DE3006557A1

DE3006557A1 - Verfahren zum schmelzspinnen von acrylnitrilpolymerisatfasern unter verwendung einer vertikal angeordneten verdichtungszone

Info

Publication number: DE3006557A1
Application number: DE19803006557
Authority: DE
Inventors: Francesco Demaria; Chi Chang Young
Original assignee: American Cyanamid Co
Current assignee: Wyeth Holdings LLC
Priority date: 1979-02-21
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1980-09-04
Also published as: KR840000379B1; ES488640A0; JPS6410604B2; US4283365A; GB2042413B; JPS55112311A; GB2042413A; ES8104835A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Schmelzspinnen von Acrylnitrilpolymerisatfasem. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem eine feste Polymerisat-Wasser-Masse einer vertikal angeordneten Kompressions/^{er 1}ZUgWf^rI? wird, in der die Hasse verdichtet und unter dem sich von selbst entwickelnden Druck geschmolzen wird. Dabei bildet sich eine homogene Fusionsschmelze, die durch eine Mehrloch-Düsenanordnung durch den innerhalb der Verdichtungszone erzeugten Druck ausgepreßt wird, und zwar direkt in eine mit Dampf unter Druck beaufschlagte Verfestigungszone, in der Bedingungen aufrechterhalten werden, die das Freisetzen von Wasser aus den entstehenden Fasern in der Weise steuern, daß eine Deformation derselben vermieden wird. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein derartiges Verfahren, bei dem eine speziellesMehrloch-Spinndüsenbauteil eingesetzt wird.

Auf der "Society of Plastics Engineers 36th Annual Technical Conference, Washington, D.C, USA, April 24-27, 1978" wurden zwei Druckschriften präsentiert, in denen entgegengesetzte Betriebsweisen beschrieben sind. In dem Artikel "Extruder Performance In the Metered-Staroed Feeding Mode" von M.J.McKelvey und S.Steingiser, Seiten 507-511 der herausgegebenen Druckschriften, wird berichtet, daß man gute Ergebnisse bei Anwendung einer Betriebsart erhält, bei der das Einfüllen in die Extrudervorrichtung in der Weise bemessen wird, daß die Kapazität des Extruders nicht ausgenutzt wird. In dem Artikel "Forced-Feeding Zone Improves the Extrusion Properties" von B.

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Franzkoch und G. Menges, Seiten 512-515 der publizierten Druckschriften, wird hingegen berichtet, daß man dann gute Ergebnisse erhält, wenn man eine Betriebsweise wählt, die der in dem vorstehenden Artikel beschriebenen diametral entgegengesetzt ist. Beide der in. diesen Artikeln beschriebenen Betriebsweisen sollen Verbesserungen gegenüber einer Betriebswelse darstellen, bei der die vorgesehene Extruderkapazität genutzt wird. Innerhalb der genannten extremen Betriebsweisen ist eine große Anzahl an Variationen möglich, und es werden im Hinblick auf die jeweils für eine spezifische Anwendung am besten geeignete Betriebsweise keine spezifischen Verfahren angegeben.

Aufgrund neuerer Entwicklungen auf dem Gebiet der Acetonitrilpolymerfasern ist der Vorschlag gemacht worden, Fusionsschmelzen in einem Schmelzspinnverfahren einzusetzen. Eine Fusionsschmelze ist eine Masse aus einem faserbildenden Polymerisat und Wasser, wobei die Komponenten in Mengenverhältnissen vorliegen, unter denen bei geeigneten Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck eine aus einer homogenen, einzigen Phase bestehende Schmelze gebildet wird. Wasser dient dabei als Schmelzhilfe und ermöglicht die Bildung einer Schmelze aus einem Polymerisat bei tieferer Temperatur als der, bei der das Polymerisat normalerweise schmilzt oder sich zersetzt. Das Wasser wird dabei dem Polymerisat innig assoziiert, und es entsteht auf diese Weise eine aus nur einer Phase bestehende Schmelze. Der Schmelzpunkt der Polymerisat-Wasser-Masse liegt oberhalb des Siedepunkts von Wasser bei Atmosphärendruck, und es ist folglich ein Überatmosphärendruck notwendig, um das Wasser im flüssigen Zustand zu halten.

Bei Verarbeitung einer derartigen Fusionsschmelze zu Fasern wird die Fusionsschmelze typischerweise in einer horizontal angeordneten Kompressionszone hergestellt, in die

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die Polymerisat-Wasser-Mischung als Granulat kontinuierlich eingegeben wird. Das Granulat wird, während es sich durch die Kompressionszone bewegt, verdichtet und erhitzt, um vor dem Eintritt in eine Mehrloch-Spinndüsenanordnung die Fusionsschmelze zu schaffen. In den Fällen, bei denen Wasser erforderlich ist, um eine Polymerisatschmelze zu erhalten, ist es besonders schwierig, den Druck innerhalb eines Extruders aufrechtzuerhalten. Die Kombination aus Wasser und Polymerisat führt vor Erreichen der Fusionsoder Schmelztemperaturen nicht zu einer plastischen Schmelze. Bis zu diesem Zeitpunkt stellt die Mischung einen brüchigen, krümeligen Festkörper dar, der dem Druck nur wenig oder keinen Widerstand leistet. In der Schmelzzone erzeugter Wasserdampf bewegt sich während des in der Schmelzzone herrschenden Drucksauf den Feststoff zu, der sich der Schmelzzone nähert. Dieser Wasserdampf kann durch das lose Granulat hindurchtreten und durch die Einfüllöffnung entweichen. Um dieses Herausblasen von Wasserdampf zu verhindern, wird der Dampf manchmal durch gesteuertes Entlüften der Schmelzzone entfernt. Dadurch wird der interne Druck reduziert und die Druckunterschiede zwischen Einfüll- und Schmelzzone minimal!siert. Mit dieser Maßnahme erniedrigt man ,jedoch die Konzentration der Schmelzhilfe, die zum zweckentsprechenden Schmelzen des Polymerisats benötigt wird.

In der US-PS 3 991 153 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Strangpressen einer Fusionsschmelze von Acrylnitrilpolymerisat und Wasser beschrieben. Das Verfahren umfaßt die Bildung eines porösen Pfropfens aus der Masse, die in einer horizontal angeordneten Strangpresse verarbeitet wird, wobei der Pfropfens sich an einer Stelle bildet, die in der Mitte zwischen der Kompressionszone und der Schmelzzone liegt, wobei der Pfropfen sich in Richtung auf die Ausgangsöffnung der Strangpresse mit einer linearen Ge-

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schwindigkeit vorwärtsbewegt, di© gl@Ieh der Geschwindigkeit ist, mit der sich der in dem porösan Pfropfen kondensierte Dampf w©g@n des in der SeteGlazane erzeugten Drucks in Richtung der Einfüllsone bewegt. Auf diese Weise wird das Entweichen von Wasserdampf verhindert. Während sich dieses Verfahren in befwlQdis^^aer ¥©lse zum Schmelzspinnen von Fusionssciam©l2@a mm üsrylaitrilpolymerisat w&& Wasser bei horizontal nagQöFdbaetgF Yordiehtungszone eignet, ist es für ein© üawendwig t®± irorillsal angeordneter Verdichtungszone üogQn der untej?seM©dlieh(in Orientierung der VerdichtungszoBsn nicht brauchbar

Im Zusammenhang mit der Faserherstellung durch Schmelzspinnen ist eine große Vielzahl von Mehrloch-Spinndüsentypen verwendet worden. Falls Mehrloch-Spinndüsenbauteile eingesetzt werden, wird es bevorzugt, eine große Vielzahl von Mündungen vorzusehen, damit eine große Anzahl einzelner Fäden von einem einzigen Hehrloch-Spinndüsenbauteil abgenommen werden kann und die Produktivitätsrate desselben erhöht wird. Die vergrößerte Anzahl der Mündungen führt jedoch bei den Strangpreßverfahren zu zusätzlichen Problemen. Durch Erhöhen der Anzahl der Mündungen erhöhen sich die Schwierigkeiten, einen einheitlichen Förderrückdruck (Gegenkraft des Förderdracka) über alle Mündungen aufrechtzuerhalten, was zur Folge hat, daß hinsichtlich der Auspreßraten durch die einzelnen Mündungen Unterschiede auftreten. Zusätzlich variieren auch die Bisrebiaesser der einzelnen, herausgepreßten Fäden in einem reiten Bereich, obwohl alle Fäden aus Mündungen mit gleichem Durchmesser austreten. Obwohl bisher große Anstrengungen darauf verwendet wurden, die Schwierigkeiten zu überwinden, die sich aus dem Strangpressen unter Verwendung von Mehrloch-Spinndüsenbauteilen mit einer großen Vielzahl von Mündungen ergeben, konnten diese Schwierigkeiten bisher nicht in befriedigender Weise überwunden werden.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Acrylnitrilpolymerisatfaser geschaffen, bei dem eine tellchenförmige Masse aus Polymerisat und

Wasser in eine die Bildung einer Fusionsschmelze der *!ass *

und bewirkende Veidichtungszone eingefüllt wird, /die resultie-

si) wM. γ t s rende Schmelze durch eine Mehrloch-Spinndüse/direkt in eine mit Dampf unter Druck beaufschlagte Verfestigungszone gepreßt wird. Dabei werden in der Verfestigungszone Bedingungen aufrechterhalten, die das Freisetzen von Wasser aus den entstehenden Fäden steuern und auf diese Weise eine Deformation derselben verhindern. Anschließend werden die entstehenden Fäden, während sie sich noch in der Verfestigungszone befinden, zur Orientierung der Moleküle verstreckt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch Anwendung einer vertikal angeordneten Verdichtungszone, die mit einem Verdichtungsverhältnis von größer als 1:1 und geringer als 1:3 betrieben wird; Einfüllen der genannten teilchenförmigen Masse in einer Rate, die der Betriebskapazität der Verdichtungszone genügt, um eine Dampfabdichtung zu gestatten, und Auspressen der Schmelze aus dem unteren Teil der Verdichtungszone durch die Mehrloch-Spinndüse .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Mehrloch-SpinndUse eine solche eingesetzt, die in verbundener Weise ein kreisförmiges Körperteil mit einem Kanal am oberen Ende und einer Mehrloch-Spinndüsenplatte am unteren Ende umfaßt, wobei die Mehrloch-Spinndüsenplatte eine Vielzahl von Mündungen mit Gegenbohrungen enthält und wobei die Mündungen in konzentrischen, kreisförmigen Reihen um die Mitte des kreisförmigen Körpers angeordnet sind und wobei die Mehrloch-Spinndüse außerdem Verteilungskammern umfaßt, die den Kanal

mit den Mündungen kommunizierend verbinden, und die gekennzeichnet ist durch einen ersten Durchgang mit ab-

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nehmendem Querschnitt und von der Mitte zum äußeren Bereich, des Körpers abnehmendem Volumen am Ausgang des Kanals, Sammelorganen am Ausgang des ersten Durchgangs Im äußeren Bereich des Körpers, einem zweiten Durchgang mit abnehmendem Querschnitt am Ausgang des Sammelorgans, der sich in Richtung auf die Mitte des Körpers verengt und mit Verteilungskammern kommuniziert, die unterschiedliche Längen aufweisen, wobei ihre Länge umso mehr abnimmt, als sie in der Nähe der Mitte des Körpers positioniert sind, und wobei die Kammern mit den Gegenbohrungen und Mündungen der Mehrloch-Spinndüsenplatte kommunizierend verbunden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei denen zum Auspressen von Fusionsschmelzen von Acrylnitrilpolymerisat und Wasser VerdicHungszonen eingesetzt werden, eine Anzahl von Vorteilen auf. Das vorliegende Verfahren kann sowohl mit feinen, pulverförmigen Massen als auch mit Granulat durchgeführt werden. Der in der Verdichtungszone erzeugte Druck reicht aus, um ein Auspressen der Fusionsschmelze zu bewirken, ohne daß eine zusätzliche Pumpe nötig ist. Dadurch, daß man die teilchenförmige Masse in einer Menge in die Verdichtungszone einfüllt, die die Betriebskapazität derselben ausfüllt und auf diese Weise eine Dampfabdichtung bildet, wird das Erfordernis der Bildung eines porösen Pfropfens eliminiert. Die auf diese Weise hergestellten Fasern weisen einen verringerten Blasengehalt auf, verglichen mit einer Faser, die mittels anderer Verfahren zum Strangpressen von Fusionsschmelzen erhalten wurde. Man erzielt folglich Fasern mit besseren Eigenschaften.

Bei der bevorzugten AusfUhrungsform wird ein spezielles Mehrloch-SpinndUsenbauteil verwendet. Durch dieses Mehrloch-Spinndüsenbauteil wird erreicht, daß man Fäden bei im

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wesentlichen gleichen Förderrückdrucken über allen Mündungen erhält, ganz gleich, wo die Mündungen in der Mehrloch-SpinndÜsenplatte positioniert sind. Die erhaltenen Fäden (das herausgepreßte Material) sind hinsichtlich ihres verstreckten Querschnittsdurchmessers oder ihrer Dimensionen gleichmäßiger als solche, die mit herkömmlichen Mehrloch-Spinndüsenbauteilen erhalten werden. Dieses Ergebnis wird der Einheitlichkeit des Förderrückdrucks über den Mündungen zugeschrieben. Das erfindungsgemäße Mehrloch-Spinndüsenbauteil führt auch zu einer verbesserten Verarbeitbarkeit und zu einer höheren Produktivität.

Das bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendete Mehrloch-Spinndüsenbauteil wird in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten bevorzugten AusfUhrungsform des Mehrloch-Spinndüsenbauteils mit ringförmigem Bau und mit Heizeinrichtungen im Ringraum;

Flg. 2 eine ähnliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Mehrloch-Spinndüsenaufbaus, wobei der mittlere Ringraum weggelassen wurde;

Fig. 3 eine Ansicht eines Querschnitts des Mehrloch-Spinndüsenauf baus der Fig. 1, wobei Filterorgane vorgesehen sind;

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht des Mehrloch-Spinndüsenaufbaus der Fig. 2 mit einem darin angeordneten Filterorgan; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zur fabrikmäßigen Herstellung geeigneten Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 5 ist mit 1 eine vertikal angeordnete Verdichtungszone bezeichnet, die einen Einfülltrichter 2, eine Extruderschnecke 3 und am unteren Ende einen Ausgang 4 aufweist,

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Antriebsorgane 5 und andere Kontrolleinrichtungen, die nicht gezeigt sind, steuern den Betrieb der Verdichtungszone. Vom Ausgangsende 4 wird die geschaffene Fusionsschmelze dem Mehrloch-Spinndüsenbauteil6 zugeleitet, durch das sie mittels des in der Verdichtungszone erzeugten Drucks herausgepreßt wird. Das. Mehrloch-Spinndüseifcauteil 6 liefert die Fäden direkt in eine mit Dampf unter Druck beaufschlagte Verfestigungszone 7, die mit einem Dampfeinlaß 8 und einem Dampfauslaß 9 ausgerüstet ist, wobei durch Dampfeinlaß 8 und Dampfauslaß 9 ein geeigneter Dampfdruck innerhalb der Zone aufrechterhalten wird, um das Freisetzen von Wasser aus den entstehenden Fäden (dem Extrudat) 12 zu steuern und eine Deformation derselben zu verhindern. Eine Druckabdichtung/ermöglicht das Entlassen des Extrudats aus der Verfestigungszone unter Aufrechterhaltung des Drucks. Eine Aufnahmerolle 11 kann verwendet werden, um das Extrudat 12 zu sammeln oder es zu verstrecken.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein faserbildendes Acrylnitrilpolymerisat verwendet und in Verbindung mit Wasser eine homogene Fusionsschmelze gebildet. Im allgemeinen kann jegliches faserbildendes Acrylnitrilpolymerisat verwendet werden, das mit Wasser eine Fusionsschmelze bildet. Derartige Polymerisate sind dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt. Bevorzugte Polymerisate sind diejenigen, die wenigstens etwa 50 Gew.% Acrylnitril und wenigstens etwa 1 Gew.% eines copolymerisierbaren Monomeren enthalten.

Aus dem ausgewählten, faserbildenden Acrylnitrilpolymerisat und Wasser wird ein teilchenförmiger Festkörper hergestellt. Dabei werden die Bestandteile in den zur Schaffung einer homogenen, aus einer einzigen Phase bestehenden Fusionsschmelze zweckentsprechenden Anteilen eingesetzt. Der zweckentsprechende Anteil des Polymerisats liegt im allge-

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meinen in einem Bereich von 70 bis 95 Gew.96 und der zweckentsprechende Anteil an Wasser liegt entsprechend im allgemeinen in einem Bereich von 30 bis 5 Gew.9$, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymerisat-Wasser-Hasse. Die tatsächlichen Ali.teile variieren innerhalb dieser Bereiche, abhängig von den Polymerisatmassen und den Betriebsbedingungen, und können aus einem geeigneten Phasendiagramm leicht bestimmt werden. Innerhalb des als betriebsfähig beschriebenen Bereichs der Polymerisat-Wasser-Hasse liegt die Hasse bei Umgebungsbedingungen in Form fester Teilchen vor, da das Wasser durch das Polymerisat adsorbiert ist. Die verwendeten festen Teilchen können als feines Pulver oder als grobes Granulat vorliegen. Im allgemeinen wird es bevorzugt, feine Teilchen einzusetzen, da in diesem Fall keine speziellen Herstellungsstufen erforderlich sind.

Die feste, teilchenförmige Polymerisat-Wasser-Hasse wird über einen Einfülltrichter kontinuierlich in das obere Ende der Verdichtungszone eingefüllt. Die Hasse sollte mit einer ausreichenden Einfüllrate zugegeben werden, um die Betriebskapazität der Verdichtungszone sicherzustellen und auf diese Weise einen Dampfabschluß innerhalb derselben zu schaffen. Die Betriebskapazität der Verdichtungszone umfaßt das Volumen zwischen den Schneckenprofilen plus den Freiraum zwischen den Schneckenprofilen und der Zylinderwand der Verdichtungszone. Durch Ausfüllen dieser Betriebskapazität der Verdichtungszone wird ein Dampfabschluß geschaffen. Dadurch kann das in der Polymerisat-Wasser-Hasse enthaltene Wasser aus der Verdichtungszone nicht entweichen, wenn sich in tieferen Bereichen innerhalb der Verdichtungszone die Fusionsschmelze bildet.

Während die Polymerisat-Wasser-Hasse mittels der Schnecke in der Verdichtungszone nach unten gezwungen wird, wird sie verdichtet und erhitzt und bildet dabei unter dem sich

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von selbst entwickelnden Druck eine Fusionsschmelze. Durch externe Steuereinrichtungen wird der Verdichtungszone von außen Wärme zugeführt. Dadurch wird zusammen mit der Verdichtung, die durch die Schnecke bewirkt wird, ein ausreichender Druck erzeugt, um Wasser in der geschaffenen Fusionsschmelze in flüssigem Zustand zu halten. Die Verdichtung liegt im allgemeinen bei einem Verdichtungsverhältnis von größer als 1:1 und geringer als 1:3, vorzugweise bei einem Verdichtungsverhältnis von etwa 1:2. Das Verdichtungsverhältnis ist das von der Schmelze eingenommene Volumen, relativ zu dem von dem eingefüllten, teilchenförmigen Material eingenommenen Volumen. Das bedeutet, daß bei dem bevorzugten Verdichtungsverhältnis von 1:2 das Volumen, das vondsr gebildeten Schmelze eingenommen wird, die Hälfte dessen ausmacht, welches von dem teilchenförmigen, eingefüllten Material eingenommen wird. Die Fusionsschmelze, die sich in tieferen Bereichen der Verdichtungszone bildet, tritt unten aus der Verdichtungszone aus. Der innerhalb der Verdichtungszone erzeugte Druck reicht aus, um die Fusionsschmelze durch eine Mehrloch-Spinndüse zu pressen. Die aus der Verdichtungszone austretende Fusionsschmelze wird mittels dieses innerhalb der Verdichtungszone erzeugten Drucks durch ein Mehrloch-Spinndüsenbauteil

hindurchgepreßt. Das Mehr loch-Spinndüseibäu teil ist zum Schmelzspinnen von Fusionsschmelzen aus Acrylnitrilpolymerisat und Wasser geeignet und liefert ein fadenförmiges Strangpreßprodukt. Es kann jeglicher zum Schmelzspinnen brauchbarer Mehrloch-Spinndüsenaufbau verwendet werden. Im folgenden wird ein bevorzugter Mehrloch-Spinndüsentyp beschrieben.

Aus dem Mehrloch-Spinndüsenbauteil tritt das ausgepreßte Produkt direkt in eine mit Dampf unter Druck beaufschlagte Verfestigungszone ein, in der geeignete Bedingungen aufrechterhalten werden, um das Freisetzen von Wasser aus dem sich bildenden, ausgepreßten Material zu steuern und eine

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Beeinträchtigung desselben zu verhindern. Ohne die Verwendung der mit Dampf unter Druck beaufschlagten Verfestigungszone würde das entstehende, ausgepreßte Produkt eine gequollene oder aufgeblasene Struktur aufweisen« Solche Strukturen kommen dadurch zustande, wenn Wasserdampf aus den inneren Bereichen des ausgepreßten Produktes sehr rasch hervortritt. Auf diese Weise würden in hohem Maße deformierte oder aufgeschäumte, puffmaisartige Strukturen entstehen, wodurch hinsichtlich des Warenwertes des Preßproduktes als fadenförmiges Material eine schwerwiegende Verminderung eintreten würde« Durch Aufrechterhaltung geeigneter Dampfdrucke innerhalb der Verfestigungszone verfestigt sich das Preßprodukt und die Geschwindigkeit des Preisetzens von Wasser aus dem Preßprodukt wird in der Weise gesteuert, daß keine Deformation der fadenförmigen Struktur eintritt. Im allgemeinen kann der innerhalb der Verfestigungszone angewendete Dampfdruck in weiten Bereichen variieren. Der jeweilige Dampfdruck hängt von dem eingesetzten Polymerisat, dem Wasseranteil der Polymerisat-Wasser-Masse, der Auspreßtemperatur- und von anderen Erwägungen ab. Im allgemeinen ist der Dampfdruck dann brauchbar_t wenn er eine Temperatur in der Verfestigungszone schafft, die von 1G bis 30⁰C unter der minimalen Schmelztemperatur der Polymerisat-Wasser-Masse liegt. Geeignete Dampfdrucke steuern die Geschwindigkeit des Freisetzens von Wasser aus den entstehenden Fäden. Durch das Einstellen dieser Geschwindigkeit wird die Bildung einer Haut auf der Oberfläche des ausgepreßten Produktes auf .ein Minimum beschränkt. Da folglich die Diffusion von Wasserdampf durch das ausgepreßte Produkt nicht behindert wird, kann eine Deformation vermieden werden. Die Verfestigungszone ist mit einer Druckabsperrung ausgerüstet, durch die das ausgepreßte Produkt in die Atmosphäre entlassen werden kann, während gleichzeitig innerhalb der Verfestigungszone der Dampfdruck aufrechterhalten wird.

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Während sich das ausgepreßte Produkt innerhalb der mit Dampf unter Druck beaufschlagten Verfestigungszone befindet, wird es einer Verstreckung unterworfen, um eine Orientierung der Moleküle zu erreichen, was zu angestrebten Fasereigenschaften führt. Ein derartiges Verstrecken (Recken) kann in einem einzigen Verfahrensschritt oder in mehreren. Schritten durchgeführt werden. Für Anwendungen im Textilbereich wird im allgemeinen ein Streckverhältnis von wenigstens 25 bevorzugt, und es wird außerdem bevorzugt, das Verstrecken in zwei Stufen durchzuführen, wobei die erste Stufe mit einem Streckverhältnis durchgeführt wird, das kleiner als das bei der zweiten Stufe verwendete ist.

Nachdem das ausgepreßte Produkt in der Verfestigungszone verstreckt worden ist, wird es in die Atmosphäre entlassen. Gegebenenfalls können sich weitere, mit herkömmlichen Verfahren durchgeführte Nacharbeitungsschritte anschließen. Ein allgemein bevorzugter, zusätzlicher Verfahrensschritt besteht darin, die verstreckte Faser nach dem Trocknen in Dampf unter kontrollierten Temperaturbedingungen zu entspannen. Brauchbare Temperaturen sind 120 bis 180°C (am trockenen Thermometer abgelesen) und 70 bis 100⁰C (am nassen Thermometer abgelesen)« Das Entspannen der Faser im Dampf wird im allgemeinen so durchgeführt, daß ein Schrumpfen der Faser von 5 bis 3596 erreicht wird.

Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugte MehrIoch-Spinndüsenaufbau besteht aus einem kreisförmigen Körper, in dem verschiedene Teile angeordnet sind. Wesentliche Merkmale des Mehrloch-Spinndüsenaufbaus sind die Durchgänge mit abnehmendem Querschnitt, die abnehmende Länge der Verteilungskammern und die anfänglich von innen nach außen und darauffolgend von außen nach innen gerichteten Durchgänge, durch die das härtbare Material hindurchfließt. Die Kombination dieser Merkmale gewährleistet einen im wesentli-

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chen konstanten Förderrückdruck bei den Mündungen, und zwar unabhängig davon, wo die Mündungen innerhalb der Mehrloch-Spinndüsenplatte im einzelnen angeordnet sind.

Bei der in Fi^₃. 1 gezeigten Ausführungsform weist das Bauteil einen ringförmigen Bau auf. Dabei ist eine Mehrloch-Spinndüsenplatte 13 mit kreisförmig angeordneten Reihen von Mündungen und Gegenbohrungen am unteren Ende des Körpers 14 und kreisförmig um ein zentrisch angeordnetes Reservoir 15, das zur Aufnahme eines Heizmediums dient, angeordnet. Am oberen Ende des Körpers befindet sich ein zentrisch angeordneter Kanal 16 zur Aufnahme des härtbaren Extrudiermaterials. Der Kanal steht in kommunizierender Verbindung mit einem ersten Durchgang 17 mit abnehmendem Querschnitt, der in dem Maße, wie er sich zum äußeren Bereich des Körpers erstreckt, enger wird und der das Preßmaterial einem Sammelorgan 18 zuleitet, das im äußeren Bereich des Körpers angeordnet ist. Mit dem Sammelorgan kommuniziert ein zweiter Durchgang 19 mit abnehmendem Querschnitt, der sich in Richtung auf die Mitte des Körpers erstreckt und zur Mitte hin enger wird. Durch den Durchgang 19 fließt das Preßmaterial zu den Verteilungskammern 20, deren Länge abnimmt, je weiter sich ihre Position in der Nähe der Mitte des Körpers befindet. Diese Verteilungskammern leiten das Preßmaterial von dem zweiten Durchgang zu der Mehrloch-Spinndüsenplatte.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Mehrloch-Spinndüsenaufbau vom kreisförmigen Typ und das Reservoir

weggelassen worden. Die anderen Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und haben die gleichen Funktionen wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist im wesentlichen wiederum die AusfUhrungsform von Fig. 1 zu sehen.

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-loin diesem Fall ist jedoch eine Filtereinrichtung 21 zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Preßmaterial vorgesehen, die quer zum Strömungsweg der Verteilungskammern angeordnet ist.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform wird die Ausführungsform der Fig. 2 nochmals gezeigt. Dabei ist jedoch in diesem Fall, wie in Fig. 3# eine Filtereinrichtung 21 quer zum Strömungsweg der Verteilungskammern angeordnet.

Unter Verwendung dieser bevorzugten Mehrloch-Spinndüsenplatte wird ein Strangpreßverfahren folgendermaßen durchgeführt. Die flüssige, zu verpressende Schmelze wird in den Kanal. 16 des kreisförmigen Körpers 14 hineingedrückt und tritt in den ersten Durchgang .17 mit abnehmendem Querschnitt ein. Aus diesem Durchgang tritt die Schmelze in das Sammelorgan 18 im äußeren Bereich des Körpers ein. An der Außenseite des Körpers können (nicht gezeigte) Heizeinrichtungen vorgesehen sein, um die Temperatur des Preßmaterials bei seinem Durchgang durch das Sammelorgan aufrechtzuerhalten oder zu erhöhen. Die Heizeinrichtungen können gegebenenfalls auch an anderen Stellen des Spinndüsenauf baus angeordnet sein. Von dem Sammelorgan fließt das Preßmaterial durch den zweiten Durchgang 19 mit abnehmendem Querschnitt und von dort aus zu den Verteilungskammern 20. Beim Durchtritt des Preßmaterials durch die Verteilungskammern kann es gegebenenfalls unter Verwendung der Filtereinrichtung 21 filtriert werden. Wenn das Preßmaterial die Verteilungskammern verläßt, wird es durch den mit der Schnecke der Presse erzeugten Preßdruck in Verbindung mit oder ohne eine zusätzliche Pumpe durch die Gegenbohrungen und die Mündungen der Mehrloch-Spinndüsenplatte 13 hindurchgepreßt. Bei der Mehrloch-Spinndüse mit ringförmigem Bau kann in dem Reservoir 15 eine zusätzliche Aufheizung des Preßmaterials mit einem geeigneten Heizme-

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diuffi bewirkt werden. Aue dem geschilderten ¥e£ άβε Preßmaterials durch den Mehrlocß-Spinndüsenaufbau wird deutlich«, daß das PreBmaterial zunächs- voc Innerer, "dem Zentrum) des Körpers nacfc außer: i.zuir- äußerer, Bereich- strömt und anschließend in dec; Korper wieaer von außer, nach innen-.

Im folgender, vnrc die Erfinaunf anhand vor Beispielen, tmt riig-ler.: nine*- er*J ?·*■--." -y

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wird 6xnerseit£ exne horizorrstLi. engeorcme-ce Hz?; und andererseits eine ver*ciKal angeordnete Strangpresse zum Schmelzspinnen einer Pusicnsschmelze von Acrylnitrilpolymerisat und Wasser verwendet. Die eingesetztes horizontal angeordnete Strangpresse entspricht der Beschreibung der US-PS 3 991 155. Die eingesetzte, vertikal angeordnete Strangpresse entspricht der vorliegenden Erfindung.

Das eingesetzte Polymerisat weist eine Zusammensetzung von 88,39s Acrylnitril und 11,756 Methylmethacrylat auf. Das kinematische Molekulargewicht ist 40 000. Das kinematische Molekulargewicht wird aus der Beziehung/U = 1/A (FL) erhalten« wobei/u die durchschnittliche Ausflußzeit in Sekunden für eine Lösung von 1 g Polymerisat in 100 ml einer 53 gew.9&Lgen wäßrigen Natriumthiocyanatlösung bei 4G°C_S multipliziert mit dem Viskometerfaktor, xsz unc* wobei L der Lösungsfaktor ist, den man aus einem Polymerisat mit bekanntem Molekulargewicht erhält. Aus 35 Gew.Teilen Polymerisat und 15 Gew.Teilen Wasser werden in den Strangpressen Fusionsschmelzen hergestellt und durch ein herkömmliches Mehrloch-Spinndüsenbauteil mit 2937 Mündungen ausgepreßt. Dabei weist jede Mündung einen Durchmesser von 85 Mikron auf. Das ausgepreßte Produkt gelangt direkt in

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eine mit Dampf raster BtosLi be&ufse&lagt© ¥erfestigungs·= kammer ₀ in des³ Eit gesättigt©® Bsiapf Θϊη Druck von etw© 1,5 bar m^F®Qht<BThalt@L· uiM» Di© Wä<&en werden mit eiiaoE Streckverhältnis: voia. 1_P6 i& d©r- ©rstoiL Stufe und alt ©inem Streckverhältnis¹- v©za 10 is, ans³ sv7®it©E: Stuf© v©rstreckte Bei einoF repräs©B.tatIiror_ üasahl d©P Fädsa uird ©ine Bs=

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Bestimmung der Blasenzahl

Es werden repräsentativ© Proben ' des bei dem Faserherstellungsverfahren erhalten©^ ladro^odLukts (d@s Kabels) genom-= men ο Di© Probeentnahme ui^d s© durcligefülirtj, daß man an verschi©deneEL Stellen d©£ Eafeels ©feü 5 en lang© Eabelabschnitte entnimmt_o Di© 3?σγ©ο©& we^&em, ©iMieitlich vermischte um ein Mittel d@E= eu benifteilsnd©ja 6@saEatpartie zu gewährleisten« Die Probe wird ©isiiieitlicia eardiert und entkräuselt j um ein Bündel von parallel @Mg®oTÜMetmn_$ einzelnen Fäden· zu schaffeiio Aus den großen Fa&ss&Mmdel» das aiaf diese Weise erhalten mrir<aL_r werden etwa 200 einzelne Fäden für das Blasenzählen ausgewählt. Unter Verwendung eines geeigneten Mikroskops werden die einzelnen Fäden dann untersucht und ihre Blasenzahl bestimmt. Nachdem man bei den einzelnen Fäden die Blasenzahl bestimmt hat, werden die geprüften Fäden auf einen Haufen gelegt. Nachdem bei

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den geprüften Fäden die Blasenzahl etwa 50 erreicht, wird die Untersuchung gestoppt und der Haufen der geprüften Fäden gewogen. Aus dem Gewicht und der Blasenzahl der geprüften Fäden wird die Blasenzahl pro Gramm Fäden bei 3cfcnet und aiii ge zeichnet.

Beispiel 2

Um die Vorteile des erfindungsgemäß bevorzugten Hehrloch-Spinndüsenbauteils hinsichtlich der Einheitlichkeit des Fasergewichts (des Denier) zu erläutern, wird folgendes Verfahren durchgeführt.

Es wird eine Polymermasse eingesetzt, die eine durchschnittliche Zusammensetzung von 84 Gew.96 Polymerisat und 16 Gew.% Wasser aufweist. Das Polymerisat besteht aus 11,5 Gew.% Methylmethacrylat und 88,5 Gew.% Acrylnitril mit einem kinematischen Molekulargewichtswert von 48 000. Die mit der Strangpresse erhaltene, resultierende Fusionsschmelze wird durch eine Mehrloch-Splnndüse gemäß Fig. 1, die 3000 Kapillaren mit einem Durchmesser von 120 Mikron enthält und Gegenbohrungen mit einem Durchmesser von 1,0 mm aufweist, bei 175⁰C ausgepreßt. Die lineare Geschwindigkeit, mit der die Fusionsschmelze durch die Mehrloch-Spinndüse hindurchtritt, beträgt 10 m/min. Das ausgepreßte Produkt wird direkt in eine mit Dampf unter Druck beaufschlagte Verfestigungskammer eingepreßt, in der die entstehenden Fäden genügend verstreckt werden, um eine Orientierung der Moleküle zu gewährleisten. Das resultierende Faserbündel wird quergeschnitten und es werden photomikrographische Aufnahmen gemacht, um die runden Querschnitte der einzelnen Fasern sichtbar werden zu lassen. Eine repräsentative Anzahl einzelner Durchmesser wird aüsgemessen und aus den Meßwerten wird ein Mittelwert der Querschnittsfläche, die Standardabweichung und der Koeffizient

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der Durchmesserabweichung (CV, %) bestimmt. Man erhält einen CV-Wert von 15 bis ^8%.

Vergleichsbeispiel

Das Verfahren von Beispiel 2 wird mit Ausnahme der eingesetzten Mehrloch-Spinndüse in allen Einzelheiten hinsichtlich der verwendeten Materialien wiederholt. Es wird ein herkömmliches Mehrloch-Spinndüsenbauteil verwendet, bei dem normale Verteiler vom Lochplattentyp vorgesehen sind und bei dem das auszupressende Material auf geradem Wege ohne Ablenkungen hindurchfließt. Der Koeffizient der Durchmesserabweichung der Fäden wird wie oben bestimmt. Der für CV erhaltene Wert beträgt 30 bis 5096 und mehr.

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Claims

1A-3O63 27,375 AMERICAN CYANAMID COMPANY Wayne, N.J. USA Verfahren zum Schmelzspinnen von Acrylnitrilpolymerisat» fasern unter Verwendung einer vertikal angeordneten Verdichtungszone Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Acrylnitrilpolymerisatfasern durch Einfüllen einer teilchenförmigen Masse aus Polymerisat und Wasser in eine Verdichtungszone zvr Schaffung einer Fusionsschmelze der Masse _f Auspressen dar resultierenden Schmelze durch ein Mehrloch-Spinndüsembau= teil unmittelbar in eine mit Dampf unter Druck beaufschlagte Verfestigungssone, in der Bedingungen aufrechterhalten werden, die das Freisetzen von Wasser aus den entstellenden Fäden steuern, um eine Deformation derselben zu verhindern , und Verstrecken der entstehenden Fäden zum Zweck© der Verhinderung von Deformationen derselben und zur

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reichung einer Orientierung der Moleküle, wobei das Verstrecken durchgeführt wird;, während di© Fäden sich in der Verfestigungszone befinden, dadurch gekennzeichnet j daß man ©ine vertikal angeordnete Verdichtungszone einsetzt₉ die mit einem Verdichtungsverhältnis von größer als 1s1 und geringer als 1:3 arbeitet ₉ die teilchenförmig© Hass© in ©iner Meng© einfüllt _v di© aus= reicht, um die Betriebskapazität der Vsrdichtungszone auszufüllen und dadurch ©ine Dampfabdichtung zu schaffen, und die Schmelz© vom unteren Ends dar Verdichtungszone durch die Mehrloch-Spinndüse auspreßte

2. Verfahren nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet„ daß man ein Mehrloch-Spiandüsenbauttil einsetzt, umfassend in zusammengesetzter Weise einen kreisförmigen Körper (14) mit einem Kanal (16) am oberen aide und einer Mehrloch-Spinndüsenplatte (13) am unteren Ende, welche eine Vielzahl von Mündungen und Gegenbohrungen enthält, wobei die Mündungen in konzentrischen, kreisförmigen Reihen um die Mitte des kreisförmigen Körpers (14) herum angeordnet sind,und Verteilungskammena (2O)₉ die mit dem Kanal (16) und den Mündungen in kommunizierender Verbindung stehen, wobei zur kommunizierenden Verbindung ein erster Durchgang mit abnehmendem Querschnitt (17) am Ausgang des Kanals (16) mit von der Mitte des Köders (14) zu dessen äußerem Bereichhin abnehmendem Volumen,, am Ausgang des ersten Durchgangs (17) im äußeren Bereich des Körpers (14) ein Saamelorgan (18) und am Ausgang des Samii@l©rgans (18) ein zweiter Durchgang (19) mit in Richtung auf di© Mitte des Körpers (14) abnehmendem Querschnitt vorgesehen sind und wobei dieser zweite Durchgang (19) mit Verteilungskammern (20) in kommunizierender Verbindung steht„ deren Länge in dem Maße abnimmt, Je weiter sie in der Näh© des Zentrums des Körpers (14) positioniert sindj, uad wobei di© Kammern (20) rait d®n Gegenbohrungen und Mündungen der Mehrloch~Spinndüs@a.platte kommunizieren.

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