 5630 Remscheid Schippers
Original assignee: Barmag Banner Maschinenfabrik AG, 5600 Wuppertal
Priority date: 1972-02-01
Filing date: 1972-02-01
Publication date: 1976-06-24
Also published as: JPS4882115A; JPS5743653B2; CH549647A; IT976970B; GB1375151A; DD101706A1; NL7301435A; DE2204535A1; SU985162A1; CS173618B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Schmelzspinn- und Streckverfahren zur Herstellung von Polyesterfäden.

Bekannt ist die Herstellung von Polyesterfäden nach dem Schmelzspinnverfahren. Hierbei wird die fadenbildende Masse durch eine Düse extrudiert, bis zur Erstarrung abgekühlt und durch Galetten oder Aufwickeleinrichtungen mit einer Abzugsgeschwindigkeit, die über der Spinngeschwindigkeit an der Düse liegt, abgezogen.

Heute sind die Abzugsgeschwindigkeiten von 500 bis 1500 m/min üblich. Das Verhältnis von Abzugsgeschwindigkeit zu Spinngeschwindigkeit an der Düse wird als Spinnverzug oder auch Vorverzug definiert. Im Anschluß an den Spinnprozeß werden die Fäden einer Verstreckung unterworfen, wobei die Fäden, z. B. um das Vierfache, gelängt und dadurch orientierte molekulare Gefüge in den Fäden hergestellt werden. Erst diese Orientierung bewirkt die besonderen Festigkeits- und sonstigen Eigenschaften. Der Streckprozeß zerfällt im Normalfall bei Polyesterfäden in zwei Phasen.

Die erste Phase der Verstreckung findet bei Temperaturen von etwa 8O⁰C (Umwandlungspunkt 1. Ordnung) unter Ausbildung eines deutlichen Streckpunktes statt. Die zweite Phase der Verstreckung findet bei höheren Temperaturen — meist über 160⁰C — ohne Ausbildung eines ausgeprägten Streckpunktes statt und dient der weiteren Verstreckung und gegebenenfalls der Fixierung.

Dem Bestreben, die Abzugsgeschwindigkeit über 1500 m/min zu erhöhen, stehen Schwierigkeiten beim nachfolgenden Verstrecken entgegen.

Bekannt ist zwar, mit Abzugsgeschwindigkeiten zu spinnen, wo eine so hohe Orientierung des frisch gesponnenen Fadens eintritt, daß sich eine weitere Verstreckung erübrigt.

Für Polyesterfäden mit bis zu 10 Molprozent Beimischung wird diese Grenze mit über 4750 m/min angegeben (US-PS 26 04 667, Spalte 2, Zeile 20) für ein Polyamid 6 mit über 4000 m/min (Jährling, »Die Welt der Chemiefaserstoffe«, Leipzig 1967, S. 234). Nach der CH-PS 3 57 144 sollen brauchbare Synthesefäden allein durch den Spinnprozeß entstehen, wenn man die mit bis zu 2600 m/min aus der Spinnzone abgezogenen Fäden im oberen Teil des Spinnschachtes auf 10 bis 8O⁰C unter atm Schmelzpunkt und im unteren Teil des Spinnschachtes auf weniger als 100°C erhitzt

Trotz der sich aus dem Fortfall gesonderten Streckprozesses ergebenden Vorteile haben sich derartige Spinnverfahren für die Herstellung von Polyesterfäden mit völliger oder fast völliger Vororientierung der abgezogenen Fäden nicht durchgesetzt, obwohl die technischen Voraussetzungen, die das Schnellspinnen insbesondere für die Ablage der Fäden, — sei es beim Aufwickeln, sei es beim Ablegen in Kannen — mit sich bringt, seit langem gegeben sind. Grund dafür ist, daß im Schnellspinnverfahren nur Fäden mit einem engen Spektrum an Eigenschaften zu erzeugen sind, d. h., daß die produzierten Fäden eines bestimmten Titers im wesentlichen dasselbe Verhältnis von z. B. Festigkeit, Dehnung, Schrumpfneigung, Färbbarkeit, Wärmeempfindlichkeit usw. aufweisen. Dieses eingeengte Eigenschaftsspektrum schließt ein breites Anwendungsspektrum aus und steht damit einer wirtschaftlichen Produktion entgegen. Auch haben die im Schnellspinnverfahren erzeugten Fäden einige ungünstige Figenschaften, wie z. B. relativ hohe Kochschrumpfneigung von z. B. 60%.

In dieser Situation lag es nahe, zumindest eine wesentliche Steigerung der Abzugsgeschwindigkeit über 1500 m/min zu versuchen. Diese Versuche sind jedoch fehlgeschlagen und es hat sich gezeigt, daß sich bei mit höherer Abzugsgeschwindigkeit abgezogenen Fäden in der nachfolgenden Verstreckungsstufe kein örtlich stabiler Streckpunkt ausbildet. Als Ursache hierfür kann einmal angesehen werden, daß sich beim kontinuierlichen Spinn- und Streckverfahren aus der sehr hohen Abzugsgeschwindigkeit von über 1500 m/min eine entsprechend hohe Streckgeschwindigkeit ergibt, die die Stabilität des Streckpunktes beeinflußt. Die Ursache für die örtliche Instabilität des Streckpunktes liegt vor allem aber in der mit der hohen Abzugsgeschwindigkeit über 1500 m/min verbundenen Erhöhung der Vororientierung, so daß die Instabilität des Streckpunktes auch beim diskontinuierlichen Spinnverfahren und anschließenden Verstrecken, ζ. B. auf einer Streckzwirnmaschine, eintritt.

Bei örtlich nicht stabilem Streckpunkt entstehen jedoch zumindest Titerschwankungen, häufig bleiben auch unverstreckte Stellen im Faden zurück.

Durch die DT-OS 21 30 451 wird nun ein Schmelzspinn- und Streckverfahren zur Herstellung von Polyesterfäden, im wesentlichen bestehend aus Polytetramethylenterephthalat, vorgeschlagen, bei dem die Fäden aus der Spinnzone mit einer Aufwickelgeschwindigkeit von 305 bis 3050 m/min abgezogen und anschließend bei einem Streckverhältnis von etwa 1,0 bis 5,0 verstreckt werden. Ein derartiges Schmelzspinn- und Streckverfahren wird in der DT-OS 21 30 451, S. 4, 2. Absatz für Polyäthylenterephthalatfäden, die — industriell gesehen — die gebräuchlichsten Polyesterfäden sind, für nicht geeignet gehalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, für die Herstellung von Polyesterfäden unter Beibehaltung der Vorteile des üblichen Schmelzspinnprozesses und des sich daran kontinuierlich oder diskontinuierlich anschließenden Streckverfahrens eine weitere Erhöhung der Abzugs- und Produktionsgeschwindigkeit zu erreichen, ohne Qualitätseinbußen des Fadens in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch I angege- {,eflen Maßnahmen gelöst Die Erfindung macht sich hierbei die Erkenntnis zunutze, daß der Streckpunkt nicht nur hinsichtlich seiner örtlichen Stabilität sondern auch hinsichtlich seiner Ausprägung von dem Grad der Vororientierung abhängt Es wurde nun gefunden, daß bei Abzugsgeschwindigkeiten üb ^Jr 3000 m/min und der dadurch bedingten Vororientierung sich kein definierter Streckpunkt mehr einstellt. Der Vorteii der Erfindung liegt mithin darin, daß eine gltichmäJige Ver- -, Streckung des mit hoher Abzugsgeschwindigkeit abgezogenen Fadens stattfindet und Titerschwankungen vermieden werden. Da nach der Lehre der Erfindung in einem Geschwimiigkeitsbereich gearbeitet wird, in dem sich kein definierter und daher festlegbarer Streck- κ punkt mihr einstellt, besteht ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, daß insbesondere beim Verstrecken erfindungsgemäß hergestellter Fäden aus Polyäthyfenterephthalat als dem industriell wichtigsten PoIyesterkunsfstoff Mittel zur örtlichen Festlegung des > Streckpunktes, wie z. B. »Hot Pins« oder beheizte Gelatten, nicht erforderlich sind, so daß die Fäden bei der Fertigverstreckung nur einer einzigen, genast definier ten Wirktemperatur auszusetzen. sind und entweder ohne oder mit nur einer Heizeinrichtung gearbeitet : werden kann. Dabei wird es nicht erforderlich, den Faden vor Erreichen der Heizeinrichtung einer Vorerwärmung durch Wärmeabstrahlung der Heizeinrichtung, Konvektion od. dgl. auszusetzen Die Temperatur der Heizeinnchtungen ist in weiten Bereichen ve'änderbar und kann bis zu 220° betragen.

Vorzugsweise beträgt die Heiztemperatur mehr als 100⁰C, da sich hierbei niedrige Strectckräfte und ein niedriger LeisUmgsbedarf der Streckmaschine ergibt. Die Verminderung der Streckkraft kann bei Erhöhung der Heiztemperatur von 20 auf 100°C 20 bis 30% betragen. Im Temperaturbereich zwischen 160 und 220" C werden besonders günstige Resultate hinsichtlich Festigkeit. Dehnung und Schrumpfneigung erzielt Dabei hat es sich als günstig herausgestellt, daß der Faden während der Fertigverstreckung einer besonderen At mosphäre unterworfen wird. Diese Atmosphäre kann eine Dampfatmosphäre sein. Für die erzeugten Faden hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die Fäden auch vor der Fertigverstreckung in Form üblicher Aufwickelspulen ohne Schwierigkeit transportfähig und lagerfähig sind, was in herkömmlicher Weise ersponnene Fäden, insbesondere aus Polyäthylenterephthalat, nicht sind. Deshalb können - wie durch die Ansprüche 2 und 3 geschehen - zwei vorteilhafte Aufeinanderfolgen der Spinnstufe, der Fertigstreckstufe und des Aufspulens nach dem erfindur.gsgemäßen Verfahren vorgeschlagen werden. Die Wärmebehandlung des Fadens im Streckwerk kann durch Beheizung einer Galette des Streckwerks erfolgen.

Vorzugsweise kann die Wärmeoehandhing des Fa dens während der Fertigverstreckung durch eine geheizte Platte erfolgen, da die beheizte Platte die Fließ bewegung des Fadens praktisch nicht behindert.

Im folgenden wird die Erfindung an Marx! der /eich nung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Anordnung von Emriititun gen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Schmel/-spinn- und Streckverührens,

F i g. 2 die schematische Anordnung von Einrichtungen zur Ausführung konventioneller .Streckverfahren.

Nach Fig. 2 wird der in einem konventionellen «^hmelzsoinnverfahren ersponnene Faden Π dem Streckwerk durch den üeferzyJinder 11 zugeführt und durch die Streckgalette 15 in dem gewünschten Streck verhältnis abgezogen. In dem Verfahren nach F i g. 2a wird der Faden dabei über den beheizten (z. B. 80° C) Streckstift 12 und den auf höhere Temperaturen beheizten (z. B. 160⁰C) Stift 14 gezogen. Der Streckpunkt bildet sich auf dem Streckstift 12 aus.

In Fig. 2b, die eine gegenüber F i g. 2a modifizierte Anordnung zeigt, wird der Faden über die beheizte Galette 18 (z. B. 80⁰C) und die Heizplatte 19 (zwischen 80 und 220⁰C) geführt. Dabei bildet sich der Streckpunkt auf Galette i8 aus. Hinter den Streckbetten 15 wird der Faden z. B. über einen Fadenführer 16 und eine entsprechende — hier nicht dargestellte Changiereinrich-. tung einer Aufwickelspule 17 bzw einer Ringzwirnspindel zugeführt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde auf einer Vorrichtung 2 nach F ι g. 1 ein multifiler Polyesterfaden 3 mit dem Endtiter 130/34 den produziert. r, Dabei betrug die Spinngeschwindigkeit an der Düse 1 29,5 m/min und die Abzugsgeschwsndigkeu 3400 m/min (Vorverzug 1 :1I5). Die Polyestermasse enthielt nicht mehr als 10 Molprozent an modifizierenden Beimen gungen. die Schmelzviskosität betrug 800 b<s 5000 Pos-• se. wobei für textile Fäden im wesentlichen der Bereich von '000 bis 3000 Poise mit Schmelztemperaturen von 270''C bis 300⁰C in Betracht kam. Die Spinngeschwindigkeit. Düseniochdurchmesser und Vorverzug müssen so auf die hohe Abzugsgeschwindigkeit abgestimmt ,·. werden, daß es nicht zu Fadenbrüchen kommt. Dabet war die Abzugsgalette 4 in F i g. 1 beheizt. Es wurde eine Galette mit einem Durchmesser von 150 mm. einer L-ärsge von 150 mm und 4 Urnschüngungen verwendet. Die Temperatur betrug 115*'. Die Streckgalette 6 sowie ■■i die Aufwickelspule 7 hatten cr.e Umfangsgeschwindigkeit von 5950 m/mm.

Das Streckverhältnis betrug 1 : t.75. Die Streckkraft betrug 0,77 p/den. Der erzeugte Faden hatte eme Bruchfestigkeit von 4,9 g/den und eine Bruchdehnung .}.-, von 25% Durch Modifikation der Fertigverstreckungsbedingungen und insbesondere durch Erhöhung der Temperatur konnten die Festigkeits- und Dehnungsschrumpfeigenschaften der erzeugten Fäden in weiten Grenzen beeinflußt werden. In einem Parallelversuch ι- wurde ein unverstreckter Polyesterfaden 600/48 den Spinntiter, welcher mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 850 m/min erzeugt worden war, in einer Vorrichtung nach F ι g. 1 im Verhältnis I : 4 verstreckt. Die Streckkraft betrug 0,98 p/den. Nach kurzer Zeit (4 sek) v> trat Fadenbruch ein. Auf Vorrichtungen nach F ι g. 2a und 2b konnte derselbe Faden ohne weiteres verarbeitet werden.

Es war vorgesehen, die Fäden im Bereich der Streck zone in einem Nachbehandlungsraum 20 mit Einlaß ν und Auslaß 22 einer besonderen Atmosphäre, ζ Β Dampfatmosphäre, zu unterwerfen.

Es entspricht dem Stande der Technik, daß vor. während oder nach der Fertigverstreckung weitere Fadenbehandlungen, wie Färben, Fixieren zur Herabsetzung v. {!er Schrurnpfneigung. Querschnittsverformung, Textsineren. Entwicklung der Kräuselung u. ä„ erfolgen kann. Die erfindiingsgemäß ersponnenen Fäden bieten hierbei den besonderen Vorteil, daß sie transport- und lagerfähig sind und demnach der Nachbehandlungsma-'■-schirie auch vor der Fertigverstreckung und in Spulenforrn zugeführt und auf der Nachbehandlungsmaschine oder dahinter fertig verstreckt werden können.

Die in der Fertigverstreckzone vorhandene Heizein

richtung kann auch — an Stelle der beheizten Liefergalette 4 — als Kontaktheizplatte, Heizstift, Heizkasten od.ä. ausgeführt sein, wobei jedoch Heizplatte und Heizkasten bessere Ergebnisse hinsichtlich der auszuübenden Streckkräfte brachten. s

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schmelzspinn- und Streckverfahren zur Herstellung von Polyesterfäden, bei dem die aus der Düse ersponnenen Fäden vorverzogen, gekühlt, fertigverstreckt und aufgespult werden, wobei die Fäden beim Fertig-Verstrecken nicht oder mittels nur einer einzigen Heizeinrichtung erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (3) einem Vorverzug mit einer Abzugsgeschwindigkeit von mehr als 3000 m/min und einer nachfolgenden Fertigverstreckung zwischen 1 :1,8 und 1:13 unterworfen werden.

2. Schmeizspinn- und Streckverfahren nach An-Spruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden in einem kontinuierlichen Arbeitsgang ersponnen, vorverzogen, gekühlt, der Fertigverstreckung unterworfen und aufgespult werden.

3. Schmelzspinn- und Streckverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigverstreckung in einem gesonderten Arbeitsgang nach dem Aufspulen der vorverzogenen Fäden erfolgt.