DE60025273T2

DE60025273T2 - Streckreissverfahren und produkt

Info

Publication number: DE60025273T2
Application number: DE60025273T
Authority: DE
Inventors: Anthony Joseph PERROTTO; Peter Popper; E. Glen SIMMONDS; S. Albert TAM; Carlton David VISSER; Charles William WALKER; Leonda Joseph JONES; Peter Artzt; Heinz Mueller
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: AU5333000A; BR0012310A; WO2000077283A3; TW507029B; CA2374110A1; MXPA01012911A; KR20020082101A; EP1255881B1; CN1561413A; AR024363A1; KR100754706B1; EP1255881A2; CN101311396A; DE60025273D1; WO2000077283A2; CN100392163C; JP2003519292A

Description

Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht Priorität gegenüber der vorläufigen Patentanmeldung, Serien-Nr. 60/139096, eingereicht am 14. Juni 1999, mit dem Titel "Reißverfahren und Produkt".
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein ein Faserkonvertierungs- und -spinnverfahren und insbesondere Verfahren zum Streckreißen von Endlosfilamentfasern zu diskontinuierlichen Filamentfasern und zum Verdichten dieser Fasern zu Garnen.
TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Spinnfasergarne aus synthetischen Stapelfasern sind durch Schneiden von Endlosfilamenten zu Stapelfasern hergestellt worden, die dann auf die gleiche Weise wie Baumwoll- oder Wollfasern zu Einzelgarn zusammengeführt werden. Es wird auch ein einfacheres Direktspinnverfahren angewandt, wobei parallele Endlosfilamente zwischen Einzugswalzen und Abzugswalzen in einem manchmal als Reißzone oder als Streckschneidzone bezeichneten Bereich gerissen und gestreckt werden, um ein Faserband aus diskontinuierlichen Fasern zu bilden, das danach zu einem Spinnfasergarn gezwirnt wird, wie zum Beispiel in US-A-2721440 von New oder in US-A-2784458 von Preston offenbart. Derartige frühe Verfahren waren wegen der inhärenten Geschwindigkeitsbegrenzungen einer Echtzwirnvorrichtung langsam. Als Alternative zum Echtzwirnen offenbaren Bunting et al. in US-A-3110151 das Verdichten von Stapelfasern zur Herstellung eines Garnprodukts unter Verwendung einer Verwirr- oder Verwirbelungsdüsenvorrichtung für die Verwirbelung zu Garn. Ein solches Produkt kann schneller als durch Echtzwirnen hergestellt werden, ist aber in der Festigkeit, Sauberkeit und Gleichmäßigkeit nicht mit herkömmlichen Spinnfasergarnen vergleichbar. Alternativ offenbart US-A-4080778 von Adams et al. ein Verfahren, wobei ein 1500–1500-Denier-Kabel aus Endlosfasern erhitzt und gestreckt werden kann und dann in einer einzigen Zone gerissen und gestreckt wird und durch eine mit Löchern versehene Streckwalze und eine Saugdüse zur Aufrechterhaltung des Parallelstroms von Fluid und Faser durch den Walzenklemmspalt bzw. Einzugsrollenspalt mit hoher Geschwindigkeit austritt. Die diskontinuierlichen, unverdichteten Fasern werden dann in einer Verwirbelungsdüse von einem in Bunting offenbarten Typ verdichtet, um ein Garn von 50–300 den herzustellen. Statische Ladungen werden in der Reiß- und Streckzone entfernt, um das Abspreizen der Fasern zu minimieren. Antistatikgeräte werden auch angrenzend an die Walzenpaare angeordnet, welche die Filamente durch den Prozeß fördern. Etwa 1,5–20% der in der Reißzone erzeugten diskontinuierlichen Filamente sind länger als 76 cm. Die Garnachse muß während des gesamten Prozesses vertikal sein. Das entstandene Produkt ist ein verdichtetes Garn von hervorragender Festigkeit, die im allgemeinen höher ist als bei ringgesponnenen Garnen, wobei das Garn verdickungsfrei und sauber ist.
In US-A-4 924 556 von Gilhaus werden mehrere Reißzonen gelehrt, um die Länge diskontinuierlicher Filamente für grobe Kabel, die durch Kombination mehrerer leichter Kabel aufgebaut werden, über Spannführungsstäben und Führungselementen schrittweise zu verringern. Auf diese Weise können Verformungen von weniger als 4,5 mit leichten Zulaufkabeln durchgeführt werden, und die Produktionskapazität bleibt hoch. Die kombinierten Kabel werden in einer Verformungs- und Heizzone (Zone I) auf einem horizontalen Niveau ohne Streckreißen gezogen und dann nacheinander durch eine oder mehrere immer kürzere Reißzonen (Zonen II–V) geführt, die horizontal auf einem anderen Niveau angeordnet sind, um Grundfläche zu sparen. Die Reißzonen können eine oder mehrere "vorläufige" Reißzonen, in denen die Fasern schrittweise gekürzt werden, und eine oder mehrere Reißzonen aufweisen, welche die mittlere Filamentlänge und die Streuung der Faserlänge (%CV) festlegen. Das gebildete Faserband kann in einer Flechtvorrichtung verarbeitet (um die spätere Handhabung zu erleichtern), wärmebehandelt und in einem Behälter aufgefangen werden. Es wird erwartet, daß das Faserband weiter verarbeitet wird, wie etwa in einer Spinnmaschine, um feine Garne zu erzeugen. Das Verfahren verarbeitet Zulaufkabel von 3,0 Denier pro Filament und 110000–220000 Denier, und in einem Band mit einer Breite von mehr als 270 mm in den Streck- und Reißzonen. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel ist eine erste vorläufige Reißzone, Zone II, mindestens 500 mm lang, und die aus dieser Zone resultierenden Filamentlängen weisen "annähernd normalverteilte" Filamentlängen zwischen einigen Millimeter und der Länge der Zone II auf. Die Länge der Zone II ist eine Optimierung zwischen einer größeren Länge, welche die Reißkräfte verringert, und einer kleineren Länge, die Flockenrisse vermeidet und die Betriebsbedingungen verbessert. Es gibt eine zweite vorläufige Reißzone, Zone III, die mindestens 200 mm und weniger als 1000 mm lang und "erheblich kürzer" als Zone II ist. Dann gibt es eine erste Reißzone, Zone IV, welche die mittlere Faserlänge festlegt und kürzer als Zone III erscheint, und eine zweite Reißzone, Zone V, die zu lange Fasern beseitigt, die Streuung der Faserlänge (charakterisiert durch %CV) festlegt und kürzer als Zone IV erscheint. In Zone V sind die "Bruchverformungen" (Reißdehnungen) (die als Geschwindigkeitsverhältnisse angenommen werden) mindestens zweimal so groß wie in Zone IV.
Ein horizontales Reihen- bzw. Durchlaufverfahren zur Herstellung eines Bündelgarns aus einem Faserkabel wird von Minorikawa et al. in US-A-4667463 gelehrt. Das Verfahren beinhaltet das Strecken des Kabels in einem verlängerten Bereich von geringer Breite, Streckschneiden des Kabels und Durchführen eines ergänzenden Streckschneidschritts und eines Garnbildungsschritts an den streckgeschnittenen Fasern. Die Länge der Zone in dem ergänzenden Streckschneidschritt beträgt etwa das 0,4- bis 0,9-fache der Länge der Streckschneidzone, und das Streckverhältnis für den ergänzenden Streckschneidschritt beträgt mindestens 2,5×. Das Strecken erfolgt vorzugsweise in zwei Stufen, um ein Streckverhältnis von 90–99 des maximalen Streckverhältnisses zu erreichen, und die gestreckte Faser wird dann wärmebehadelt. Der Garnbildungsschritt nutzt ein Düsensystem zum Verdichten der Fasern durch Erzeugen von Mantelfasern um den Faserkern herum und Aufwickeln der Mantelfasern auf die Kernfasern. Gelegentlich werden Riemchenbänder in der Ergänzungsstreckschneidzone und der Garnbildungszone zur Regulierung der Randfasern verwendet. Gemäß der Beschreibung in US-A-4356690 von Minorikawa et al. ist das Produkt durch die Tatsache charakterisiert, daß mehr als etwa 15% der Filamente in dem Garn eine Filamentlänge von weniger als dem 0,5-fachen der mittleren Filamentlänge des Garns aufweisen und mehr als etwa 15% der Filamente in dem Garn eine Filamentlänge von mehr als dem 1,5-fachen der mittleren Filamentlänge des Garns aufweisen. In den dargestellten Beispielen beträgt die maximale Austrittsgeschwindigkeit des Prozesses, mit dem Garne von 174 bis 532 Denier (Baumwollnummer 30,5 bis 10) hergestellt werden, 200 m/min (Beispiel 6), wobei die meisten Beispiele mit etwa 100 m/min betrieben werden.
Bei den von Adams et al. erzeugten Produkten gibt es insofern ein Problem, als die 1,5–20% diskontinuierlichen Filamente von mehr als 76 cm Länge, die in der einzigen Reißzone erzeugt werden, Probleme bei der Weiterverarbeitung verwsachen (in erster Linie Wickelbildung an Walzen), besonders wenn eine nicht vertikale Prozeßausrichtung gewählt wird. Ein Problem bei langen Filamenten in dem Produkt von Adams ist außerdem, daß es die Anzahl verfügbarer Fadenenden begrenzt, die aus dem Garn hervorstehen und dem Garn einen behaglichen Griff und gutes Aussehen für Textilanwendungen verleihen.
Der Fall der horizontalen Orientierung nach Gilhaus ist mühelos nur auf die Verarbeitung großer Kabel anwendbar, wo angenommen wird, daß die große Fadenzahl zu einer guten Reibung zwischen diskontinuierlichen Filamenten innerhalb des Bündels beiträgt, so daß die Integrität des Bündels ohne Schwierigkeit aufrechterhalten werden kann. Im Falle von Adams sorgen die kleinen Fadenzahlen in dem unverdichteten diskontinuierlichen Garn für geringe Reibungskohäsion. Es wird angenommen, daß eine vertikale Orientierung erforderlich ist, um an dem empfindlichen Garn angreifende, schwerkraftbedingte Seitenkräfte zu beseitigen, bevor das Garn durch die Verdichtung verfestigt wird.
Adams schlägt vor, das gesamte Streckreißen in einer Zone und etwaiges Strecken des Garns in der gleichen Zone durchzuführen. Eine derartige Mehrzweckzone macht die unabhängige Optimierung von Fertiggarnparametern schwierig oder unmöglich.
Minorikawa et al. haben unter Umständen ein Problem bei der Steuerung diskontinuierlicher Filamente, wie die Verwendung von Riemchenbändern zeigt. Diese mangelnde Steuerung und die Verwendung von Riemchenbändern können die Geschwindigkeit dieses Verfahrens auf die in seinen Beispielen offenbarte Geschwindigkeit begrenzen, die mit 200 m/min zu langsam für die großtechnische Produktion einer einzigen Feingarnlinie ist.
Es besteht ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Streckreißgarn, wobei die Betriebsparameter unabhängig optimiert werden können, wobei das Verfahren nicht auf den Betrieb in vertikaler Ausrichtung eingeschränkt ist, und wobei keine zu langen Filamente vorhanden sind, die sich von dem Filamentbündel trennen und in der Verarbeitungsanlage aufwickeln und die Fadenzahl in dem Garn begrenzen können. Es besteht ein Bedarf für ein Verfahren, das stabil und mit hoher Geschwindigkeit von mehr als 250 m/min arbeiten kann, um die Herstellung einer Garnlinie auf einmal direkt aus Kabel wirtschaftlich attraktiv zu machen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Anmelder haben ein Verfahren entwickelt, das Feingarn aus diskontinuierlichen Filamenten mit kürzeren Filamentlängen als 64 cm (25 Zoll), wodurch eine große Anzahl von Fadenenden pro Zoll entsteht, aus Zulaufgarn mit kontinuierlichen Filamenten erzeugt. Das neue Verfahren arbeitet mit Geschwindigkeiten, die eine Herstellung von Einzelgarnen kommerziell durchführbar machen. Die Produktionsgeschwindigkeiten sind viel höher als die von ringgesponnenen Stapelgarnen, die traditionell eine hohe Zahl von Fadenenden pro Zoll aufweisen. Das Verfahren ermöglicht den Betrieb entweder in vertikaler oder in horizontaler Orientierung ohne Lauffähigkeitsverlust. Das Verfahren ist an eine Vielzahl von Endlosfilamentgampolymeren und an die Vermischung ungleichartiger Endlosfilamentgarne anpassungsfähig. In bevorzugten Ausführungsformen nutzt das Verfahren mindestens zwei Reißzonen, um die bevorzugten Filamentlängen im fertigen Garnprodukt mit einer mittleren Filamentlänge von mehr als 15,24 cm (6,0 Zoll) zu erzielen, und das Geschwindigkeitsverhältnis D1 der ersten Reißzone und das Geschwindigkeitsverhältnis D2 der zweiten Reißzone sollten auf einem Niveau von mindestens 2,0 liegen. Außerdem ist eine Beziehung L2/L1 zwischen der Länge L2 der zweiten Reißzone und der Länge L1 der ersten Reißzone auf einen Bereich von 0,2 bis 0,6 eingeschränkt, um die gewünschten Gesamtfilamentlängen, die gewünschte Längenverteilung und eine gute Funktionsfähigkeit des Systems zu erreichen. Auf die Reißzonen folgt eine Verdichtungszone zur Verdichtung der diskontinuierlichen Filamente in dem Garn und zum Verwirbeln der Filamente durch verschiedene Mittel, um die Einheitlichkeit des Garns aufrechtzuerhalten. Das Verfahren beinhaltet Verbesserungen an Systemen mit einer oder mehreren Reißzonen.
Ein Merkmal des neuen Verfahrens beruht auf der Ansicht, daß es wichtig ist, im gesamten Reiß- und Streckprozeß für einige "doppelt eingespannte" Filamente zu sorgen. Doppelt eingespannte Filamente sind diejenigen, die lang genug sind, um den Abstand zwischen zwei Walzengruppen für jede Reiß- und Streckzone zu überspannen. Doppelt eingespannte Filamente bieten eine gewisse Unterstützung für die anderen Filamente, so daß sich ein guter Zusammenhalt des Filamentbündels in jeder Zone ergibt, der die Lauffähigkeit fördert, besonders bei der Herstellung feiner Garne mit wenigen Filamenten. Es besteht die Ansicht, daß die Anwendung niedriger Geschwindigkeitsverhältnisse in den Reißzonen zu längeren Filamenten führt, die als doppelt eingespannte Filamente dienen können, aber dies erfordert mehr Reißzonen, um ein hohes Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis zur Verbesserung der Produktivität zu erreichen. Es führt auch dazu, daß mehr Reißzonen erforderlich sind, um die Filamentlängen auf ein niedriges Niveau zu verringern, das für die Herstellung von Garnen mit einer großen Anzahl von Fadenenden wünschenswert ist. Es besteht die Ansicht, daß vorstehende Fadenenden dem Garn eine bessere Griffigkeit oder einen besseren "Griff" geben. Die Anmelder haben festgestellt, daß es eine bevorzugte Arbeitsweise zur Optimierung der Maschinenlauffähigkeit bei der Herstellung feiner Garne mit kürzeren Fasern zum Optimierung der Fadenenden pro Zoll gibt. Zur Verbesserung der Produktivität muß das Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis des Verfahrens hoch bleiben, und an der Zunahme des Geschwindigkeitsverhältnisses müssen bei gleichzeitiger Maximierung der Lauffähigkeit mindestens zwei Reißzonen beteiligt sein, was die Aufrechterhaltung eines bestimmten Mindestanteils an doppelt eingespannten Filamenten in jeder Zone erfordert. Die Anmelder haben festgestellt, daß zur Herstellung eines gewünschten Produkts bestimmte Prozeßparameter sorgfältig gesteuert werden müssen. Die Beziehung zwischen dem Geschwindigkeitsverhältnis D1 ≥ 2,0 der ersten Reißzone und dem Geschwindigkeitsverhältnis D2 ≥ 2,0 der zweiten Reißzone sollte außerdem vorzugsweise der folgenden Bedingung genügen: (D2 – 1)/(D1 – 1) ≥ 0,15
Stärker bervorzugt sollte die Beziehung der folgenden Bedingung genügen: 2,5 ≥ (D2 – 1)/(D1 – 1) ≥ 0,15.
In einer noch stärker bevorzugten Ausführungsform ist außerdem die Zonenlänge der zweiten Zone kleiner oder gleich dem 0,4-fachen der ersten Zonenlänge.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine getrennte Zone in erster Linie zum Strecken der bereits gerissenen Filamente ohne weiteres Streckreißen vorgesehen.
In weiteren Ausführungsformen wird außerdem eine Streckzone zum Strecken der Faser ohne Streckreißen der Filamente genutzt, in eine Streckzone die den Reißzonen vorausgeht und die die Faser mit oder ohne Hitzeeinwirkung strecken kann. Außerdem wird eine Temperzone genutzt, wenn dies gewünscht wird, um die Fasern zu erhitzen und Produktmerkmale zu steuern, wie z. B. die Schrumpfung. Eine Temperzone ist besonders häufig Teil der Streckzone, kann aber an verschiedenen Stellen im Verfahren eingesetzt werden.
Das Verfahren erzeugt neuartige Produkte, indem es Gelegenheit zum Einbringen verschiedener Fasern in das Verfahren auf eine bisher nicht offenbarte Weise bietet, um eine große Kollektion von Streckreißgarnen herzustellen. Zum Beispiel können bei einer Vielzahl unterschiedlicher Zonen, die in dem Verfahren verwendet werden, zusätzliche Fasern an verschiedenen Stellen im Verfahren eingeführt werden, um ungewöhnliche und neuartige Ergebnisse zu erzielen. Typisch für solche Produkte sind diejenigen, die kontinuierliche Filamentgarne mit diskontinuierlichen Filamentgarnen mischen, indem die kontinuierlichen Filamentgarne an einer Stelle in Flußrichtung hinter den Reiß- und Streckzonen und vor der einen oder den mehreren Verdichtungszonen eingeführt werden. Andere Produkte verwenden Polymermaterialien mit Eigenschaften, die nicht zur Verwendung in einem Reißverfahren vorgesehen sind, besonders in einem Verfahren der Anmelder mit außergewöhnlichen Arbeitsweisen. Zu diesen Produkten gehören die folgenden:

– ein Garn mit verdichteter Chemiefaser aus diskontinuierlichen Filamenten unterschiedlicher Länge, wobei die Filamente in Längsrichtung des Garns verwirbelt werden, um die Einheitlichkeit des Garns aufrechtzuerhalten, wobei die mittlere Länge, avg, der Filamente größer als 15,24 cm (6 Zoll) ist und die Faser eine Filamentlängenverteilung aufweist, die durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß 5% bis weniger als 15% der Filamente eine Länge aufweisen, die größer als 1,5 avg ist.
– ein Garn mit verdichteter Chemiefaser aus diskontinuierlichen Filamenten unterschiedlicher Länge, wobei die Filamente in Längsrichtung des Garns verwirbelt werden, um die Einheitlichkeit der Garns aufrechtzuerhalten, wobei die mittlere Länge der Filamente größer als 15,24 cm (6 Zoll) ist, und wobei die Faser kontinuierliche Filamente enthält, die mit den diskontinuierlichen Filamenten in Längsrichtung des Garns verwirbelt werden, wobei die kontinuierlichen Filamente eine Reißdehnung von weniger als 10% aufweisen.
– ein Garn mit verdichteter Chemiefaser aus diskontinuierlichen Filamenten unterschiedlicher Länge, wobei die Filamente in Längsrichtung des Garns verwirbelt werden, um die Einleitlichkeit des Garns aufrechtzuerhalten, wobei die mittlere Länge der Filamente größer als 15,24 cm (6 Zoll) ist, und wobei die Faser kontinuierliche Filamente enthält, die mit den diskontinuierlichen Filamenten in Längsrichtung des Garns verwirbelt werden, wobei die kontinuierlichen Filamente elastische Filamente mit einer Reißdehnung von mehr als etwa 100% und einer elastischen Erholung von mindestens 30% nach einer Dehnung um 50% aufweisen.
– ein Garn mit verdichteter Chemiefaser aus diskontinuierlichen Filamenten unterschiedlicher Länge, wobei die Filamente in Längsrichtung des Garns verwirbelt werden, um die Einheitlichkeit des Garns aufrechtzuerhalten, wobei die mittlere Länge der Filamente größer als 15,24 cm (6 Zoll) ist, wobei mindestens 1% der diskontinuierlichen Filamente in dem Garn nach Denier eine Faser mit einem Reibungskoeffizienten zwischen Filamenten von 0,1 oder weniger aufweisen. Vorzugsweise ist die Komponente mit niedriger Reibung ein Fluorpolymer.
– ein Garn mit verdichteter Chemiefaser aus diskontinuierlichen Filamenten unterschiedlicher Länge, wobei die Filamente in Längsrichtung des Garns verwirbelt werden, um die Einheitlichkeit des Garns aufrechtzuerhalten, wobei die mittlere Länge, avg, der Filamente größer als 15,24 cm (6 Zoll) ist und die Faser eine Filamentlängenverteilung aufweist, die durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß 5% bis weniger als 15% der Filamente eine Länge von mehr als 1,5 avg aufweisen, und wobei der Filamentquerschnitt eine Breite und mehrere dicke Abschnitte aufweist, die innerhalb der Filamentbreite durch dünne Abschnitte verbunden sind, und wobei die dünnen Abschnitte an den Enden der diskontinuierlichen Filamente durchtrennt werden, so daß die dicken Abschnitte über eine Länge von mindestens etwa 3 Filamentbreiten aufgetrennt werden, um dadurch gespaltene Filamentenden zu formen.
– ein Garn mit verdichteter Chemiefaser aus diskontinuierlichen Filamenten unterschiedlicher Länge, wobei die Filamente in Längsrichtung des Garns verwirbelt werden, um die Einheitlichkeit des Garns aufrechtzuerhalten, wobei die mittlere Länge, avg, der Filamente größer als 15,24 cm (6 Zoll) ist und die Faser eine Filamentlängenverteilung aufweist, die durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß 5% bis weniger als 15% der Filamente eine Länge von mehr als 1,5 avg aufweisen, und wobei die Faser in dem Garn zwei Fasern aufweist, die optisch ausgeprägte, mit dem bloßem Auge erkennbare Unterschiede aufweisen. Vorzugsweise sind die Unterschiede ein Farbunterschied, wobei die Farben der Fasern neutrale Farben mit einer Helligkeit von mehr als 90% ausschließen, und wobei die Faserfarben eine Farbdifferenz von mindestens 2,0 CIELAB-Einheiten aufweisen, wobei Helligkeit und Farbdifferenz nach dem Standard E-284 des ASTM-Committee E12 gemessen werden, um ein mehrfarbiges Garn zu bilden.
– ein Garn mit verdichteter Chemiefaser aus diskontinuierlichen Filamenten unterschiedlicher Länge, wobei die Filamente in Längsrichtung des Garns verwirbelt werden, um die Einheitlichkeit des Garns aufrechtzuerhalten, wobei die mittlere Länge, avg, der Filamente größer als 15,24 cm (6 Zoll) ist, und wobei mindestens 1% der diskontinuierlichen Filamente in dem Garn nach Denier eine Faser aufweisen, die Filamente mit einer latenten Elastizität von 30% oder mehr aufweist. Vorzugsweise ist die Faser ein Bikomponentengarn mit einer ersten Komponente aus 2GT-Polyester und einer zweiten Komponente aus 3GT-Polyester. Für die Herstellung einiger von den gerade diskutierten Produkten werden unterschiedliche Verfahren offenbart. Andere Verfahren werden für die Umrüstung einer herkömmlichen Stapelfaserspinnmaschine in eine Maschine für die Herstellung von Zulauffaser für eine Streckreißmaschine offenbart. Die Verfahren beinhalten die Durchführung des Betriebs der Spinnmaschine, das Spinnen von mindestens 500 Fasern in einer Spinnposition zur gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl von Produkten mit einer Einzellosgröße von etwa 9,07 bis 90,7 kg (20 bis 200 lb), die in einem Behälter aufgefangen werden, wobei die Losgröße kleiner als ein Los des einzigen groben Kabelprodukts ist; und die Bereitstellung mindestens einer Spinnposition mit einer Einrichtung zum Auffangen von Kabel von der mindestens einen Spinnposition in einem Behälter bei der Herstellung eines feinen Kabelprodukts.

Es werden verschiedene Verbesserungen an herkömmlichen Streckreißverfahren offenbart, zu denen gehören:

Raffen der losen Filamentenden in der Reißzone und angrenzend an die Austrittsklemmwalzen und Führen der Filamentenden zum Faserkern hin, so daß die losen Enden in allen Richtungen um den Kern herum auf einen Abstand von der Kernmitte beschränkt werden, der nicht größer ist als der Abstand der Kernmitte vom jeweiligen Ende der Austrittsklemmwalzen für die Reißzone, um das Aufwickeln der losen Enden auf die Austrittsklemmwalzen zu minimieren.
– Gefaltete Anordnung der Faserwege durch die Funktionszonen in einem Streckreißverfahren„ so daß, wenn ein Wegvektor in einer ersten Funktionszone Ende an Ende mit einem Wegvektor in einer nächstfolgenden Funktionszone angeordnet wird, ein eingeschlossener Winkel zwischen 45° und 180° definiert wird, woraus sich eine kompakte Aufstellungsfläche für das Verfahren ergibt.
– Anordnen des Weges der diskontinuierlichen Filamentfaser am Ausgang der ersten Reißzone und am Eingang und Ausgang der zweiten Reißzone, um die Faser zunächst mit einer elektrisch leitenden Klemmwalze in Kontakt zu bringen, bevor sie mit einer elektrisch nichtleitenden Klemmwalze in Kontakt gebracht wird, um die Faser von einer elektrisch nichtleitenden Klemmwalze nur so zu trennen, daß die Faser zuerst von der elektrisch nichtleitenden Klemmwalze getrennt wird, bevor sie von einer elektrisch leitenden Klemmwalze getrennt wird, um dadurch eine statische Aufladung in der Faser bei ihrem Durchlauf durch die Klemmwalzen zu minimieren.

Weitere Varianten des Verfahrens und der dadurch erzeugten Produkte sind für den Fachmann der Faserverarbeitung aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der nachstehenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich. Dabei zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Fertigungslinie, die eine erste und eine zweite Reißzone und eine Verdichtungszone aufweist;
1A eine vergrößerte Darstellung einer Walzengruppe, wo der Faserweg ein "Omega"-Weg ist, der bei einer Faser von hoher Festigkeit oder einer Faser mit niedrigem Reibungskoeffizienten besonders nützlich ist;
2 eine schematische perspektivische Ansicht von Filamentenden und doppelt eingespannten Filamenten in einer Faser, die gerade zwischen zwei Walzengruppen gerissen wird;
3 ein Diagramm eines Faserverhältnisses von doppelt eingespannten Fasern in Abhängigkeit vom Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis für zwei Fälle von Streckreißen von Fasern unter Verwendung eines Simulationsmodells;
4 ein Diagramm eines Faserverhälmisses von doppelt eingespannten Fasern in Abhängigkeit von einem Geschwindigkeitsverhältnis für einen einzigen Fall von zwei Reißzonen für Streckreißfasern unter Verwendung eines Simulationsmodells;
5 ein Empfindlichkeitsdiagramm der Information von 4 mit Berücksichtigung von Veränderungen der Faserreißdehnung e_b;
6 ein Empfindlichkeitsdiagramm der Information von 4 mit Berücksichtigung von Veränderungen der Länge der Reißzone 2 im Vergleich zur Länge der Zone 1;
7 ein Empfindlichkeitsdiagramm der Information von 4 unter Berücksichtigung von Veränderungen des Gesamtgeschwindigkeitsverhältnisses für die beiden Reißzonen;
8 eine schematische Seitenansicht einer Fertigungslinie, die eine Streckzone, eine erste und eine zweite Reißzone und eine Verdichtungszone aufweist, wobei die Streckzone auch als Temperzone funktionieren kann;
9 eine schematische Seitenansicht einer Fertigungslinie, die eine Streckzone, eine erste und eine zweite Reißzone, eine Streckzone und eine Verdichtungszone aufweist.
10 die Kurven von 4, wobei die linke vertikale Achse gedehnt und eine rechte vertikale Achse hinzugefügt worden ist, um die Kurven von 4 mit einigen realen Testdaten zu vergleichen;
10A ein Datendiagramm eines entworfenen Funktionsfähigkeitstests für verschiedene Werte von D1 und D2 zur Erfassung optimaler Daten für das Diagramm von 10.
11 eine schematische Seitenansicht einer Maschine zur praktischen Durchführung des Verfahrens gemäß den 1, 8 und 9 und dessen Varianten;
12 eine perspektivische Ansicht einer Verwirbelungsdüse gemäß 11 zum Verwirbeln von losen Filamenten um die Faser herum;
13 eine schematische Darstellung einer Fadenlegevorrichtung (Piddling) zum Ablegen (Piddlen) von Zulauffaser durch einen Faserverteilungsrotor in einen schwingenden Behälter;
14 eine Schnittansicht des Rotors von 13;
15 ein Diagramm der Filamentlängenverteilung für einen realen Garntest und von einer Simulation dieses Tests;
16 und 17 eine Simulation von zwei Vergleichsbeispielen unter Verwendung nur einer Reißzone und die resultierende Faserverteilung, die außerhalb der Grenzwerte der Erfindung liegt;
18 und 19 Simulationen von anderen Betriebsbedingungen und die resultierende Faserverteilung, die innerhalb der Grenzwerte der Erfindung liegt;
20 das Verfahrensschema von 9, wobei eine zusätzliche Zulauffaser am Zulaufende der Verdichtungszone eingeführt wird;
21 das Verfahrensschema von 9, wobei eine zusätzliche Zulauffaser am Zulaufende der ersten Reißzone eingeführt wird;
22 das Verfahrensschema von 9, wobei eine erste zusätzliche Zulauffaser am Zulaufende der ersten Reißzone eingeführt wird und eine zweite zusätzliche Zulauffaser am Zulaufende der Verdichtungszone eingeführt wird;
23 eine schematische Seitenansicht der Fertigungslinie von 9, die eine Temperzone hinter der Verdichtungszone aufweist;
24 eine Mikrofotografie eines gerissenen Filaments mit gespaltenen Enden;
25 einen Querschnitt des Filaments von 24;
26 eine perspektivische Ansicht einer Verwirbelungsdüse zur Verdichtung der Faser;
27 einen Schnitt 26-26 durch die Düse von 26;
28 ein pneumatisches Torsionselement zum Verdichten der Faser, wobei die linke Hälfte der Zeichnung eine Schnittansicht entlang dem Faserweg und die rechte Hälfte eine Draufsicht darstellt;
29 eine isometrische Darstellung einer Stapelfaserspinnmaschine zur Herstellung von grobem Kabelprodukt, das einem herkömmlichen Stapelgarnverfahren zugeführt wird;
30 eine isometrische Darstellung einer Stapelfaserspinnmaschine, die modifiziert wurde, um sowohl feines als auch grobes Kabelprodukt zu liefern;
31 eine isometrische Darstellung einer Stapelfaserspinnmaschine, die modifiziert wurde, um feines Kabelprodukt aus Einzelpositionen zu liefern, das einem Streckreißgarnverfahren zugeführt wird;
32 eine schematische Darstellung einer Fertigungslinie mit einem gefalteten Weg, der Aufstellungsfläche spart;
33A, B und C schematische Darstellungen von Funktionszonen-Wegvektoren für die Zonen von 32;
34A und 34B Schnittansichten eines Trogs, der lose Filamentenden zum Faserkern hin sammelt, bevor die Faser eine Klemmwalze durchläuft;
35 ein typisches Diagramm der Garnfestigkeit in Abhängigkeit vom Abstand zwischen zwei Düsen einer Verdichtungsvorrichtung für unterschiedliche mittlere Filamentlängen.
Die vorliegende Erfindung wird zwar in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, aber es versteht sich, daß nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf diese Ausführungsform zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt, alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente einzuschließen, die unter Umständen im Grundgedanken und Umfang der Erfindung enthalten sind, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 ein Schema eines bevorzugten Streckreißverfahrens für eine Faser 30 zur Bildung eines Garns 32 unter Verwendung mindestens einer ersten Reißzone 34 und einer zweiten Reißzone 36 sowie einer Verdichtungszone 38. Die Faser 30, die mehrere Fasern 30a, 30b und 30c aufweisen kann, wird dem Verfahren an einem Zulaufende 40 des Verfahrens durch eine erste Walzengruppe 42 zugeführt, die Walzen 44, 46 und 48 aufweist. Die Walze 46 wird mit vorgegebener Geschwindigkeit durch eine herkömmliche Motor-Getriebe-Einheit und eine Steuerung (nicht dargestellt) angetrieben, und die Walzen 44 und 48 werden durch ihren Kontakt mit der Walze 46 angetrieben. Die Faser 30 wird einer zweiten Walzengruppe 50 zugeführt, wodurch die erste Reißzone 34 zwischen den Walzengruppen 42 und 50 definiert wird. Die Walzengruppe 50 weist eine Walze 52, eine Walze 54 und eine Walze 56 auf. Die Walze 54 wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch eine herkömmliche Motor-Getriebe-Einheit und eine Steuerung (nicht dargestellt) angetrieben, und die Walzen 52 und 56 werden durch ihren Kontakt mit der Walze 54 angetrieben. Die erste Reißzone 34 hat eine Länge L1 zwischen dem Klemmspalt der Walze 46 und der Walze 48, der auf der Linie 58 zwischen ihren Mittelpunkten liegt, und dem Klemmspalt der Walzen 52 und 54, der auf der Linie 60 zwischen ihren Mittelpunkten liegt. Die Fasergeschwindigkeit wird innerhalb der ersten Reißzone 34 erhöht, indem die Faser durch die Walzengruppe 42 mit einer ersten Geschwindigkeit S1 und durch die Walzengruppe 50 mit einer zweiten Geschwindigkeit S2 angetrieben wird, die höher ist als die Geschwindigkeit S1. Durch Vergleich der Fasergeschwindigkeiten an den beiden Walzengruppen 42 und 50 wird ein ersten Geschwindigkeitsverhältnis D1 = S2/S1 definiert. Zwischen der Walze und der Faser sollte keinerlei Rutschen auftreten, und daher sind die Fasergeschwindigkeit und die Walzenoberflächengeschwindigkeit an der getriebenen Walze 46 gleich, und die Fasergeschwindigkeit und die Walzenoberflächengeschwindigkeit an der getriebenen Walze 54 sind gleich. Erhöhen der Fasergeschwindigkeit innerhalb der ersten Reißzone 34 führt dazu, daß Filamente in der Faser, die länger als die Länge L1 sind, gestreckt werden, bis die Reißdehnung der Faser überschritten wird und die durch beide Walzengruppen eingespannten Filamente zerrissen werden. In der ersten Zone sollte zum Streckreißen der Filamente das Geschwindigkeitsverhältnis D1 so beschaffen sein, daß die maximale Dehnung der Filamente die Reißdehnung der Faser übersteigt, was eine bekannte Bedingung für das Streckreißen von Fasern ist. Wenn die dem Prozeß zugeführte Faser eine Faser ist, die ganz aus kontinuierlichen Filamenten besteht, und die obigen Bedingungen für das Streckreißen von Filamenten erfüllt sind, dann werden alle Filamente in der ersten Reißzone gerissen. Nach dem Streckreißen der kontinuierlichen Filamente kann die jetzt diskontinuierliche Filamentfaser gleichfalls in der ersten Reißzone 34 gestreckt werden, um den Denier der Faser zu verringern, während die Geschwindigkeit der Faser zunimmt, bis sie die Geschwindigkeit S2 der Walzengruppe 50 erreicht.
Die Faser 30 wird einer dritten Walzengruppe 62 zugeführt, wodurch die zweite Reißzone 36 zwischen den Walzengruppen 50 und 62 definiert wird. Die Walzengruppe 62 weist die Walze 64, die Walze 66 und die Walze 68 auf. Die Walze 66 wird mit vorgegebener Geschwindigkeit durch eine herkömmliche Motor-Getriebe-Einheit und eine Steuerung (nicht dargestellt) angetrieben, und die Walzen 64 und 68 werden durch ihren Kontakt mit der Walze 66 angetrieben. Die zweite Reißzone 36 hat eine Länge L2 zwischen dem Klemmspalt der Walze 54 und der Walze 56, der auf der Linie 70 zwischen ihren Mittelpunkten liegt, und dem Klemmspalt der Walzen 64 und 66, der auf der Linie 72 zwischen ihren Mittelpunkten liegt. Die Fasergeschwindigkeit wird innerhalb der zweiten Reißzone 36 erhöht, indem die Faser durch die Walzengruppe 50 mit einer zweiten Geschwindigkeit S2 und durch die Walzengruppe 62 mit einer dritten Geschwindigkeit S3 angetrieben wird, die höher ist als die Geschwindigkeit S2. Durch Vergleich der Fasergeschwindigkeiten an den beiden Walzengruppen 50 und 62 wird ein Geschwindigkeitsverhältnis D2 = S3/S2 definiert. Zwischen der Walze und der Faser sollte keinerlei Rutschen auftreten; daher sind die Fasergeschwindigkeit und die Walzenoberflächengeschwindigkeit an der getriebenen Rolle 54 gleich, und die Fasergeschwindigkeit und die Walzenoberflächengeschwindigkeit an der getriebenen Rolle 66 sind gleich. Der Anstieg der Fasergeschwindigkeit innerhalb der zweiten Reißzone 36 bewirkt, daß die meisten Filamente in der Faser, die länger als die Länge L2 sind, gestreckt werden, bis die Reißdehnung der Faser überschritten wird und die meisten Filamente, die durch beide Walzengruppen eingespannt sind (doppelt eingespannte Filamente) Streckreißen. In der zweiten Zone sollte zum Streckreißen der Filamente das Geschwindigkeitsverhältnis D2 so beschaffen sein, daß die maximale Dehnung der doppelt eingespannten Filamente die Reißdehnung der Faser überschreitet, was eine bekannte Bedingung für das Streckreißen von Fasern mit diskontinuierlichen Filamenten ist. Die Faser mit diskontinuierlichen Filamenten kann auch in der zweiten Reißzone 36 gestreckt werden, um den Denier der Faser zu verringern, während die Geschwindigkeit der Faser weiter zunimmt, bis sie die Geschwindigkeit S3 der Walzengruppe 62 erreicht.
Die Faser 30 wird einer vierten Walzengruppe 74 zugeführt, wodurch die Verdichtungszone 38 zwischen den Walzengruppen 62 und 74 definiert wird. Die Walzengruppe 74 weist eine Walze 76 und eine Walze 78 auf. Die Walze 76 wird mit vorgegebener Geschwindigkeit durch eine herkömmliche Motor-Getriebe-Einheit und eine Steuerung (nicht dargestellt) angetrieben, und die Walze 78 wird durch ihren Kontakt mit der Walze 76 angetrieben. Die Verdichtungszone 38 hat eine Länge L3 zwischen dem Klemmspalt der Walze 66 und der Walze 68, der auf der Linie 80 zwischen ihren Mittelpunkten liegt, und dem Klemmspalt der Walzen 76 und 78, der auf der Linie 82 zwischen ihren Mittelpunkten liegt. Die Verdichtungszone enthält bestimmte Verdichtungseinrichtungen, wie z. B. eine zwischen den Walzengruppen 62 und 74 dargestellte Verwirbelungsdüse 83. Die Fasergeschwindigkeit kann innerhalb der Verdichtungszone 38 leicht verringert werden, indem die Faser durch die Walzengruppe 62 mit der dritten Geschwindigkeit S3 angetrieben wird und durch die Walzengruppe 74 mit einer vierten, niedrigeren Geschwindigkeit S4 angetrieben wird. Durch Vergleich der Fasergeschwindigkeiten an den beiden Walzengruppen 62 und 74 wird ein Geschwindigkeitsverhältnis D3 = S4/S3 definiert. Zwischen der Walze und der Faser sollte keinerlei Rutschen auftreten; daher sind die Fasergeschwindigkeit und die Walzenoberflächengeschwindigkeit an der getriebenen Walze 66 gleich, und die Fasergeschwindigkeit und die Walzenoberflächengeschwindigkeit an der getriebenen Walze 76 sind gleich. Die Verwirbelungsdüse verbindet die Filamente, indem sie sie miteinander verwirrt, um ein Stapelgarn zu bilden, und dabei kann sie bei der Bildung des Stapelgarns die Filamentlänge leicht verkürzen, wodurch die verminderte Geschwindigkeit in dieser besonderen Verdichtungszone erklärt wird. In bestimmten Fällen kann es erwünscht sein, die Fasergeschwindigkeit innerhalb der Verdichtungszone 38 zu erhöhen, indem die Faser durch die Walzengruppe 62 mit der dritten Geschwindigkeit S3 und durch die Walzengruppe 74 mit einer vierten Geschwindigkeit S4 angetrieben wird, die höher ist als die Geschwindigkeit S3. In diesem Fall würde innerhalb der Verdichtungszone 38 ein gewisses Strecken auftreten, während die Fasergeschwindigkeit weiter zunimmt, bis sie die Geschwindigkeit S4 der Walzengruppe 74 erreicht.
Wie weiterhin aus 1 erkennbar, sind die Walzengruppen 42, 50 und 62 als drei Walzengruppen dargestellt, wobei die Faser die Walzengruppen im wesentlichen "geradlinig" durchläuft und sich dabei ein wenig auf die Walzen aufwickelt. Dies ist häufig eine einfache, wirksame Möglichkeit, für ein gutes Einspannen der Faser zu sorgen und einen einfachen Fasereinfädelungsweg für das Verfahren zu erhalten. Es besteht die Ansicht, daß es wichtig ist, die statische Aufladung an den Fasern zu regulieren, während sie in den Reißzonen 34 und 36 gerissen werden. Von der Faseroberfläche gehen gewöhnlich freie Faserenden aus, die durch das Streckreißen der Filamente entstehen, und werden durch statische Kräfte abgestoßen, während die Filamente aufeinander gleiten. Diese abstehenden, statisch aufgeladenen freien Enden wickeln sich leicht auf die Klemmwalzen auf, besonders in den Walzengruppen 50 und 62, und verursachen dadurch Maschinenstillstände. Es besteht die Ansicht, daß es nützlich ist, die Fasern mit einer elektrisch leitenden Walzenoberfläche in Kontakt zu bringen, um die statische Aufladung abzuleiten. Dies kann erfolgen, indem man mindestens eine der Klemmwalzen, welche die unverdichtete diskontinuierliche Faser einspannen, mit einer metallischen leitfähigen Oberfläche ausführt, z. B. die Walzen 44, 48, 52, 56, 64 und 68. Die Walze 76 kann gleichfalls eine leitfähige Oberfläche aufweisen, aber dies ist nicht so wichtig, da die freien Enden beim Durchgang durch diesen Klemmspalt mit dem Faserkern verdichtet werden. Ebenso braucht die Walze 44 unter Umständen nicht metallisch zu sein, da die Faser an diesem Punkt noch ein Bündel von Endlosfilamenten ist und keine freien Enden vorhanden sind. An der Walze 48 können wegen des in der Reißzone 34 erfolgenden dynamischen Filamentreißvorgangs einige freie Enden vorhanden sein, so daß eine Walze 48 mit leitfähiger Oberfläche vorteilhaft sein kann. Im Fall der Walzengruppe 50 weisen die Walzen 52 und 56 metallische Oberflächen auf, die mit einer nichtleitenden, elastischen Elastomerfläche auf der Walze 54 in Kontakt sind. Beim Inkontaktbringen mit einer Walzengruppe, wie z. B. 50, ist es ferner wichtig, den Weg der Faser mit diskontinuierlichen Filamenten am Eintritt und Austritt der Walzengruppe so anzuordnen, daß die Faser zuerst mit einer elektrisch leitenden Klemmwalze in Kontakt gebracht wird, bevor sie mit einer nichtleitenden Klemmwalze in Kontakt gebracht wird, und daß die Faser von einer nichtleitenden Klemmwalze nur getrennt wird, indem die Faser zuerst von der elektrisch nichtleitenden Klemmwalze getrennt wird, bevor sie von einer elektrisch leitenden Klemmwalze getrennt wird, um dadurch die statische Aufladung in der Faser bei ihrem Durchgang durch die Klemmwalzen zu minimieren. Mit anderen Worten, die erste Oberfläche, mit der die in eine Klemmwalzengruppe eintretende Faser in Kontakt kommt, sollte eine leitfähige Oberfläche sein, und die letzte Oberfläche, mit der die aus einer Klemmwalzengruppe austretende Faser in Kontakt ist, sollte eine leitfähige Oberfläche sein. Wenn die Faser statt dessen von der Elastomeroberfläche der Walze 54 abgelöst würde, nachdem sie die Metallwalze 56 verlassen hat, dann würde bei der Trennung von Faser und Elastomer eine statische Aufladung erzeugt werden, die nicht ohne weiteres abgeleitet würde, da die Faser selbst elektrisch nichtleitend ist. Dementsprechend sind die Walzen 52 und 56 schräg um den Mittelpunkt der Walze 54 herum angeordnet, so daß ein Umschlingungswinkel 51 von etwa 5° oder mehr an der Walze 52 auftritt, bevor die Faser in Kontakt mit der Walze 54 kommt, während ein Umschlingungswinkel 53 von etwa 5° oder mehr an der Walze 56 auftritt, nachdem sich die Faser von der Walze 54 trennt. Diese Situation wiederholt sich für die Walzengruppe 62.
Da viele Walzenwickel anscheinend beim Austritt der Faser aus einem Klemmspalt zwischen Walzen auftreten, besteht die Ansicht, daß es gleichfalls wichtig ist, die Faser in Kontakt mit einer starren Klemmwalze zu halten, wie z. B. einer metallischen Klemmwalze, da die Faser eine elastische Elastomerklemmwalze ungeachtet dessen verläßt, ob die Walzen mit starrer oder elastischer Oberfläche leitfähig oder nichtleitfähig sind. Auf diese Weise kann die Faser, wenn sie leicht in die elastische Oberfläche der Elastomerwalze eingebettet wird, von der elastischen Oberfläche "abgelöst" werden, indem sie der starren Oberfläche der gegenüberliegenden Klemmwalze folgt, während sich die Faser ein wenig auf die starre Walze aufwickelt. Die oben diskutierten Umschlingungswinkel um die Walzen mit Metalloberfläche würden diesen Zweck erfüllen. Es besteht die Ansicht, daß dadurch die Wickelbildung an Walzen minimiert wird. Wenn die starre Walzenoberfläche elektrisch leitend ist, ist dies ein weiterer Vorteil, wie oben erwähnt.
1A zeigt unter Bezugnahme auf die Walzengruppe 42 eine weitere Möglichkeit zum Einfädeln in die Walzengruppen, die als "Omega"-Schlinge bezeichnet wird. In dieser Alternative wird die Faser unter der Walze 44 statt darüber eingeführt und dann um die Walze 44, die Walze 46 gewickelt und unter der Walze 48 durchgeführt. Dies vergrößert den Oberflächenkontakt zwischen der Faser und den Walzen 44, 46 und 48 erheblich. Dies ist ein brauchbares Verfahren, wenn die Faser einen guten Reibungseingriff mit dem Walzensatz erfordert, um ein Rutschen der Faser über die Walzengruppe zu vermeiden. Bedingungen, unter denen dies erforderlich ist, können vorliegen, wenn die Faser eine hochfeste Faser ist und eine große Reißkraft durch die Walzengruppen entwickelt werden muß, oder wenn die Faser einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten zwischen Filamenten in der Faser und zwischen Faser und Walzenoberfläche aufweist. Fluorpolymerfaser, deren statischer Reibungskoeffizient zwischen Filamenten kleiner oder gleich etwa 0,1 ist, wäre eine solche Faser, die bei ihrer Verarbeitung durch Streckreißen von einer "Omega"-Schlinge profitieren würde. Bei dieser Omega-Schlinge hat die Walze 48 eine leitfähige Oberfläche und weist einen großen Umschlingungswinkel 55 von mehr als 90° mit der Faser auf, nachdem sich diese von der Walze 46 getrennt hat, die eine nichtleitende Elastomeroberfläche aufweist. Dadurch wird die statische Aufladung, die bei der Trennung der Faser von der Elastomeroberfläche entsteht, wirksam abgeleitet, wie oben diskutiert.
Überall in der Industrie werden dem Begriff "Faser" die verschiedensten Bedeutungen zugeschrieben. Für Zwecke der vorliegenden Patentbeschreibung bedeutet der Begriff "Faser" ein langgestrecktes textiles Material mit einem oder mehreren Enden oder Bündel aus gleichem oder unterschiedlichem Material mit mehreren Filamenten, die diskontinuierlich oder kontinuierlich sein können und unverdichtet sind, wodurch zwischen den Filamenten eine erhebliche Beweglichkeit erhalten bleibt. Filamente sind einzelne Einheiten aus kontinuierlichem oder diskontinuierlichem (d. h. endlich langem) Material. Der Begriff "Garn" oder "Stapelfasergarn" bedeutet ein langgestrecktes textiles Material, das eine verdichtete Faser aufweist, die diskontinuierliche Filamente enthält, wobei die verdichtete Faser eine erhebliche Zugfestigkeit und Einheitlichkeit in Längsrichtung des Garns aufweist und Filamentbeweglichkeit vorhanden, aber begrenzt ist. Kontinuierliche Filamente können auch in dem Garn oder Stapelfasergarn vorhanden sein.
Die Zulauffaser für den oben beschriebenen Prozeß kann von einer Faserkreuzspule herrühren oder aus einem Behälter mit gelegter Faser herkommen, aus dem die Faser frei entnommen werden kann, wie weiter unten diskutiert wird. Das verdichtete Garn kann für den Transport zu einem anderen Prozeß oder zum Versand zu einer Spule gewickelt oder in einem Behälter abgelegt werden oder zur Weiterverarbeitung zu anderen Maschinenelementen weitergeleitet werden.
Die Begriffe "Reißzone" und "Reißen der Filamente" beziehen sich auf die Geschwindigkeitserhöhung der Faser, die kontinuierliche oder diskontinuierliche Filamente aufweist, in einer Zone für den Hauptzweck, Fasern so zu Streckreißen, daß mehr als 20% und vorzugsweise mehr als 40% der Filamente gerissen werden. Wenn der Reißzone kontinuierliche Filamente oder diskontinuierliche Filamente zugeführt werden, die länger sind als die Reißzone, dann werden 100% der Filamente gerissen. "Reißzone" und "Reißen der Filamente" kann auch das Schneiden oder Schwächen aller oder eines Teils der kontinuierlichen oder langen diskontinuierlichen Filamente einschließen, wie z. B. bei einer Schneidekonvertervorrichtung oder einer Reißstabvorrichtung (wie in US-A-2721440 von New oder in US-A-4547933 von Lauterbach beschrieben), wodurch die an den Klemmwalzen angreifenden Reißkräfte verringert werden und die Zufälligkeit der Reißposition der Filamente in der Faser ein wenig gesteuert wird.
"Erste Reißzone" und "zweite Reißzone" bedeuten zwei getrennte Reißzonen, wobei die zweite bei der Fortbewegung der Faser durch die beiden Reißzonen hinter der ersten auftritt. Vorgesehen ist, daß die zweite Reißzone nicht die nächste nach der ersten Reißzone zu sein braucht und die erste Reißzone nicht die erste Zone in einem Verfahren zu sein braucht. Die in die erste Reißzone eintretende Faser kann eine Faser mit kontinuierlichen Filamenten, eine Faser mit langen diskontinuierlichen Filamenten, die in der ersten Reißzone zu Streckreißen sind, oder eine Kombination aus einer Faser mit kontinuierlichen und diskontinuierlichen Filamenten sein. Vorgesehen ist, daß die Verdichtung eine Verbindung der Filamente in der Faser durch irgendwelche Verdichtungsmittel einschließt, wie z. B. eine einzelne Fluiddüse, mehrere Fluiddüsen, eine Echtzwirnungsvorrichtung, eine Wechselfaden- bzw. Mischzwirnungsvorrichtung, einen Bindemittelapplikator oder dergleichen, eine Umspinnvorrichtung usw.
Um ein praktisches Streckreißen der Faser in einer einzigen Reißzone zu erreichen, ist bekannt, daß die Reißspannung einer Faser mit zunehmendem Geschwindigkeitsverhältnis zum Streckreißen der Fasern abnimmt. Bei einem sehr niedrigen Geschwindigkeitsverhältnis von weniger als zwei nimmt die Spannung schnell zu, und es wird angenommen, daß die Spannung bei ihrem Anstieg die Faser so verdichtet, daß die Reibung zwischen benachbarten Filamenten zunimmt und das Streckreißen einzelner Filamente schwieriger wird. Als Ergebnis erhöht sich die Spannung und wird sehr ungleichmäßig, was zu Bedienbarkeitsproblemen und zum Streckreißen der gesamten Faser statt des statistischen Streckreißens von Einzelfilamenten führt. Aus diesem Grund wird ein Betrieb jeder Reißzone mit einem Geschwindigkeitsverhältnis von mindestens 2,0 gewünscht. Dies ist auch für Produktdurchsatzleistungen vorteilhaft. Außerdem wird die Bereitstellung einer großen Zahl von Filamentenden in dem verdichteten Garn gewünscht. Dies kann erfolgen, indem die Zonenlänge der zweiten Reißzone erheblich kürzer als die erste Reißzone ausgelegt wird, um die Filamente in der Faser zu kürzen und mehr Filamentenden pro Zoll verdichtetes Garn zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Länge der zweiten Reißzone L2 kleiner oder gleich dem 0,6-fachen der ersten Zonenlänge L1. In einer stärker bevorzugten Ausführungsform wird gewünscht, daß die zweite Länge L2 kleiner oder gleich dem 0,4-fachen der ersten Länge L1 ist. Es gibt einen praktischen Grenzwert für die minimale Länge der zweiten Reißzone, wo nahezu alle aus der ersten Zone kommenden Faserfilamente gerissen werden. Dies ist nicht wünschenswert, weil dadurch die Zugspannung auf einen hohen Wert ansteigt und die Reißkräfte bekanntlich mit abnehmender Länge der Zone abnehmen. Ein praktischer unterer Grenzwert für L2 für die Reißzone 2 ist L2 ≥ 0,2 L1. Die natürliche Folge dieser Logik ist, daß es wünschenswert ist, die erste Zone erheblich länger als die zweite auszulegen, da bekanntlich die Reißspannung von Filamenten in langen Zonen abnimmt. Es wird für wichtig gehalten, daß L1 groß im Vergleich zu jeder gegebenen, erzeugten (d. h. durch die zweite Reißzone festgelegten) mittleren Filamentlänge ist, um die erforderlichen Reißkräfte zu verringern und eine größere Filamentlänge Reißkräften auszusetzen, wodurch mehr Filamentschwachstellen dem Reißvorgang ausgesetzt werden. Eine mittlere Filamentlänge von mehr als 15,24 cm (6,0 Zoll) wird als wünschenswert angesehen, was nach der Erfahrung mit Reißzonen bedeutet, daß L2 annähernd größer als etwa das Zweifache der mittleren Filamentlänge oder größer als 30,48 cm (12,0 Zoll) ist, was bedeutet, daß L1 beim maximalen gewünschten L2/L1-Verhältnis von 0,6 größer als 1,67 × 30,48 cm oder 50,8 cm (20,0 Zoll) ist. Es gibt eine Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Reißzone, die sicherstellt, daß das Verfahren eine gute Bedienbarkeit aufweist und das Garn bestimmte wünschenswerte Eigenschaften der Filamentlänge und -verteilung aufweist und für eine größere Häufigkeit der Filamentenden in einem gerissenen Garn sorgt. Gute Bedienbarkeit bietet auch die Möglichkeit eines stabilen Betriebs mit hoher Geschwindigkeit bei Austrittsgeschwindigkeiten von mehr als 182,88–228,6 m/min (200–250 Yard/min), und insbesondere von mehr als etwa 457,2 m/min (500 Yard/min). Zunächst wird unter Bezugnahme auf 2 eine Definition der doppelt eingespannten Filamente diskutiert, um die Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Reißzone besser zu verstehen. 2 zeigt eine Faser 30, die nur kontinuierliche Filamente aufweist, sich in einer Richtung 81 bewegt und eine Reißzone 34a durchläuft, wie z. B. die erste Reißzone 34 in 1. Die Reißzone 34a erstreckt sich über eine Länge L1a zwischen zwei Walzengruppen 42a und 50a. Die Walzengruppe 42a wird mit einer ersten Geschwindigkeit S1a angetrieben, und die Walzengruppe 50a wird mit einer zweiten Geschwindigkeit S2a angetrieben, die höher ist als die Geschwindigkeit S1a, um ein Geschwindigkeitsverhältnis D1a = S2a/S1a zu definieren. Die Geschwindigkeit der Faser 30 wird in der Reißzone 34a erhöht, so daß alle kontinuierlichen Filamente, die in einem Zulaufende 85 zugeführt werden, in der Länge L1a zu Streckreißen sind. Obwohl das Zulaufende 85 in einer Position unmittelbar hinter der Walzengruppe 42a dargestellt ist, bezeichnet es eine Position entweder unmittelbar vor, unmittelbar hinter oder im Klemmspalt der Walzengruppe 42a. In der gesamten vorliegenden Diskussion bezeichnet "Zulauf" bzw. "flußaufwärts" die Richtung, aus der die Fasern kommen, und "Ablauf-" bzw. "flußabwärts" bezeichnet die Richtung, in die sich die Fasern bewegen. Die Faser weist eine Reißdehnung auf, die in Prozent ausgedrückt wird und die prozentuale Dehnung eines Filaments der Faser in Richtung einer angreifenden Last unmittelbar vor dem Streckreißen des Filaments darstellt. Typische Reißdehnungswerte für synthetische Spinnfasern vor der Verfestigung durch Strecken können für Polyester etwa 300% und für Polyester nach der Verfestigung durch Strecken etwa 10% betragen. Zu irgendeinem Zeitpunkt, wie z. B. zu dem in 2 abgebildeten Zeitpunkt, gibt es einige Filamente, die gerissen werden, wie z. B. die Filamente 84, 86 und 88, und einige Filamente, die gestreckt und noch nicht gerissen werden, wie z. B. die Filamente 90 und 92. Das Filament 84 wird als loses bzw. schwimmendes, unkontroliertes Filament bezeichnet, da weder sein Zulaufende 84a noch sein Ablaufende 84b eingespannt und durch die Walzengruppe 42a bzw. 50a kontrolliert wird. Das Filament 86 wird als einzeln eingespanntes unkontrolliertes Filament mit unkontrolliertem Ablaufende bezeichnet, da es nur durch eine Walzengruppe 42a eingespannt und kontrolliert wird und ein Ablaufende 86a weder durch die Walzengruppe 42a noch durch 50a kontrolliert wird. Wenn das Ende 86a um einen bestimmten Abstand d vom mittleren Bereich der Faser 30 absteht, wie dargestellt, kann es an der Walzengruppe 42a oder 50a ein Problem darstellen, indem es sich um eine der Walzen wickelt, statt sich in der Richtung 81 durch den Prozeß fortzubewegen. Das Filament 88 wird als einzeln eingespanntes kontrolliertes Filament bezeichnet, das durch eine Walzengruppe 50a eingespannt und kontrolliert wird und ein Zulaufende 88a aufweist, das weder durch die Walzengruppe 42a noch durch 50a eingespannt wird. Das Ende 88a ist weniger problematisch als das Ende 86a, da es durch den Prozeß gezogen wird, statt wie das Ende 86a gestoßen zu werden. Das Ende 88a trennt sich mit geringerer Wahrscheinlichkeit vom mittleren Bereich der Faser als das Ende 86a. Die Filamente 90 und 92 werden als doppelt eingespannte Trägerfilamente bezeichnet, da sie zu dem dargestellten Zeitpunkt durch beide Walzengruppen 42a und 50a eingespannt und kontrolliert werden. Sie wirken als "Gerüst", um die anderen unkontrollierten Filamente im mittleren Faserbereich zu halten. Sie stehen unter erheblicher Zugspannung, im Unterschied zu den anderen Filamenten, die nur einfach eingespannt sind, und neigen daher dazu, die anderen Filamente in dem mittleren Bereich festzuhalten und die vorstehenden Enden wie das Ende 86a einzugrenzen. Zu einem nächsten Zeitpunkt werden die Filamente 90 und 92 Streckreißen, aber zu diesem nächsten Zeitpunkt werden andere Filamente doppelt eingespannt, wie z. B. das Filament 86, dessen Ende 86a durch die Walzengruppe 50a eingespannt werden wird. Es wird für wichtig gehalten, zu jedem Zeitpunkt mindestens eine minimale Anzahl doppelt eingespannter Filamente bereitzustellen, um ein Gerüst aus Filamenten aufrechtzuerhalten und eine gute Lauffähigkeit des Prozesses sicherzustellen. Die Gesamtzahl der Filamente am Zulaufende 85 ist gleich der Anzahl doppelt eingespannter Filamente zuzüglich der Anzahl unkontrollierter Filamente, sowohl der losen bzw. schwimmenden als auch der einfach eingespannten Filamente.
Zur Voraussage der Anzahl doppelt eingespannter Filamente unter verschiedenen Prozeßbedingungen wird ein Modellierverfahren angewandt. Der analytische Ausdruck ist für eine einzelne Zone mit kontinuierlichen Zulauffilamenten möglich. Die Simulation wendet die gleichen Grundprinzipien auf ein Mehrzonenverfahren an, wo der Zulauf zu jeder Zone kontinuierlich oder diskontinuierlich sein kann. Die Einzelzonenergebnisse stimmen gut miteinander überein. Ein analytischer Ausdruck für einen Trägerindex in einer einzigen Reißzone wurde aus den Grundprinzipien mit den folgenden Annahmen abgeleitet:

– die Zulauffaser ist kontinuierlich
– in der Zone gilt die Erhaltung der Masse
– die Fasergeschwindigkeit an den Zulauf- und Ablaufgrenzen der Zone ist vorgegeben
– Filamente Streckreißen unabhängig voneinander
– Filamente Streckreißen gleichmäßig entlang der Zonenlänge

Der abgeleitete Ausdruck für einen "Trägerindex" lautet: SI = –ln(((D/(l + eb)) – 1/(D – 1))/(D·(1 – (0,5/(1 + eb)))) Darin bedeuten:

SI: = Anzahl der Trägerfasern/Anzahl der unkontrollierten Fasern
ln: = natürlicher Logarithmus
D: = Verstreckung = Geschwindigkeitsverhältnis in der Zone
e_b: = Reißdehnung der Faser, 10% wird ausgedrückt als 0,1

Zur Analyse eines gekoppelten Prozesses mit Streckreißen und Strecken in mehreren Zonen wurde eine Monte Carlo-Computersimulation entwickelt. Die Simulation verfolgt die Faserbewegung durch den Prozeß, wobei die Fasergeschwindigkeit in jeder Zone (beispielsweise) durch die einspannenden Walzengruppen festgelegt wird. Die festgelegte Kinematik bestimmt die Bewegung einfach eingespannter und doppelt eingespannter Filamente. Zufälligkeit tritt beim Streckreißen doppelt eingespannter Filamente auf. Nach der Arbeit von Ismail Dogu, "The Mechanics of Stretch Breaking" (Textile Research Journal, Bd. 42, Nr. 7, Juli 1972), baut das Filament Spannung auf, bis die Reißdehnung erreicht ist, und reißt zu diesem Zeitpunkt zufällig entlang der Zonenlänge. Das Streckreißen von Filamenten ist unabhängig von anderen Filamenten in der Faser. Lose bzw. schwimmende Filamente werden auf mehrere verschiedene Arten behandelt, vom "idealen Strecken" – Filamente nehmen die Geschwindigkeit der Zulaufwalzengruppe an, bis das Vorderende die Ablaufwalzengruppe erreicht – bis zu Optionen, wo die Geschwindigkeit des Filaments von der Geschwindigkeit benachbarter Filamente abhängig ist. Die Simulationsergebnisse stimmen gut mit den analytischen Voraussagen für den Trägerindex in Einzelzonen überein, und die Zugspannung in dem Verfahren stimmt gut mit der gemessenen Zugspannung im Verfahren überein. Das Simulationsmodell wird in Matlab^® 5.2 von Mathworks, Inc., Natick, MA 01760, gefahren. Ergebnisse können mit vernünftigem Aufwand für 1000 Filamente auf einem Computer mit Intel Pentium II-450 MHz-Prozessor bestimmt werden. Es ist auch durchführbar, mit diesem System bis zu 3000 Filamente zu bearbeiten. Die Simulation der Filamentlängenverteilung für ein Zweizonen-Reißverfahren stimmt gut mit der gemessenen Verteilung überein.
Wie weiter aus 2 erkennbar, ist es bei der Betrachtung der Anzahl doppelt eingespannter Filamente nützlich, die Anzahl als Verhältnis, ausgedrückt in Prozent, der Anzahl doppelt eingespannter Filamente zur Anzahl unkontrollierter Filamente am Zulaufende einer Zonenlänge zu diskutieren, wie z. B. des Zulaufendes 85 der Länge L1a. Die Anzahl doppelt eingespannter Filamente ist nach Definition am Zulaufende 85 und am Ablaufende 93 der Zonenlänge L1a die gleiche. Die Anzahl unkontrollierter Filamente ist am Zulaufende immer größer als am Ablaufende der Zonenlänge L1a. Am Ablaufende von L1a ist die Faser aus diskontinuierlichen Filamenten aufgrund des Geschwindigkeitsverhältnisses D1a gestreckt worden, so daß der Denier der Faser am Ablaufende immer kleiner ist. Bei gleicher Anzahl doppelt eingespannter Trägerfilamente gibt es am Ablaufende stets mehr unkontrollierte Filamente, die unterstützt bzw. getragen werden müssen.
3 zeigt die Ergebnisse einer Modellsimulation eines Falls, wo eine Reißzone verwendet wird, um ein Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis zu erreichen, und eines weiteren Falls, wo 2 Reißzonen zum Erreichen des gleichen Gesamtgeschwindigkeitsverhältnisses verwendet werden. Bekannt ist, daß das Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis für mehrere Zonen berechnet werden kann, indem man die einzelnen Geschwindigkeitsverhältnisse für einzelne Zonen multipliziert ((Dt = D1 × D2), oder indem man das Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis (Dt = S3/S1) berechnet. Auf der vertikalen Skala von 3 ist das Verhältnis der Anzahl doppelt eingespannter Trägerfilamente, N_dg, zur Gesamtzahl unkontrollierter Filamente, N_uc, dargestellt, gezählt am Zulaufende der Einzelzone und am Zulaufende der zweiten Reißzone für die beiden Reißzonen (d. h. unter den für die zwei Zonen getroffenen Annahmen wird dies der niedrigste Wert von N_dg/N_uc sein). Weitere Annahmen für die zwei Zonen sind:

– L2 = 0,33 L1
– D1 = D2
– D1 ≥ 2,0; D2 ≥ 2,0
– Reißdehnung der Faser in beiden Reißzonen: e_b = 0,121

Die Kurven in der Figur setzen das Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis in Beziehung zu dem Verhältnis der doppelt eingespannte Filamente zu den unkontrollierten Filamenten, N_dg/N_uc. Der Fall mit einer Zone ist in einer gestrichelten Linie 94 mit rhombischen Datenpunkten dargestellt, und der Fall mit zwei Zonen ist in einer ausgezogenen Linie 96 mit quadratischen Datenpunkten dargestellt. Wie für alle Bedingungen des Gesamtgeschwindigkeitsverhältnisses erkennbar, liefert der Fall mit zwei Zonen immer ein höheres Verhältnis doppelt eingespannter Filamente zu unkontrollierten Filamenten, von dem angenommen wird, daß es eine bessere Bedienbarkeit des Verfahrens ergibt.
Bei Betrachtung der Einzelreißzone in 3 ist erkennbar, daß mit zunehmendem Geschwindigkeitsverhältnis die Anzahl doppelt eingespannter Filamente abnimmt und mit abnehmendem Geschwindigkeitsverhältnis die Anzahl doppelt eingespannter Filamente zunimmt. Bei Anwendung dieser Beobachtung auf die zwei Zonen ist ein Problem für das Erreichen eines gegebenen Gesamtgeschwindigkeitsverhältnisses erkennbar. Wenn man die Anzahl doppelt eingespannter Filamente in der ersten Zone durch Verringerung des Geschwindigkeitsverhältnisses in der ersten Zone erreichen möchte, muß notwendigerweise das Geschwindigkeitsverhältnis in der zweiten Zone zunehmen, um das gleiche Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis beizubehalten. Dadurch wird die Anzahl doppelt eingespannter Filamente in der zweiten Zone verringert, was unerwünscht ist. Diese problematische Beziehung ist in 4 dargestellt.
4 zeigt N_dg/N_uc entlang der vertikalen Achse wie in 3, jedoch ist auf der horizontalen Achse eine Beziehung zwischen den Geschwindigkeitsverhältnissen der beiden Reißzonen dargestellt. Da ein Geschwindigkeitsverhältnis 1 für eine Zone bedeutet, daß die "Zulaufgeschwindigkeit" gleich der "Ablaufgeschwindigkeit" ist und kein Streckreißen von Filamenten erfolgt, wird beim Vergleich der beiden Geschwindigkeitsverhältnisse der Wert 1 vom Geschwindigkeitsverhältnis D1 der ersten Reißzone und vom Geschwindigkeitsverhältnis D2 der zweiten Reißzone subtrahiert. Wenn in diesem Fall das zweite Geschwindigkeitsverhältnis gleich 1 ist, wird die Beziehung (D2 – 1)/D1 – 1) gleich 0, und der Wert, wo die Kurve die vertikale Achse schneidet, zeigt N_dg/N_uc für eine einzige Reißzone an. Beispielsweise ist für den Fall Dt = 25 und D2 = 1 der Wert auf der vertikalen Achse etwa gleich 0,01, d. h. gleich dem Wert für Dt = 25, wenn man die einzelne Zone in 3 betrachtet. Die Annahmen zu den Kurven in 4 für die zwei Zonen sind:
Dt = 25
D1 ≥ 2,0; D2 ≥ 2,0
L2 = 0,33 L1
e_b = 0,1
Da das Geschwindigkeitsverhältnis der zweiten Zone im Zähler steht, hat die Kurve 100 für die zweite Zone die Form der Kurven in 3. Da das Geschwindigkeitsverhältnis der ersten Zone im Nenner steht, hat die Kurve 98 für die erste Zone eine zu den Kurven in 3 inverse Form. Bei einer Bewegung entlang der horizontalen Achse ist erkennbar, daß der niedrigste Wert, den man in einer der zwei Zonen für N_dg/N_uc antrifft (der einen Grenzwert für die Lauffähigkeit bestimmt), durch die dicke ausgezogene Linie 102 dargestellt wird, die einen Abschnitt 104 der Kurve 98 der ersten Reißzone für die Werte von N_dg/N_uc einschließt, die kleiner als etwa 0,7 sind, und einen Abschnitt 106 der Kurve 100 der zweiten Reißzone für die Werte von N_dg/N_uc einschließt, die größer als etwa 0,7 sind. Wenn ein Niveau von 0,02, oder 2%, als erwünschtes Minimum für N_dg/N_uc festgesetzt wird, wie durch die Linie 108 dargestellt, würde dies anzeigen, daß ein Wert von (D2 – 1)/(D1 – 1) von etwa 0,2 (wo die gestrichelte Linie 110 die horizontale Achse schneidet) bis 2,0 (wo die gestrichelte Linie 112 die horizontale Achse schneidet) unter den für dieses Diagramm angegebenen Bedingungen eingehalten werden sollte. Der optimale Zustand wäre etwa 0,7 (wo die gestrichelte Linie 114 die horizontale Achse schneidet), wo beide Zonen einen N_dg/N_uc Wert von etwa 0,04 oder 4% aufweisen würden. Der Wert von N_dg/N_uc fällt unterhalb des Optimalwerts von 0,7 für (D2 – 1)/(D1 – 1) schnell ab, und fällt oberhalb 0,7 weniger schnell ab. Außerdem gleicht sich der Wert für N_dg/N_uc im wesentlichen oberhalb eines Wertes von etwa 5,0 für (D2 – 1)/(D1 – 1) schnell aus. Ein oberer Grenzwert für (D2 – 1)/(D1 – 1) ist daher weniger kritisch als ein unterer Grenzwert, um eine gute Lauffähigkeit des Reißverfahrens mit Verwendung von 2 Reißzonen sicherzustellen.
Das Modellsimulationsverfahren wurde auf weitere Zweizonen-Fälle angewandt und benutzt, um die Empfindlichkeit der Optimalwerte für (D2 – 1)/(D1 – 1) zu untersuchen und die Anzahl doppelt eingespannter Fasern zu maximieren, um einen akzeptablen Wert von N_dg/N_uc für gute Lauffähigkeit zu ergeben. 5 zeigt die Empfindlichkeit des Reißdehnungsparameters der Faser. Drei unterschiedliche Kurven sind aufgezeichnet, die den Kurven in 4 ähnlich sind, wobei jede Kurve einen anderen Wert für die Reißdehnung e_b der Faser darstellt. Die Kurven, die den Wert von e_b = 0,1 darstellen, sind genau die gleichen wie die Kurven in 4. Die Annahmen für die drei Kurven sind:
Dt = 25
D1 ≥ 2,0; D2 ≥ 2,0
L2 = 0,33 L1
Es ist erkennbar, daß die Anzahl doppelt eingespannter Fasern mit einem Anstieg von e_b von 0,05 auf 0,15 zunimmt, der Wert für das Optimum von (D2 – 1)/(D1 – 1) aber bei etwa 0,7 annähernd gleich bleibt, wo die gestrichelte Linie 116 durch die Schnittpunkte jedes Zonenkurvenpaars und durch die horizontale Achse geht. Wenn man die Lauffähigkeit eines gegebenen 2-Reißzonenverfahrens verbessern möchte, könnte man alle Prozeßparamter außer e_b auf dem gleichen Wert halten und einige Fasern hinzufügen, die eine höhere Reißdehnung aufweisen, um die Lauffähigkeit zu verbessern. Dadurch können sich jedoch die Eigenschaften des Garnprodukts ändern.
6 zeigt die Empfindlichkeit gegenüber dem Verhältnis der Zonenlängenparameter. Es sind drei verschiedene Kurven aufgezeichnet, die den Kurven in 4 ähnlich sind, wobei jede Kurve einen anderen Wert für das Verhältnis der Reißzonenlängen L2 zu L1 darstellt. Der Wert von L2 = 0,33 L1 ist der gleiche wie für die Kurven in 4. Die Annahmen für die drei Kurven sind:
Dt = 25
D1 ≥ 2,0; D2 ≥ 2,0
e_b = 0,1
Für Zone 1 sind alle drei Kurven die gleichen und liegen übereinander. Es ist erkennbar, daß die Anzahl doppelt eingespannter Fasern (Verhältnis N_dg/N_uc) mit abnehmendem L2 von 0,5 L1 auf 0,25 L1 abnimmt, und gleichzeitig ändert sich der Wert für das Optimum von (D2 – 1)/(D1 – 1) nur geringfügig von etwa 0,5 auf etwa 0,8. Diese Änderung von (D2 – 1)/(D1 – 1) ist erkennbar zwischen dem Punkt, wo die gestrichelte Linie 118 durch den Schnittpunkt jedes Zonenkurvenpaares für L2 = 0,5 L1 und durch die horizontale Achse geht, und dem Punkt, wo die gestrichelte Linie 120 durch den Schnitpunkt jedes Zonenkurvenpaares für L2 = 0,25 L1 und die horizontale Achse geht. Es scheint, daß in einem Verfahren mit zwei Reißzonen die Änderung des Verhältnisses zwischen L2 und L1 durch Verringern von L2 von 0,5 L1 auf 0,25 L1 die Lauffähigkeit des Verfahrens leicht verbessern kann.
7 zeigt die Empfindlichkeit gegenüber dem Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis-Parameter. Drei verschiedene Kurven sind aufgezeichnet, die den Kurven in 4 ähnlich sind, wobei jede Kurve einen anderen Wert für das Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis Dt darstellt. Die Kurven, die den Wert Dt = 25 darstellen, sind genau die gleichen wie die Kurven in 4. Die Annahmen für die drei Kurven sind:
e_b = 0,1
D1 ≥ 2,0; D2 ≥ 2,0
L2 = 0,33 L1
Es ist erkennbar, daß die Anzahl doppelt eingespannter Fasern mit einer Abnahme von Dt von 50 auf 4 zunimmt, aber der Wert für das Optimum von (D2 – 1)/(D1 – 1) bei etwa 0,7 annähernd gleich bleibt, wo die gestrichelte Linie 122 durch den Schnittpunkt jedes Zonenkurvenpaares und durch die horizontale Achse geht. Wenn man die Lauffähigkeit eines gegebenen Verfahrens mit zwei Reißzonen verbessern möchte, könnte man alle Prozeßparameter außer Dt konstant halten und Dt verringern, um die Lauffähigkeit zu verbessern. Da jedoch die Produktivität des Verfahrens stark von Dt abhängig ist, kann diese Veränderung zur Verbesserung der Lauffähigkeit das Verfahren unwirtschaftlich machen.
8 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Streckreißprozeßline, die im Vergleich zu der Ausführungsform von 1, die eine erste Reißzone 34, eine zweite Reißzone 36 und eine Verdichtungszone 38 aufweist, eine zusätzliche Streckzone 124 enthält. Die Streckzone kann auch als Temperzone funktionieren. Die Faser 30, die ebenso wie in 1 mehrere Fasern 30a, 30b und 30c aufweisen kann, wird jetzt an einem Prozeßzulaufende 126 durch eine nullte Walzengruppe 128, die Walzen 130, 132 und 134 aufweist, dem Prozeß zugeführt. Die Walze 132 wird mit vorgegebener Geschwindigkeit durch eine herkömmliche Motor/Getriebe-Einheit und eine Steuerung (nicht dargestellt) angetrieben, und die Walzen 130 und 134 werden durch ihren Kontakt mit der Walze 132 angetrieben. Die Faser 30 wird dann der ersten Walzengruppe 42 zugeführt, wodurch die Streckzone 124 zwischen den Walzengruppen 128 und 42 definiert wird. Die Streckzone 124 hat eine Länge L4 zwischen dem Klemmspalt der Walze 132 und der Walze 134, die auf der Linie 136 zwischen ihren Mittelpunkten liegt, und dem Klemmspalt der Walzen 44 und 46, die auf der Linie 138 zwischen ihren Mittelpunkten liegt. Die Fasergeschwindigkeit wird innerhalb der Streckzone 124 erhöht, indem die Faser durch die Walzengruppe 128 mit einer Zulaufgeschwindigkeit Sf und durch die Walzengruppe 42 mit einer ersten Geschwindigkeit S1 angetrieben wird, die höher ist als die Geschwindigkeit Sf. Durch Vergleich der Fasergeschwindigkeiten an den zwei Walzengruppen 128 und 42 wird ein Streckgeschwindigkeitsverhältnis D4 = S1/Sf definiert. Zwischen der Walze und der Faser sollte keinerlei Rutschen auftreten; daher sind die Fasergeschwindigkeit und die Walzenoberflächengeschwindigkeit an der getriebenen Walze 132 gleich, und die Fasergeschwindigkeit und die Walzenoberflächengeschwindigkeit an der getriebenen Walze 46 sind gleich.
Innerhalb der Streckzone 124 kann ein Faserheizelement 140 vorhanden sein, das viele Formen annehmen kann; die hier dargestellte Form ist eine gekrümmte Oberfläche 142, die mit der Faser über eine Länge in Kontakt kommt, die sich leicht durch Änderung der Bogenlänge variieren läßt, auf der sich die Faser über die Oberfläche 142 bewegt. Für längere Erwärmungszeiten bei gegebener Fasergeschwindigkeit am Zulaufende 126 und gegebenem Streckgeschwindigkeitsverhältnis D4 wären der Bogen und die Kontaktlänge größer. Das Strecken der Faser kann auftreten, sobald die Faser der Zugspannung der Streckzone 124 ausgesetzt ist, so daß für bestimmte Polymere das Strecken oder Dehnen der Faser auftreten kann, während die Faser gerade den Klemmspalt der Zulaufwalzen verläßt, wie z. B. der Walzen 132 und 134. Für einige Polymere tritt das Strecken über eine sehr kurze Länge auf, wie z. B. über weniger als 2,54 cm (1,0 Zoll). In diesem Fall dient das Heizelement zum Tempern der gestreckten Faser anstatt zum Erhitzen der Faser für das Strecken. Wenn für diesen Fasertyp ein Erhitzen zum Strecken erforderlich ist, können die Walzen 132 und 134 beheizt werden. Andere Polymere strecken sich unter Umständen nicht, bevor sie durch Kontakt mit der Oberfläche des Heizelements 140 eine gewisse Erwärmung erfahren. Die Länge der Streckzone ist nicht kritisch, und sie ist hauptsächlich so bemessen, daß sie die Heizvorrichtung 140 unterbringt. In einigen Fällen des Betriebs der Streckzone wird die Faser ohne Erwärmen gestreckt (das Heizelement wird abgeschaltet und aus dem Kontakt mit der Faser zurückgezogen) und in anderen Fällen wird die Faser entsprechend der Darstellung während des Streckprozesses erwärmt. In einigen Fällen kann die Faser ein Streckgeschwindigkeitsverhältnis D4 von annähernd 1 aufweisen, und die Faser wird unter Umständen nur erhitzt, ohne gestreckt zu werden. In diesem Fall würde die Streckzone als Temperzone funktionieren.
Die Begriffe "Streckzone" und "Strecken der Faser" beziehen sich auf das Strecken einer Faser mit kontinuierlichen Filamenten auf eine Weise, bei der im wesentlichen keine Filamente gerissen werden; die Filamente bleiben kontinuierlich. In dem Strecken kann das Erhitzen der Faser enthalten sein oder nicht. Die Begriffe "Temperzone" und "Tempern der Faser" beziehen sich auf das Erwärmen einer Faser mit kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Filamenten unter gleichzeitiger Einschränkung der Filamentlänge ohne wesentliches Strecken und können eine gewisse kleine Voreilung der Faser in die Temperzone einschließen, wobei D4 eine Zahl ist, die etwas kleiner als 1,0 ist.
Unter Anwendung des Verfahrens von 8 kann ein neues Produkt hergestellt werden, das die Zufuhr von mindestens zwei unterschiedlichen Fasern zu dem Verfahren und deren Kombination vor dem Streckreißen in der Reißzone aufweist, wobei die Unterschiede zwischen den Fasern Unterschiede im Denier pro Filament sind und eine Faser einen Denier pro Filament von weniger als 0,9 (den) und die andere Faser einen Denier pro Filament von mehr als 1,5 (den) aufweist. Die zwei Fasern durchlaufen die Reiß- und Verdichtungszonen zusammen. Die zwei unterschiedlichen Fasern können als Zulaufgarn kombiniert werden, indem entweder ein einziges Faserbündel mit zwei verschiedenen Denier pro Filament (dpf) gesponnen wird oder zwei verschiedene Fasern mit jeweils unterschiedlichem Denier pro Filament (dpf) zusammengeführt werden. In der Streckzone sollte die Reißdehnung der Fasern ähnlich sein. Wenn dies ein Problem ist, könnte eine der Fasern teilweise vorgestreckt werden, um mit der anderen kompatibel zu sein, oder beide Fasern könnten vollständig vorgestreckt und die Fasern ohne Strecken durch die Streckzone geführt werden. Der Vorteil eines solchen neuen Produkts ist, daß die Struktursteifigkeit des Garns durch die Faser mit dem größeren Denier pro Filament (dpf) festgelegt werden kann, während die Weichheit durch die Faser mit dem kleineren Denier pro Filament (dpf) gesteuert werden kann. Dadurch werden gewisse Probleme bei Garnen von kleinem Denier pro Filament (dpf) überwunden, die einen guten Griff aufweisen, aber bei der Verarbeitung zu Gewebe zu schlaff sind.
9 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Streckreißprozeßlinie, die im Vergleich zu der Ausführungsform von 8, die eine Streckzone 124, eine erste Reißzone 34, eine zweite Reißzone 36 und eine Verdichtungszone 38 aufweist, eine zusätzliche Streckzone 144 enthält. Die Streckzone 144 wird zwischen der zweiten Reißzone 36 und der Verdichtungszone 38 eingefügt. Die Faser 30, die wie in 8 aus der zweiten Reißzone 36 austritt, wird jetzt hinter der Walzengruppe 62 der Streckzone zugeführt. Die Faser 30 wird dann einer fünften Walzengruppe 148 zugeführt, die Walzen 150 und 152 aufweist, wodurch zwischen den Walzengruppen 62 und 148 die Streckzone 144 definiert wird. Die Walze 152 wird mit vorgegebener Geschwindigkeit durch eine herkömmliche Motor/Getriebe-Einheit und eine Steuerung (nicht dargestellt) angetrieben, und die Walze 150 wird durch ihren Kontakt mit der Walze 152 angetrieben. Die Streckzone 144 hat eine Länge L5 zwischen dem Klemmspalt der Walze 62 und der Walze 68, der auf einer Linie 80 zwischen ihren Mittelpunkten liegt, und dem Klemmspalt der Walzen 150 und 152. Die Fasergeschwindigkeit wird innerhalb der Streckzone 144 erhöht, indem die Faser durch die Walzengruppe 62 mit einer Geschwindigkeit S3 und durch die Walzengruppe 148 mit einer fünften Geschwindigkeit S5 angetrieben wird, die höher ist als die Geschwindigkeit S3. Durch Vergleich der Fasergeschwindigkeiten an den beiden Walzengruppen 62 und 148 wird ein Streckgeschwindigkeitsverhältnis D5 = S5/S3 definiert. Da zwischen der Walze und der Faser keinerlei Rutschen auftreten sollte, sind die Fasergeschwindigkeit und die Walzenoberflächengeschwindigkeit an der getriebenen Walze 66 gleich, und die Fasergeschwindigkeit und die Walzenoberflächengeschwindigkeit an der getriebenen Walze 152 sind gleich. Die Länge L5 sollte annähernd gleich der Länge der benachbarten, flußaufwärts liegenden Reißzone sein, in diesem Fall in der dargestellten Konfiguration gleich der Länge L2 der zweiten Reißzone. Diese Bedingung bedeutet, daß in der Streckzone sehr wenige Fasern gerissen werden und statt dessen die diskontinuierlichen Filamente der aus der zweiten Reißzone austretenden Faser nur aneinander vorbei gleiten, um den Denier der Faser um einen zum verwendeten Streckverhältnis D5 proportionalen Betrag zu verringern. Auf die gleiche Weise, wie für das gleichmäßige Strecken kurzer Stapelfilamente einer Faser in einer PCT-Patentanmeldung WO 98/48088 von Scheerer et al. beschrieben, kann in einigen Fällen ein kontrollierter Anteil von Filamenten gerissen werden, um ein gleichmäßigeres Garn herzustellen. Ein derartiges System wird auch in dem Katalog CAT. No. 22P432 97-1-4(NS), veröffentlicht von Murata Machinery, Ltd., mit dem Titel "Muratec No. 802HR MJS, Murata Jet Spinner", dargestellt.
Die Begriffe "Streckzone" und "Strecken" der Faser beziehen sich auf die Erhöhung der Fasergeschwindigkeit in einer Zone zu dem Hauptzweck, den Denier der Faser mit diskontinuierlichen Filamenten so zu verringern, daß mehr als 80% der Fasern ihre gleiche Länge behalten, daß heißt, daß höchstens 20% der Fasern gerissen werden. Beabsichtigt ist, daß sich die Streckzone an verschiedenen Stellen befinden kann, solange sie in Flußrichtung vor der Verdichtungszone liegt, z. B. kann sie zwischen der ersten Reißzone und der zweiten Reißzone liegen. Ein Verfahren, das dem in 8 dargestellten nahekommt, wurde durchgeführt, und es wurden Daten erfaßt, um die Grenzwerte einer guten Lauffähigkeit zu ermitteln, die in 10 dargestellt sind. 10 zeigt die Kurven von 4, wobei die linke vertikale Achse gedehnt ist und eine rechte vertikale Achse hinzugefügt wird, um die Aufzeichnung einiger konkreter Verfahrensfälle zu ermöglichen, die ausgeführt wurden, um die Grenzwerte guter Lauffähigkeit zu ermitteln. Gute Lauffähigkeit wurde angezeigt, wenn das Verfahren gestartet und mit der Herstellung einer akzeptablen Streckreißfaser mindestens 5 Minuten bei einer Zulaufgeschwindigkeit von 0,9144 m/min (1 Yard/min) betrieben werden konnte (die Ablaufgeschwindigkeit aus der zweiten Reißzone wurde durch Maschinen-Erwägungen auf etwa 137,16 m/min (150 Yard/min) begrenzt). Schlechte Laufähigkeit wurde angezeigt, wenn sich Filamente der Faser in dem Verfahren um irgendwelche Walzen wickelten. Der Verdichtungsschritt wurde weggelassen, um das Verfahren zu vereinfachen, da dieser Schritt gewöhnlich nicht wesentlich zu Problemen der Lauffähigkeit beiträgt. Die Faser wurde hinter der Walzengruppe 62 (8) aus dem Verfahren entnommen und durch ein Abfallabsauggerät aufgenommen. Die Zugspannung wurde in einer Position innerhalb der ersten Reißzone L1 in einem Abstand von etwa 15,24 cm (6 Zoll) vom Zulaufende L1 angezeigt, wobei eine Führung benutzt wurde, die an einer Kraftmeßzelle befestigt war, welche die Faser leicht berührte. Beim Betrieb mit niedrigem Geschwindigkeitsverhältnissen wurde das Zugspannungssignal auf Streuung und Spitzen überwacht. Zugspannungsspitzen von mehr als dem Zweifachen des Zugspannungssollsignals, die mit einer Häufigkeit von mehr als zweimal pro Minute auftraten, zeigten eine schlechte Lauffähigkeit und stoßweisen Betrieb an, gleichgültig ob der Prozeß innerhalb von 5 Minuten zusammenbrach oder nicht. Die für alle Testläufe konstant gehaltenen Parameter sind:
e_b = 2,38 Zulauffaser
e_b = 0,12 zur Reißzone
L2 = 0,33 L1
L1 = 121,92 cm (48 Zoll); L2 = 40,64 cm (16 Zoll)
L4 = 168,275 cm (66,25 Zoll)
Streckgeschwindigkeitsverhältnis D4 = 2,43
Strecklänge L4 = 112
Strecktemperatur = 188°C über eine Kontaktfläche von 30,48 cm (12 Zoll).
Das Zulaufmaterial bestand aus 3 Fasern aus kontinuierlichen Polyesterfilamenten von 7320 den, die jeweils von einer Kreuzspule zugeführt wurden.
D1 und D2 wurden beide variiert, um das maximale Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis Dt zu erhalten, indem D1 auf einen Wert eingestellt und D2 solange variiert wurde, bis das Verfahren nicht mehr lief. Der letzte Laufpunkt ohne Zusammenbruch der Lauffähigkeit war der Punkt guter Lauffähigkeit, der in 10 als Funktion des maximalen Dt-Werts sowie von (D2 – 1)/(D1 – 1) aufgezeichnet ist. 10A zeigt die erfaßten Daten. Die eingekreisten Datenpunkte in 10A sind diejenigen, die in 10 aufgezeichnet wurden. Neben jedem eingekreisten Datenpunkt steht der Dt-Wert und in Klammern der Wert von (D2 – 1)/(D1 – 1). Alle eingekreisten Punkte für das maximale Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis liegen zwischen einer Kurve für Dt = 20X und Dt = 50X. Eine Kurve für den optimalen Arbeitspunkt für (D2 – 1)/(D1 – 1) = 0,4 für verschiedene Gesamtstreckverhältnisse ist gleichfalls bei 155 dargestellt; das maximale Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis für gute Lauffähigkeit entlang dieser Linie wurde in Punkt 157 mit 42,8X ermittelt. Für unterschiedliche Materialien und verschiedene Zonenlängen wären diese Daten unterschiedlich. Die auf der Faser verwendete Appretur ist gleichfalls ein Faktor für die Lauffähigkeit. Bei zuviel Appretur werden die unabhängige Beweglichkeit und das Streckreißen der Filamente in den Reißzonen beeinträchtigt, und es tritt ein vollständiger Zusammenbruch der Faser auf; bei zuwenig Appretur wird die statische Aufladung problematisch, und es tritt eine verstärkte Walzenwickelbildung auf. Ein Appreturanteil von weniger als etwa 0,1% wird bevorzugt, und weniger als etwa 0,04% wird stärker bevorzugt. Eine typische Appretur mit 0,04% Appretur weist ein Gemisch aus einem Ethylenoxid-Kondensat einer Fettsäure, einen mit Pelargonsäure abgeschlossenen ethoxylierten, propoxylierten Alkohol, das Kaliumsalz eines Phosphatsäureesters und das Aminsalz eines Phosphatsäureesters auf. Einige Polymere, wie z. B. Aramide und Fluorpolymere, erfordern keine Appretur. Weitere Appreturen, die für Streckreißfaser brauchbar sein können, sind in US-A-4080778 von Adams und der Japanischen Patentveröffentlichung 58[1983]-44787 von Hirose et al. zu finden.
Wie wieder aus 10 erkennbar, ermöglicht die Verbindung der Datenpunkte mit der Linie 158 einen Vergleich der Testdaten mit den aus 4 entnommenen Simulationskurven 98 und 100. Man kann erkennen, daß die konkreten Lauffähigkeitsdaten (Experiment) dem allgemeinen Trend folgen, der durch die Simulation angedeutet wird, wobei der optimale Arbeitspunkt (D2 – 1)/(D1 – 1) = etwa 0,7 der gleiche ist, wie durch die gestrichelte Linie 114 definiert.
Eine Vorrichtung, die für den Betrieb der Verfahren gemäß 1, 8 und 9 verwendet werden kann, ist in 11 dargestellt. Die Zulauffaser 30 wird aus einem oder mehreren Behältern 160 für gelegte Fasern zugeführt, oder alternativ kann Zulauffaser von einer oder mehreren Kreuzspulen 162 zugeführt werden. Die Faser 30 passiert einige Vorkardenführungen 164, die benutzt werden können, um mehrere Faserenden zusammenzuführen und die Verteilung der Faser in einem flachen Band zulassen. Die Faser läuft dann über eine Führungswalze 166 zu einer Walzengruppe 128a, die 4 Walzen 168, 170, 172 und 174 und eine Klemmwalze 175 aufweist, um das Garn am Zulaufende einer Streckzone 124 beim Einfädeln der Faser sicher einzuspannen. Alle Walzen 168–174 werden durch eine herkömmliche Elektromotor/Getriebe-Einheit und eine Steuerung (nicht dargestellt) angetrieben, und die Klemmwalze 175 wird durch Kontakt mit der Walze 168 angetrieben. Das Ablaufende der Streckzone 124 ist durch eine weitere Walzengruppe 42a definiert, die vier Walzen 176, 178, 180 und 182 und eine Anfahrklemmwalze 184 aufweist. Alle Walzen 176–182 werden durch eine herkömmliche Elektromotor/Getriebe-Einheit und eine Steuerung (nicht dargestellt) angetrieben. Die Anfahrklemmwalze 184 wird durch Kontakt mit der Walze 182 angetrieben. Sie dient zum Einführen bzw. Einfädeln der Faser in den Prozeß und wird dann aus dem Kontakt mit der Walze 182 zurückgezogen. Zwischen den Walzengruppen 128a und 42a ist ein elektrisches Heizelement 140 mit gekrümmter Oberfläche 142 angeordnet, das eine variable Kontaktlänge mit dem Garn aufweisen kann, wie unter Bezugnahme auf 8 diskutiert. An dem Heizelement ist eine elektrische Stromquelle (nicht dargestellt) angebracht.
Auf die Walzengruppe 42a folgt eine erste Reißzone 34 mit einer Walzengruppe 50a am Ablaufende, die mit der Walzengruppe 50 in den 1 und 8 identisch ist. Innerhalb der ersten Reißzone 34 sind ein elektrostatischer Neutralisierstab 186 angrenzend an die gestreckte und gerissene Faser 30 sowie eine Verwirbelungsdüse 188 angebracht, die von der Faser 30 durchlaufen wird. Der elektrostatische Neutralisierstab wird durch eine elektrische Stromquelle (nicht dargestellt) mit elektrischer Energie versorgt und ist der von Simco vertriebene Typ, Modell-Nr. ME 100. Punktquellen-Antistatikgeräte, wie z. B. die Geräte 187, können anstelle oder zusätzlich zu dem Stab 186 zu Beseitigung statischer Aufladungen eingesetzt werden, besonders in der Nähe der Walzengruppen. Da die Filamente in der Faser in der Reißzone 34 Streckreißen und zu einer Faser von geringerem Denier gestreckt werden, reiben sie aneinander und erzeugen eine störende elektrostatische Aufladung, die dazu führt, daß die Filamentenden vom mittleren Bereich der Faser abgestoßen werden. Diese Lockerheit der Faser und vorstehende Enden werfen Probleme mit dem Auseinanderbrechen der Faser und losen Filamenten auf, die sich auf eine der flußabwärts liegenden Walzen aufwickeln. Wie oben erwähnt, ist eine Möglichkeit zur Bekämpfung dieses Problems der richtige Einsatz von Metalloberflächen an einigen von den Klemmwalzen. Ein weiteres Verfahren zur Bekämpfung dieser Probleme besteht darin, die lockeren Filamentenden in der Reißzone und angrenzend an die Austrittsklemmwalzen zusammenzuführen bzw. zu raffen und sie zum Faserkern zu lenken, so daß die losen Enden in den seitlichen Richtungen um den Kern herum so eingeschränkt werden, daß sie innerhalb eines Abstands von der Mitte des Kerns liegen, der nicht größer ist als der Abstand der Kernmitte vom jeweiligen Ende der Austrittsklemmwalzen für die Reißzone, um das Aufwickeln der losen Enden auf die Austrittsklemmwalzen zu minimieren. Wichtig ist die Anwendung dieses Kontrollverfahrens in der ersten Reißzone, wo die losen Filamentlängen unter Umständen länger sind und über einen größeren Abstand nicht abgestützt werden. Vorteilhaft ist ihre Anwendung auch auf die zweite Reißzone, wo immer noch lose Fasern vorhanden sind. Eine Verwirbelungsdüse 188 ist eine Möglichkeit zu Realisierung dieses Verfahrens.
Wie aus 12 erkennbar, leitet die Verwirbelungsdüse 188 einen gasförmigen Fluidstrahl ein, um lose Filamente schonend um den mittleren Faserbereich oder Faserkern herum zu verwirbeln, der eine flache bandähnliche Struktur ist. Die Verwirbelungsdüse ist in 12 detaillierter dargestellt. Die Verwirbelungsdüse 188 weist einen Körper 192 mit einem Zulaufende 194, einem Ablaufende 196 und einer zylinderförmigen Bohrung 198 auf, die sich durch die gesamte Länge des Körpers 192 erstreckt. Die Faser 30 durchläuft die Bohrung 198 auf ihrem Weg zur Walzengruppe 50a (siehe 11). Ein Fluidkanal 200 geht durch den Körper hindurch und steht am Zulaufende 194 des Körpers in Fluidverbindung mit der Bohrung 198. Der Fluidkanal schneidet die Bohrung so, daß das Fluid annähernd tangential zur Bohrung und abgewinkelt zum Ablaufende 196 des Körpers eingeleitet wird. Auf diese Weise wird innerhalb der Bohrung 198 eine gegen die Uhrzeigerrichtung wirbelnde Fluidströmung (vom Ende 196 aus gesehen) erzeugt, die allgemein durch den spiralförmigen Strömungsweg 202 angedeutet wird. Diese Fluidströmung neigt dazu, lose Filamente, die vom zentralen Bereich der Faser 30 ausgehen, um den Faserkern herum aufzuwickeln, um lange lose Enden zu beseitigen, die sich auf flußabwärts liegende Walzen aufwickeln können. Die gewickelten Filamente werden locker um den Faserkern herum zusammengeführt. Zur Bequemlichkeit ist in dem Körper 192 in Längsrichtung der Bohrung 198 ein Einfädelschlitz 204 angebracht, um das Einfädeln der Faser 30 in die Bohrung der Verwirbelungsdüse zu erleichtern.
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung des Verfahrens zum Zusammenführen der losen Filamentenden in der Reißzone und angrenzend an die Austrittsklemmwalzen und zu ihrem Umlenken zum Faserkern hin ist die Verwendung eines Trogs, wie in den 34A und 34B dargestellt. Ein Trog 450 weist ein geformtes Ende 452 auf, das angrenzend an eine Klemmwalzengruppe, wie z. B. die Walzengruppe 50a (11), und von dieser beabstandet am Ende der ersten Reißzone 34 angeordnet ist. Der Trog weist einen Längshohlraum 454 auf, der für die Aufnahme der Faser 30 in der Zone bemessen ist und eine Breite 456 aufweist, welche die losen Filamente 458 und 460 an den Seiten des Faserkerns 462 zusammenführt und sie daran hindert, sich nach außen zu den Enden der Klemmwalzen in der Walzengruppe zu erstrecken. Die der Faser zugewandte Oberfläche des Hohlraums ist eine elektrisch leitende Fläche. Die Klemmwalze 54a weist Enden 462 und 464 auf, und die Klemmwalze 52a weist Enden 466 und 468 auf. Die Mitte des Faserkerns ist bei 470 angedeutet, und der Trog lenkt die losen Filamente so zum Faserker 462 hin, daß die losen Enden, wie z. B. die seitlich um den Kern herum abstehenden Enden, auf einen Abstand vom Kernmittelpunkt eingeschränkt werden, der nicht größer ist als der Abstand 472 der Kernmitte vom Ende 468 der Austrittsklemmwalze 52a und der Abstand 474 vom Ende 464 der Austrittsklemmwalze 54a; in diesem Fall ist der kleinere Abstand 472 ausschlaggebend. Außerdem werden die losen Enden, wie z. B. die um den Kern herum seitlich abstehenden Enden 460, auf einen Abstand von der Kernmitte eingeschränkt, der nicht größer ist als der Abstand 476 der Kernmitte vom Ende 466 der Austrittsklemmwalze 52a und der Abstand 478 vom Ende 462 der Austrittsklemmwalze 54a; in diesem Fall ist der kleinere Abstand 476 ausschlaggebend.
Der Trog 450 kann nur angrenzend an die Klemmwalzen am Ausgang der Zone angeordnet werden und sich von dort über eine kurze Distanz erstrecken, oder er kann sich nahezu über die gesamte Länge der Zone 34 erstrecken, um die Kontrolle über die losen Filamente in der gesamten Zone zu behalten. Der Trog 450 kann wahlweise eine Abdeckung 480 aufweisen, um die losen Filamente in allen Richtungen voll einzuschließen, besonders wichtig ist jedoch, daß der Trog die Filamente seitlich einschließt, um zu verhindern, daß sie sich bis zu den Enden der Klemmwalzen erstrecken, wo sie sich leicht auf die Klemmwalzen aufwickeln. Wenn eine Abdeckung verwendet wird, sollte sie Zugang für eine Luftionisiervorrichtung bieten.
Wie wieder aus 11 erkennbar, schließt sich an die Walzengruppe 50a eine zweite Reißzone 36 mit der Walzengruppe 62a am Ablaufende an, die identisch mit der Walzengruppe 62 in den 1 und 8 ist. Innerhalb der zweiten Reißzone 36 sind ein elektrostatischer Neutralisierstab 206 in der Nähe der Streck- und Reißfaser 30 sowie eine Verwirbelungsdüse 208 angeordnet, die von der Faser 30 durchlaufen wird. Dies ist ähnlich der Konfiguration der gerade diskutierten ersten Reißzone. Außerdem ist in der zweiten Reißzone in der Nähe ihres Zulaufendes und neben der Walzengruppe 50a eine Saugdüse 212 angeordnet. Die Saugdüse 212 liefert eine sanfte Strömung eines gasförmigen Fluids in Bewegungsrichtung der Faser 30, um die aus der Walzengruppe 50a austretenden losen Filamentenden einzufangen und vorwärtszutreiben, so daß sie sich nicht auf die Walzen in der Walzengruppe 50a aufwickeln. Die Saugdüse 212 ist ein Typ, der von Airvac als Modell Nr. ITD 110 beziehbar ist. Eine solche Saugdüse kann auch in der ersten Reißzone 34 in der Nähe der Walzengruppe 42a eingesetzt werden, wenn die in die Zone eintretende Faser einige diskontinuierliche Filamente aufweist.
Nach die Walzengruppe 62a folgt eine Streckzone 144 mit einer Walzengruppe 148a am Ablaufende, die mit der Walzengruppe 148 in 9 identisch ist. Innerhalb der Streckzone 144 sind eine Saugdüse 214, Abbremsstäbe 216 und Führungsstäbe 218 angeordnet. Die Abbremsstäbe bieten einen gewissen Widerstand gegen das Strecken der Filamente, um der Faser einen gleichmäßigeren Denier zu geben. Die Bereitstellung einer Verwübelungsdüse, wie z. B. der Verwirbelungsdüse 208, in Flußrichtung vor und angrenzend an die Walzengruppe 148a kann nützlich sein.
Nach die Walzengruppe 148a folgt eine Verdichtungszone 38 mit einer Walzengruppe 74a am Ablaufende, die mit der Walzengruppe 74 in den 1, 8 und 9 identisch ist. Innerhalb der Verdichtungszone 38 sind eine Saugdüse 220 und eine Verwübelungsdüse 83a angeordnet. In der Praxis wird die Verwübelungsdüse 83a gewöhnlich in der Verdichtungszone 38 in einem Abstand von der Walzengruppe 148a von etwa 1/3 bis 1/2 der Länge der Verdichtungszone angeordnet. 26 zeigt die Verwübelungsdüse 83a in perspektivischer Ansicht, und 27 zeigt eine Schnittansicht mit einer in den Faserkanal 320 eintretenden gerissenen Faser 30. Der Faserkanal 320 weist vorzugsweise einen Querschnitt in Form eines gerundeten Dreiecks auf, vom Eintrittsende 322 aus gesehen. Die Düse 83a weist eine erste Rillenwand 324 in einer Eintrittsführungsfläche 326 auf, die in Verbindung mit einer äußeren Eintrittsfläche 328 am Eintrittsende 322 einen Coanda-Effekt (Umlenken tangentialer Strömung) bewirkt; sowie eine zweite Rillenwand 329 (27) in einer Austrittsführungsfläche 330 der Düse, die in Verbindung mit einer äußeren Austrittsfläche 332 an Austrittsende 334 des Faserkanals 320 einen Coanda-Effekt bewirkt. Ein Spannschlitz 336 schneidet den Faserkanal 320. Wie aus 27 erkennbar, führt ein Fluideinlaßkanal 338 dem Faserkanal 320 Fluid zu, um die Faser zur Verdichtung zu einem Garn zu verwirbeln. Der Fluidkanal 338 ist in einem Winkel 340 zum Ablaufende der Düse am Austrittsende 334 angeordnet, in Richtung der Faserbewegung durch die Düse, um das Absaugen von Fluid aus dem Zulaufende des Faserkanals zu minimieren. Außerdem ist der Garnkanal 320 der Verwirbelungsdüse in einem Winkel 342 zum Faserweg 344 zwischen der Walzengruppe 148a und 74a (11) angeordnet, so daß Fluid, das aus dem Zulaufende des Garnkanals austritt, abwärts vom Faserweg weg gelenkt wird. Die Führungen 346 und 348 können verwendet werden, um die Führung der Faser durch die Düse zu unterstützen. Diese Weiterleitung von Fluid, das aus dem flußaufwärts liegenden Ende des Garnkanals austritt, minimiert die Ausbreitung etwaiger loser Filamente in der Faser beim Eintritt der Faser in die Verwirbelungsdüse. Eine solche Verwübelungsdüse 83a wird ausführlicher in US-A-6052878 von Allred et al. beschrieben, die hier durch Verweis einbezogen wird. In der vorliegenden Ausführungsform würden weitere Filamentverbindungsdüsen funktionieren. Eine weitere derartige Düse ist diejenige, die in dem Murata Jet Spinner-Katalog (Düsenspinnvorrichtungen) und der PCT-Patentamneldung WO 98/48088 beschrieben wird, die oben bereits erwähnt wurden. Eine weitere Verwübelungsdüse wird in US-A-4825633 von Artz et al. beschrieben, die hier durch Verweis einbezogen wird. Die Faser 30 wird nach dem Durchgang durch die Verdichtungseinrichtung (wie z. B. eine der gerade diskutierten Düsen oder eine andere, weiter oben offenbarte Einrichtung) zu einem verdichteten Garn 32 (11), das einen guten Zusammenhalt und gute Festigkeit aufweist.
Die Artz-Düse wird nachstehend unter Bezugnahme auf 28 weiter diskutiert, welche die linke Hälfte in Schnittdarstellung entlang dem Faserweg und die rechte Hälfte in Draufsicht zeigt. In US-A-4825633 wird die Düse als pneumatisches Torsions- bzw. Verwindungselement bezeichnet, das auf die in US-A-5048281 beschriebene Weise gesteuert werden kann. Das pneumatische Torsionselement 83b weist eine Injektorkomponente oder erste Düse 350 mit einer Spinnbohrung 351 und eine Torsionskomponente oder zweite Düse 352 mit einer Spinnbohrung 353 auf. Die zwei Komponenten werden durch eine gemeinsame Haltevorrichtung 354 in Bezug aufeinander fixiert, in der außerdem eine erste Evakuierungskammer 356 und eine zweite Evakuierungskammer 358 zur Reinigung von mit der Faser verbundenen Abriebteilchen untergebracht sind. Die gerissene Faser 30 passiert zuerst die Bohrung der ersten Düse 350. Es wird angenommen, daß diese erste Düse den Weitertransport der Faser und eine gewisse Zwirnung loser Filamente am äußeren Umfang des sich verdrehenden Faserkerns bewirkt, der durch die zweite Düse geformt wird. Die Faser passiert dann die Bohrung der zweiten Düse 352. Es besteht die Ansicht, daß diese zweite Düse eine Zwirnung der Filamente im Faserkern in Flußrichtung vor der zweiten Düse und durch die erste Düse bewirkt, ohne eine Verflechtung zwischen den Filamenten im Garn hervorzurufen. Dieses Verständnis stimmt mit der Funktionsweise der Murata-Doppeldüsenanordnung überein, die in einem Artikel im Journal of the Textile Institute, 1987, Nr. 3, 5. 189–219, mit dem Titel "The Insertion of 'Twist' into Yarns by Means of Air Jets" von P. Grosberg, W. Oxenham und M. Miao diskutiert wird; der Artikel besteht aus Teil I: Experimentelle Untersuchung des Spinnens mit Luftdüsen; und Teil II: Drallverteilung und Drallerteilungsgeschwindigkeiten bei der Zwirnung mit Luftdüsen. Die erste Evakuierungskammer 356 ist angrenzend an das Austrittsende 360 der ersten Düse 350 angeordnet und steht an einer Seite 362 in Fluidverbindung mit einer Vakuumquelle und an einer gegenüberliegenden Seite 364 in Fluidverbindung mit der Atmosphäre. Luft, die von der Seite 364 nach 362 quer über den Weg der Faser fließt, entfernt lose gerissene Filamente und Polymer- oder Appreturpulver und Staub aus dem Faserweg. Die Faser durchläuft dann die zweite Düse 352 sowie eine Spannöffnung 366 und die zweite Evakuierungskammer 358. Sowohl die Spannöffnung als auch die zweite Evakuierungskammer sind nahe am Austrittsende 368 der zweiten Düse 352 angeordnet. Die zweite Evakuierungskammer 358 enthält in Längsrichtung einen Spannschlitz 370, der nach dem Spannen durch eine zylinderförmige Abdeckung (nicht dargestellt) abgedeckt werden kann. Eine solche Abdeckung kann sich um die Außenfläche 372 der Haltevorrichtung 354 drehen, um den Schlitz abzudecken und freizugeben, wenn die Oberfläche eine die Kammer 358 umgebende Zylinderfläche ist, die mit der Abdeckung zusammenpaßt. Die zweite Evakuierungskammer steht an einer Seite 374 in Fluidverbindung mit einer Vakuumquelle und steht an dem Spannschlitz 370 (wenn die Abdeckung offen ist oder fehlt) und an den Enden 376 und 378 in Fluidverbindung mit der Atmosphäre. Luft, die aus den Enden 376 und 378 und durch den Schlitz 370 ausströmt, fließt entlang dem Faserweg und entfernt lose gerissene Filamente und Polymer- oder Appreturpulver und Staub aus dem Faserweg. Die Funktionsweise des Torsionselements 83a ist nicht von den ersten und zweiten Evakuierungskammern abhängig, sondern diese tragen zur Zuverlässigkeit des Elements bei, indem sie es sauberhalten.
Die erste Düsen- oder Injektorkomponente 350 weist Druckgas auf, vorzugsweise Luft, die durch eine Leitung 380 in einen Ringkanal 382 eingespeist wird, der das Fluid zu mehreren Druckfluidkanälen leitet, wie z. B. 384 und 386. Die Kanäle 384 und 386 schneiden die Spinnbohrung 351 mit einem Durchmesser d₁ auf bekannte Weise an einer zum Bohrungsdurchmesser tangentialen Stelle und in einem Winkel 388 schräg zur Faserbewegungsrichtung durch die Bohrung. Die Eintrittsöffnung 389 der Bohrung 351 der ersten Düse 350 kann eine gerade Zylinderform aufweisen, wie dargestellt, oder kann konisch verjüngt sein und Kerben aufweisen, um die Ausbreitung des Dralls in der Faser zu beeinflussen. Die zweite Düse oder Torsionskomponente 352 weist gleichfalls eine Luftzufuhr durch eine Leitung 390 in einen Ringkanal 392 auf, der das Fluid zu mehreren Druckfluidkanälen leitet, wie z. B. 394 und 396, welche die Bohrung 353 mit einem Durchmesser d_D schneiden. Die erste Düse 350 hat einen charakteristischen Abstand l₁ vom Ende 360 zu einem Kanal, wie z. B. 386, und die zweite Düse 352 hat einen charakteristischen Abstand l_D von einem Eintrittsende 398 zu einem Kanal, wie z. B. 396. Die erste Düse 350 ist in einem Abstand "a" von der zweiten Düse 352 angeordnet, gemessen zwischen Druckfluidkanälen, wo diese die Spinnbohrung jeder Düse schneiden. Dieser Abstand wird für die jeweils zu verarbeitende Faser eingestellt und kann für Fasern mit großer mittlerer Filamentlänge größer und für Fasern mit kleiner mittlerer Filamentlänge kleiner sein. Die ersten und zweiten Düsen 350 und 352 werden durch Befestigungsmittel, wie z. B. Klemmschrauben (nicht dargestellt), verstellbar fixiert in gemeinsame Haltevorrichtung 354, um die Einstellung des Abstands "a" zu erleichtern. Alternativ kann jede Düse unabhängige Haltevorrichtungen aufweisen und beabstandet auf dem Maschinenrahmen (nicht dargestellt) montiert werden. Für jedes Verfahren zur Verdichtung von Fasern mit diskontinuierlichen Filamenten, die eine mittlere Filamentlänge von mehr als 10,16 cm (4,0 Zoll) und vorzugsweise von mehr als 15,24 cm (6 Zoll) aufweisen, ist überraschenderweise festgestellt worden, daß die Gleichmäßigkeit der Garnfestigkeit maximiert wird, wenn der Abstand "a" proportional zur mittleren Filamentlänge der Faser eingestellt wird.
In Bezug auf die Vorrichtung von 11 wird in der Verdichtungszone 38 anstelle der Vorrichtung 83a das pneumatische Torsionselement 83b eingesetzt, und die Saugdüse 220 wird entfernt. Wie wieder aus 28 erkennbar, wird die erste Düse 350 so nahe wie möglich an der Klemmwalzenguppe 148a (11) eingesetzt, wobei der Abstand vom Klemmspalt zu der Stelle in der ersten Düse, wo die Fluidkanäle 384 und 386 die Spinnbohrung 351 schneiden, etwa 2,54 cm (1,0 Zoll) beträgt. Die zweite Düse wird auf verschiedene Abstände "a" von der Position der ersten Düse eingestellt, wo die Fluidkanäle 394 und 396 die Spinnbohrung 353 schneiden.
35 zeigt ein Diagramm der Garnfestigkeit für ein Garn mit einer mittleren Filamentlänge "avg" mit Datenpunkten für jede mittlere Länge, die bei unterschiedlichen Abständen "a" zwischen den Fluidkanälen in den ersten und zweiten Düsen 350 bzw. 352 in 28 gemessen wurde. Bei jedem Abstand "a" werden mehrere Garnproben entnommen, und eine mittlere Festigkeitszahl in Gramm pro Denier (g/den) wird nach dem Lea Product-Verfahren ermittelt. Für die mit 8.0; 8.9 und 17.5 bezeichneten Kurven ist in dem Diagramm erkennbar, daß die Festigkeitsmaxima bei einem bestimmten Wert liegen, wo der Abstand zwischen den Düsen yy Zoll beträgt. Zum Vergleich mit der mittleren Filamentlänge für das gerade verarbeitete Garn wird ein Verhältnis avg/yy gebildet, das für die Auswahl des geeigneten Werts für "a" verwendbar ist. Wiederholung dieses Tests für mehrere unterschiedliche Garnlängen ergab Werte für "a" im Bereich von 0,74 avg bis 1,53 avg, oder vorzugsweise von 0,5 avg bis 2,0 avg, wobei der mittlere und bevorzugte Wert 1,1 avg betrug. Diese Ergebnisse werden weiter unten unter Bezugnahme auf die Tests 20–23 weiter diskutiert. Ein anderer Test (nicht dargestellt), wobei die zweite Düse von den Klemmwalzen beabstandet blieb und die erste Düse in die Nähe der zweiten Düse bewegt wurde, ergab niedrigere Festigkeitswerte für das verdichtete Garn, so daß angenommen wird, daß die wichtige Beziehung der Abstand zwischen den Düsen und nicht nur der Abstand der zweiten Düse von der Klemmwalze ist.
Wie aus 11 erkennbar, wird im Anschluß an die Walzengruppe 74a das verdichtete Garn zu einer Wickelmaschine 222 gelenkt. Zwischen der Walzengruppe 74a und der Wickelmaschine 222 sind eine Ansaugdüse 224 und eine Rillenführungswalze 226 angeordnet. Die Wickelmaschine weist einen Tänzerarm und eine Rillenwalze 228, die an einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) zur Steuerung der Wickelmaschinengeschwindigkeit angebracht sind, eine Traversiervorrichtung 230 zur Querbewegung des Garns 32 entlang einer Achse eines Garnwickels 232 und eine getriebene Spindel 234 auf. Die Wickelmaschine ist von herkömmlicher Konstruktion, die für den mit der Wickeltechnik vertrauten Fachmann keiner weiteren Erklärung bedarf.
11 zeigt ein Verfahren, bei dem alle Funktionszonen, die auf igendeine Weise das Garn behandeln, im wesentlichen auf einem geradlinigen Weg angeordnet sind. 11 zeigt als Funktionszonen die Streckzone 124, die erste Reißzone 34, die zweite Reißzone 36, die Streckzone 144 und die Verdichtungszone 38 alle in einer Linie von links nach rechts, wobei die Faser einem im wesentlichen geraden Weg durch jede Funktionszone folgt, wobei der Weg in jeder Funktionszone einen Wegeinheitsvektor (einen Vektor mit einer Richtung und einem Betrag 1) definiert, der eine Spitze in Richtung der Faserbewegung und ein Ende aufweist. Der Prozeß funktioniert gut, beansprucht aber eine große Aufstellfläche. Für Produktionsmaschinen in einer Fabrik ist die optimale Nutzung von Aufstellfläche wichtig, um die Kosten niedrig zu halten. 32 zeigt eine Reißvorrichtung 400 für ein Verfahren, bei dem der Faserweg durch eine oder mehrere von den Funktionszonen gefaltet angeordnet ist, so daß, wenn ein Wegvektor in einer ersten Funktionszone Ende an Ende mit einem Wegvektor in einer nächstfolgenden Funktionszone angeordnet ist, ein eingeschlossener Winkel zwischen 45° und 180° definiert wird, der zu einer kompakten Aufstellfläche für den Prozeß führt.
Wie aus 32 erkennbar, weist die Reißvorrichtung 400 auf: eine Streckzone 402 zwischen Walzengruppen 404 und 406, eine erste Reißzone 408 zwischen Walzengruppen 406 und 410, eine zweite Reißzone 412 zwischen Walzengruppen 410 und 414 und eine Verdichtungszone 416 zwischen Walzengruppen 414 und 418. Das verdichtete Garn wird bei 420 durch ein Wickelmaschinensystem aufgewickelt. Ähnlich der Vorrichtung in 11 enthält auch die Vorrichtung 400 ein Heizelement 140, einen elektrostatischen Neutralisierstab 186, Verwirbelungsdüsen 188 und 208, eine Verdichtungseinrichtung 83, wie z. B. 83a (26 und 27) oder 83b (28) und verschiedene andere Transportdüsen, Führungen, Klemmwalzen usw. Außerdem ist zwischen dem Heizelement 140 und der ersten Reißzone 408 eine Hitzeabschirmung 417 angeordnet. Um Flexibilität bei der Herstellung verschiedener Produkte zu erreichen, ist bei 419 hinter der Streckzone 402 und vor der ersten Reißzone 408 eine zweite Faserzuführung vorhanden. Eine dritte Faserzuführungsstelle ist bei 421 hinter der zweiten Reißzone 412 und vor der Verdichtungszone 416 vorhanden. Im Betrieb tritt eine Zulauffaser 30 von einem Spulengatter (nicht dargestellt) in Position 424 in Richtung eines Wegvektors 426 mit einer Spitze 425 und einem Ende 427 in die Reißvorrichtung 400 ein. Der Wegvektor 426 ist kein Wegvektor für eine Funktionszone, da die Faser an diesem Punkt gerade transportiert und nicht auf irgendeine Weise behandelt wird. Die Faser läuft durch die Walzengruppe 404 und bewegt sich in Richtung eines Wegvektors 428 durch die Funktionszone zum Strecken der Faser, die Streckzone 402. Dann durchläuft die Faser 30 die Walzengruppe 406 und bewegt sich in Richtung eines Wegvektors 430 durch die Funktionszone für das Streckreißen, die erste Reißzone 408. Die Faser passiert dann die Walzengruppe 410 und bewegt sich in Richtung eines Wegvektors 432 durch die Funktionszone für das Streckreißen, die zweite Reißzone 412. Dann passiert die Faser die Walzengruppe 414 und bewegt sich in Richtung eines Wegvektors 434 durch die Funktionszone für das Verdichten, die Verdichtungszone 416. Das verdichtete Garn 32 wird dann an der Wickelmaschine 420 zu einem Garnkörper gewickelt.
Die 33A, B und C zeigen die Anordnung von Vektoren zur Definition des Faltvorgangs, der zwischen den Wegen für die Funktionszonen stattfindet. In 33A sind die Wegvektoren 428 und 430 aufeinanderfolgender Funktionszonen Ende an Ende aneinandergelegt. Der Wegvektor 430 ist so angeordnet, daß sein Ende mit dem Ende des Wegvektors 428 zusammenfällt, und der eingeschlossene Winkel zwischen den beiden geradlinigen Vektoren ist bei 436 angezeigt und beträgt etwa 180°. In 33B sind Wegvektoren 430 und 432 aufeinanderfolgender Funktionszonen Ende an Ende zusammengelegt. Der Wegvektor 432 ist so angeordnet, daß sein Ende mit dem Ende des Wegvektors 430 zusammenfällt, und der eingeschlossene Winkel zwischen den beiden geradlinigen Vektoren ist bei 438 angezeigt und beträgt etwa 90°. In 33C sind Wegvektoren 432 und 434 Ende an Ende zusammengelegt. Der Wegvektor 434 ist so angeordnet, daß sein Ende mit dem Ende des Wegvektors 432 zusammenfällt, und der eingeschlossene Winkel zwischen den beiden geradlinigen Vektoren ist bei 440 angezeigt und ist etwas größer als 90°. Wenn außerdem nur zwei Funktionszonen in der Reißvorrichtung vorhanden wären, eine Reißzone und eine Verdichtungszone, dann erstreckt sich der Wegvektor 430 der Faser in der ersten Reißzone 408 in eine Richtung, und der Wegvektor 434 der Faser in der Verdichtungszone 416 ist so gefaltet, daß er sich in eine zum Weg in der Reißzone entgegengesetzte, d. h. um etwa 180° gedrehte Richtung erstreckt. Dies führt zu einer kompakten Anordnung, die eine minimale Aufstellfläche einnimmt. Es ist nicht notwendig, daß alle aufeinanderfolgenden Funktionszonen gefaltet sind, aber um Platz zu sparen, sollte der Faserweg mindestens zwei aufeinanderfolgender Zonen beim Übergang von einer Zone zur nächsten gefaltet werden.
Dieses Falten der Faserwege durch die Funktionszone, so daß bei Anordnung eines Wegvektors in einer ersten Funktionszone Ende an Ende mit einem Wegvektor in einer nächstfolgenden Funktionszone ein eingeschlossener Winkel zwischen 45° und 180° definiert wird, führt zu einer kompakten Aufstellfläche für die Vorrichtung zur praktischen Ausführung des Reißverfahrens. In einem Fall mit mehr als zwei Funktionszonen können mehrere eingeschlossene Winkel jeweils zwischen aufeinanderfolgenden Funktionszonen vorhanden sein, wo der Faserweg gefaltet ist. In dem Fall mit mehreren Faltungen und eingeschlossenen Winkeln wird das erfindungsgemäße System der gefalteten Wege alternativ definiert, wenn die Summe der Absolutwerte aller einzelnen eingeschlossenen Winkel zwischen aufeinanderfolgenden Funktionszonen vorzugsweise mindestens 90° und besonders bevorzugt mindestens 180° beträgt. Die in 32 dargestellte Anordnung ist nur eine Faltanordnung für ein Reißverfahren, und die Konzeption der gefalteten Wege ist auf andere Reißverfahren und eine andere Wegvektoranordnung anwendbar.
Das durch die Vorrichtung von 11 erzeugte Garn ist ein Stapelgarn mit diskontinuierlichen Filamenten und einem Denier, der ohne andere Weiterverarbeitung als das herkömmliche Färben oder dergleichen ohne weiteres in Textil-Endanwendungen eingesetzt werden kann. Die längenbezogene Masse bzw. der Denier des Stapelgarnprodukts ist typischerweise annähernd kleiner oder gleich 1000 Denier, oder anders gesagt, es handelt sich um ein Stapelgarn mit höchstens 500 Filamenten pro Querschnitt, wobei die längenbezogene Masse mehr als 1000 Denier betragen kann. Es wird für wichtig gehalten, daß das Verfahren mit einer gelegten Faser vor relativ kleinem Denier wirtschaftlich arbeiten kann, wodurch ein kostenaufwendiger Wickelschritt entfällt und die Verwendung von unverstreckten Fasern ermöglicht wird, die manchmal schwer erfolgreich zu einem Garnkörper aufzuwickeln sind. Dies steht im Gegensatz zu einer Faserbandreißvorrichtung, wie z. B. derjenigen, die in dem obigen Dokument US-A-4924556 diskutiert wurde. Es besteht die Ansicht, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit Verwendung von gelegter Zulauffaser 30 für einen Reißvorgang zur Herstellung eines verdichteten Garns 32 besonders vorteilhaft ist. Ein derartiges Verfahren weist auf Entnahme einer Faser mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1,0 m/min aus einem Behälter, der Faser mit kontinuierlichen Filamenten enthält, die darin gelegt worden ist, wobei die Faser einen Denier von 2000–40000 Denier aufweist und der Behälter 4,54–90,7 kg (10–200 lb) Faser enthält, und Einspeisen der Faser in eine Faserreißzone sowie Streckreißen der Faser in der Reißzone durch Erhöhen der Fasergeschwindigkeit innerhalb einer vorgegebenen Zonenlänge in einem Geschwindigkeitsverhältnis von mehr als 2,0 und Verdichtung der Faser in Flußrichtung hinter der Reißzone zur Bildung eines Stapelgarns. Vorzugsweise wird die Faser, bevor sie gerissen wird, in einer Streckzone in Flußrichtung vor der Reißzone gestreckt und getempert, indem die Fasergeschwindigkeit innerhalb einer vorgegebenen Streckzonenlänge erhöht und die Faser innerhalb der Länge erwärmt wird.
Die gelegte Faser erhält man vorzugsweise besonders wirtschaftlich durch ein modifiziertes Verfahren für den Betrieb einer Stapelfaserspinnmaschine mit einem einzigen Polymerzufuhrsystem, das mehrere normalerweise miteinander kombinierte Spinnpositionen speist, um ein einziges grobes Kabelprodukt herzustellen, das in einem Behälter aufgefangen wird, um später zu Stapelfaser konvertiert zu werden. 29 veranschaulicht ein solches System, das eine Stapelfaserspinnmaschine 500 mit beispielsweise 10 Positionen aufweist, wie etwa die Einzelpositionen 502, 504, 506, 508 und 510, wobei die Maschine bei 511 von einer Einzelzufuhr mit Polymer versorgt wird. Die Positionen werden alle zu einem groben Kabelprodukt 512 vereinigt, das in einem großen Behälter 514 abgelegt wird. In einem herkömmlichen Stapelkonvertierungsverfahren wird der Behälter 514, der über 453,6 kg (1000 lb) Produkt aufnimmt, mit anderen Behältern kombiniert und durchläuft einen Konvertierungsprozeß, der mit 516 gekennzeichnet ist und schließlich dazu führt, daß Stapelfaser in einer Kardier-, Kämm- und Spinnanlage 518 zu Garn gesponnen wird. Wie aus 30 erkennbar, umfaßt die Verbesserung die Betriebsführung der modifizierten Stapelfaserspinnmaschine 501, die mindestens etwa 10 Spinnpositionen aufweist, um gleichzeitig mehrere feine Kabelprodukte statt eines groben Kabelprodukts herzustellen, wobei die feinen Produkte jeweils weniger als etwa 20% des groben Kabelprodukts ausmachen. In 30 ist vorgesehen, daß mindestens 2 Positionen, und vorzugsweise mindestens 5 Positionen, z. B. die Positionen 502, 504, 506, 508 und 510, individuelle feine Kabelprodukte produzieren und die übrigen 5 oder mehr Positionen weiterhin ein grobes Kabelprodukt produzieren könnten, oder, wie in 31 ersichtlich, daß alle Positionen der modifizierten Stapelspinnmaschine 503 individuelle feine Kabelprodukte erzeugen könnten. Ein einzelnes feines Kabelprodukt 30 weist mindestens 500 Fasern in einer Spinnposition auf, wobei das Produkt in einem individuellen Behälter 160 aufgefangen wird, der etwa 9,07 bis 90,7 kg (20 bis 200 lb) feines Kabelprodukt aufnimmt. Die Einrichtung zur Aufnahme des individuellen feinen Kabelprodukts weist eine Legevorrichtung 524 oder eine Wickelmaschine (nicht dargestellt) auf; vorzugsweise wird eine Legevorrichtung verwendet, um unverstrecktes Produkt so in dem Behälter 160 aufzufangen, daß das Produkt gelagert, transportiert und zur Weiterverarbeitung entnommen werden kann. Eine Kreuzspule auf einem Spulenkern einer Wickelmaschine ist auch ein Behälter, von dem aus das Produkt gelagert, transportiert und zur Weiterverarbeitung entnommen werden kann.
Das neue Betriebsverfahren für die Stapelspinnmaschine schließt auch eine Veränderung der Faserprodukteigenschaften für mindestens eine Spinnposition ein, die das feine Produkt so herstellt, daß die Faserprodukteigenschaften sich von den übrigen Spinnpositionen unterscheiden, die entweder das feine Produkt oder das grobe Produkt herstellen. Zu diesen veränderten Faserprodukteigenschaften können ein anderer Denier pro Filament, eine andere Appretur, eine andere Farbe durch direktes Farbeinspritzen an der Spinnposition, ein anderer Filamentquerschnitt oder andere Faserdifferenzen gehören, die gewöhnlich in einer individuellen Spinnposition verfügbar sind.
Das neue Betriebsverfahren der Stapelspinnmaschine weist ferner die Bereitstellung einer Einrichtung zur Verarbeitung des feinen Kabelprodukts von mindestens einer Spinnposition auf, um das feine Kabelprodukt in ein Spinnfasergarn zu konvertieren. Eine derartige Einrichtung, die in den 30 und 31 dargestellt ist, weist vorzugsweise die erfindungsgemäße Streckreißmaschine 522 auf, die aus dem Legefaserbehälter 160 gespeist wird. Alternativ könnte die Maschine das Verfahren gemäß US-A-4667463 von Minorikawa oder die Appretur gemäß US-A-4 080 778 von Adams oder dergleichen aufweisen, wodurch Fasern mit kontinuierlichen Filamenten in Stapelgarn mit diskontinuierlichen Filamenten konvertiert werden. Jede Position an der Stapelfaserspinnmaschine, wie z. B. die Position 502, könnte den Bedarf von möglicherweise 10 Spinnpositionen, wie z. B. der Position 526, an einer Streckreißmaschine 522 liefern, so daß viele Streckreißmaschinen, wie etwa 522 und 522a, jeweils mit einer Vielzahl von Positionen mit Faser von einer einzigen Stapelfaserspinnmaschine 500 versorgt werden könnten.
Das Zulaufgarn 30 kann durch eine Legevorrichtung, wie sie in US-A-4221345 offenbart wird, in dem Legebehälter 160 gemäß den 11, 30 und 31 bereitgestellt werden, oder es kann durch eine in den 13 und 14 dargestellte Vorrichtung bereitgestellt werden. 13 zeigt eine Legevorrichtung 236, die eine Führungsrolle 238, eine Laufrolle 240, eine Antriebsrolle 242, eine Saugdüse 244, einen Faserverteilungsrotor 246, einen Rotorantrieb 248, einen Behälter 250 und eine Behälterchangiereinrichtung 252 aufweist. Die Faser 30 kann von einer Stapelfaserspinnmaschine für kontinuierliche synthetische Filamente herkommen, wie z. B. von der Stapelfaserspinnmaschine 501 oder 503 in den 30 bzw. 31. Die Führungsrolle 238 führt die Faser zu einer Laufrollen/Antriebsrollen-Kombination mit den Rollen 240 bzw. 242, wo die Faser mindestens einen vollständigen Umlauf ausführt, wie durch die Pfeile 254 und 256 dargestellt, bevor sie der Saugdüse 244 in Richtung des Pfeils 258 zugeführt wird. Die Faser wird durch ein gasförmiges Fluid in der Saugdüse zu einem Eintrittskanal 260 im Rotor 246 vorwärtsgetrieben, der durch einen Rotorantrieb 248 in kontinuierliche Drehung versetzt wird.
Die Faser durchläuft den Rotor 246 und verläßt ihn durch einen Kanalausgang 262. Die Faser bewegt sich dann auf einem spiralförmigen Weg 264 abwärts in den Behälter 250. Während sich ein Abschnitt des Behälters allmählich mit Faser füllt, verschiebt die Behälterchangiereinrichtung den Behälter langsam unter den Rotor, um den Behälter nach und nach mit hin und her geführten Lagen aus spiralförmig gelegter Faser zu füllen. Eine solche Legevorrichtung kann mit Geschwindigkeiten arbeiten, die mit herkömmlichen Spinnpositionen übereinstimmen, und Fasern so ablegen, daß sie mit niedriger Geschwindigkeit, die mit Streckreißgeschwindigkeiten übereinstimmt, aus dem Behälter entnommen werden können.
14 zeigt eine Detailschnittansicht des Rotors 246, der einen Körper 266 aufweist. Der Eintrittskanal 260 befindet sich am oberen Ende des Körpers 266 im Rotationsmittelpunkt des Körpers 266 und ist mit dem Kanalaustritt 262 durch einen abgewinkelten Kanal 268 verbunden, durch den die Faser 30 (11) und Fluid von der Saugdüse 244 (13) leicht passieren können. Eine Ausgleichbohrung 270 ist gegenüber dem Kanalaustritt 262 vorgesehen, um den Rotor auszuwuchten und die Vibration während der Rotation zu minimieren.
Die in den 1, 8 und 9 dargestellten Verfahren mit Verwendung der Vorrichtung von 11 können ein Stapelfasergarn mit einem Denier kleiner oder gleich 1000 Denier oder ein Stapelfasergarn mit höchstens 500 Filamenten pro Querschnitt produzieren. Ein derartiges Garn weist eine außergewöhnliche Filamentlängenverteilung auf, wenn die Reißzonen gemäß der obigen Beschreibung betrieben werden, um ein bestimmtes Streckreißgarn bereitzustellen. Das außergewöhnliche Streckreißgarn weist eine bestimmte mittlere Filamentlänge, eine maximale Filamentlänge und einen Filamentlängenbereich auf. Ein derartiges Streckreißgarn weist eine brauchbare Anzahl von Filamentenden pro Zoll auf. Ein erheblicher Anteil dieser zahlreichen Filamentenden ist in Form von abstehenden Enden zu finden, die vom Mittelabschnitt des Garns abstehen und dem Garn eine wünschenswert Griffigkeit oder "Griff" verleihen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Garn eine zahlengemittelte (im Vergleich zur massegemittelten) Filamentlänge auf, die größer als 15,24 cm (6 Zoll) ist, die maximale Filamentlänge von 99% der Filamente ist kleiner als 63,5 cm (25 Zoll) und die mittleren 98% der Filamentlängen definieren einen Längenbereich, der größer oder gleich der mittleren Länge ist. Der Bereich ist gleich der Differenz aus der maximalen Länge der mittleren 98% Proben und der minimalen Länge der mittleren 98% Proben. Das Garn kann auch als verdichtete Chemiefaser aus diskontinuierlichen Filamenten unterschiedlicher Länge charakterisiert werden, wobei die Filamente in Längsrichtung des Garns miteinander vermischt sind, um die Einheitlichkeit des Garns aufrechtzuerhalten, wobei die mittlere Länge avg der Filamente größer als 15,24 cm (6 Zoll) ist und die Faser eine Filamentlängenverteilung aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß 5% bis weniger als 15% der Filamente eine Länge aufweisen, die größer als das 1,5-fache der mittleren Länge avg ist. Vorzugsweise weist die Filamentlängenverteilung auch 5% bis weniger als 15% der Filamente auf, deren Länge kleiner als 0,5 avg ist.
15 stellt ein Diagramm der Filamentlängenverteilung für ein Garn dar, das entsprechend den folgenden Prozeßparametern hergestellt wurde.

– e_b = 3,5, Zulaufgarn zur Streckzone
– e_b = 0,247, Zulaufgarn-Wert nach dem Strecken und dem Eintritt in die erste Reißzone
– e_b = 0,1 (geschätzter Wert beim Eintritt in die zweite Reißzone)
– L1 = 129,54 cm (51,0 Zoll); L2 = 42,926 cm (16,9 Zoll); (L2 = 0,33 L1)
– D1 = 3; D2 = 2; ((D2 – 1)/(D1 – 1) = 0,5
– Streckgeschwindigkeitsverhältnis D4 = 4,2
– Strecklänge L4 = 284,48 cm (112 Zoll)
– Strecktemperatur = 188°C über eine Kontaktfläche von 30,48 cm (12 Zoll)
– Zulaufmaterial war eine Faser von 9147 Denier, Nylon mit kontinuierlichen Filamenten von 6,6 dpf (Denier pro Filament) aus einem Behälter mit gelegter Faser.

Das Histogramm in 15 stellt die Filamentlängenverteilung der konkreten Garnprobe dar und ist mit 271 bezeichnet. Die Filamentlängen wurden vor der Verdichtung aus der Faser gezogen, so daß sie leicht entfernt werden konnten. Es wurde kein Strecken angewandt. Die Filamentlängen wurden nach dem Verfahren ermittelt, das in US-A-4118921 in den Abschnitten mit den Titeln "mittlere Faserlänge", "Faserlängenverteilung" und "Faserlängenhistogramm" beschrieben wird, die hier durch Verweis einbezogen wird. Durch Messung und Berechnung des Deniers war bekannt, daß in dem von der zweiten Reißzone herkommenden Faserquerschnitt etwa 192 Filamente enthalten waren; daher wurden 500 Filamente aus dem neuen Faserende entfernt, und die Längen wurde aufgezeichnet und in Schritten von 2,54 cm (1 Zoll) gruppiert. Die Verfahrensweise zur Ermittlung dieser Filamentzahl bestand darin, daß das unter "mittlere Filamentlänge" beschriebene Verfahren nach jeder Charge von 100 Filamenten wiederholt wurde. Daraus ergab sich das Histogramm 271 der Faserlänge und -häufigkeit von 15. Die Modellsimulation des Verfahrens wurde auf die gleiche Weise wie das konkrete Testverfahren eingerichtet, um die durch die Kurve 272 von 15 dargestellte Filamentlängenverteilung vorauszusagen. Wie erkennbar ist, kommt die Simulation der Filamentlängenverteilung der tatsächlichen Filamentlängenverteilung nahe. Für den konkreten Test betrug die zahlengemittelte Filamentlänge 27,94 cm (11,0 Zoll), und für die Simulation war die mittlere Filamentlänge 28,194 cm (11,1 Zoll). Für den konkreten Test betrug die Länge der mittleren 98% der Filamentlängen 7,62 cm (3 Zoll) bis 45,72 cm (18 Zoll) für einen Bereich von 38,1 cm (15 Zoll). Für die Simulation betrugen die Längen 8,89 cm (3,5 Zoll) bis 49,53 cm (19,5 Zoll) für einen Bereich von 40,64 cm (16 Zoll). Für den konkreten Test betrug die maximale Länge von 99% der Filamente 45,72 cm (18 Zoll), und für die Simulation war die maximale Länge 49,53 cm (19,5 Zoll). Simulationswerte in diesen Fällen lagen innerhalb von 10% um die tatsächlichen Werte. Die Anzahl von Filamenten mit einer Länge von weniger als dem 0,5-fachen des Mittelwerts avg und die Anzahl mit einer Länge von mehr als dem 1,5-fachen des Mittelwerts wurden gemessen und simuliert. Die Meßergebnisse sind zu 8,2% kleiner als 0,5 avg und zu 5,0% größer als 1,5 avg. Die simulierten Ergebnisse sind zu 11,16% kleiner als 0,5 avg und zu 10,27% größer als 1,5 avg. Diese Simulationsergebnisse stimmen nicht so gut mit den Messungen überein. Die Meßergebnisse der Filamentlängenverteilung für die oberen und unteren Ausläufer der Verteilung werden als statisch unzuverlässig angesehen, da viel zu wenige Filamentproben in den Ausläufern der Verteilung genommen wurden. In der Simulation werden insgesamt 40000 Filamente als Proben entnommen, worin viele Ausläuferfilamente enthalten sind. In der gemessenen Verteilung wurden insgesamt nur 500 Filamente gemessen, worin wenige Ausläuferfilamente enthalten sind. Alternativ konnten in der gemessenen Probe mehr Filamente entnommen werden. Die Daten in 15 sind auch in Tabelle I aufgeführt.
Werte des konkreten Tests und der Simulation, die innerhalb der Grenzwerte des erfindungsgemäßen Garnprodukts liegen, sind die folgenden:

– mittlere Filamentlänge = 27,92 cm (11,0 Zoll) und 28,194 cm (11,1 Zoll), die ≥ 15,24 cm (6 Zoll) sind.
– mittlerer 98%-Bereich = 38,1 cm (15 Zoll) und 40,64 cm (16 Zoll), die ≥ 27,94 cm (11,0 Zoll) bzw. 28,194 cm (11,1 Zoll) sind
– maximale 99%-Filamentlänge = 45,72 cm (18 Zoll) und 49,53 cm (19,5 Zoll), die ≤ 63,5 cm (25 Zoll) sind.
– Filamentlängen von weniger als 1,5 × avg = 5% und 10,27%, die zwischen 5% und weniger als 15% liegen
– Filamentlängen von weniger als 0,5 × avg = 8,2% und 11,16%, die zwischen 5% und weniger als 15% liegen

Die untenstehende Tabelle I zeigt weitere simulierte Betriebsbedingungen, einschließlich einiger Simulationen von Vergleichsbeispielen, und zeigt verschiedene Betriebsparameterbereiche, die innerhalb der Grenzwerte der Erfindung liegen. Einige konkrete Tests mit konkreten und simulierten Ergebnissen sind gleichfalls enthalten.
In Tabelle I können die in Zoll ('') angegebenen Messungen in Zentimeter umgerechnet werden, indem der aufgeführte Wert mit 2,54 multipliziert wird. Die Beispiele CE1 und CE2 sind simulierte Vergleichsbeispiele, die mit einem Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis von Dt = 25 arbeiten. In Beispiel CE1 ist die Reißzonenlänge L1 = 76,2 cm (30 Zoll), und der Anteil doppelt eingespannter Filamente ist niedrig. Wenn die Filamentverteilung von CE1 in 16 aufgezeichnet wird, stellt man fest, daß die maximale Länge von 99% der Filamente über 63,5 cm (25 Zoll) liegt. In CE2 ist die Reißzonenlänge 25,4 cm (10 Zoll) und die mittlere Filamentlänge ist kleiner als 15,24 cm (6 Zoll), wobei angenommen wird, daß dies zu einem Garn von geringerer Festigkeit beiträgt, wenn zur Verdichtung eine Verwirbelung angewandt wird. Die Filamentverteilung von CE2 ist in 17 aufgezeichnet, wo erkennbar ist, daß die maximale Länge von 99% der Filamente kleiner als 63,5 cm (25 Zoll) ist, was eine Verbesserung gegenüber dem Beispiel CE1 darstellt. Da der Anteil doppelt eingespannter Filamente in beiden Vergleichsbeispielen mit einzelnen Reißzonen niedrig ist, wird erwartet, daß bei der Ausführung dieser Beispiele Lauffähigkeitsprobleme auftreten. Bei der Durchführung von Tests, die den Simulationsbedingungen ähnlich waren, traten in einzelnen Reißzonen bei Geschwindigkeitsverhältnissen von annähernd 20 für Zonenlängen bis hinab zu 50,8 cm (20 Zoll) und von annähernd 5 für Zonenlängen von 25,4 cm (10 Zoll) Lauffähigkeitsprobleme auf.
Die Beispiele A, B, C D, E und F sind Simulationsbeispiele, die gleichfalls bei einem Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis Dt = 25 durchgeführt wurden. Beispiel A veranschaulicht ein hohes Geschwindigkeitsverhältnis von D2 = 10 in der zweiten Reißzone, das zu einem niedrigem Anteil doppelt eingespannter Filamente in der zweiten Reißzone führte, obwohl der Anteil um mehr als 50% größer ist als der in den einzelnen Reißzonen der Vergleichsbeispiele. Beispiel A1 zeigt, daß eine Verminderung des Geschwindigkeitsverhältnisses in der zweiten Reißzone und Erhöhung des Verhältnisses in der ersten Reißzone einen günstigen Wert für (D2 – 1)/(D1 – 1) von 2,0 ergibt. Es wird erwartet, daß dies zu einer Verbesserung der Lauffähigkeit gegenüber Beispiel A führt. Beispiel B zeigt einen Zustand, wo die ersten und zweiten Reißzonen mit dem gleichen Geschwindigkeitsverhältnis 5 betrieben werden. Dies liefert gute Ergebnisse für den Anteil doppelt eingespannter Filamente, obwohl die zweite Reißzone einen niedrigeren Wert aufweist, so daß Lauffähigkeitsprobleme wahrscheinlicher dort auftreten würden. Beispiel B1 zeigt, daß durch Verminderung des Geschwindigkeitsverhältnisses in der zweiten Reißzone und Erhöhen des Geschwindigkeitsverhältnisses in der ersten Reißzone eine Verbesserung der Lauffähigkeit der zweiten Zone zu erwarten wäre, so daß beide Zonen den gleichen hohen Anteil an doppelt eingespannten Filamenten aufweisen. Aus dem Diagramm von 4 erhält man bei einem Wert für (D2 – 1)/(D1 – 1) von 0,7 den Näherungswert von 3,8%. Beispiel C zeigt die Auswirkung eines hohen Geschwindigkeitsverhältnisses in der ersten Reißzone, das den Anteil doppelt eingespannter Filamente dort im Vergleich zu den Beispielen A und B verringert. Auf dem Niveau D1 = 10 ist jedoch der Anteil doppelt eingespannter Filamente höher als in der zweiten Reißzone, wenn in Beispiel A D2 = 10 ist. Dies wird auch durch die konkreten Daten in 10A gestützt, wenn man den Punkt maximaler Lauffähigkeit 157 für den Optimalwert (D2 – 1)/(D1 – 1) von 0,7 betrachtet. An diesem Punkt, wo Dt = 4,28 ist, ist der Wert für D1 gleich 7,5 und für D2 gleich 5,7. Es scheint, daß Lauffähigkeitsprobleme, die mit doppelt eingespannten Fasern verbunden sind, in der zweiten Reißzone bei einem niedrigeren Wert des Geschwindigkeitsverhältnisses auftreten als in der ersten Reißzone. Die Filamentverteilung für das Beispiel C ist in 18 dargestellt. Sie hat eine mittlere Länge = 16,54 cm (6,51 Zoll) (≥ 15,24 cm (6 Zoll)); einen mittleren 98%-Bereich = 25,4 cm (10 Zoll) (≥ 16,54 cm (6,51 Zoll)) und eine maximale 99%-Filamentlänge = 29,21 cm (11,5 Zoll) (≤ 63,5 cm (25 Zoll)). Die simulierten Ergebnisse für die Anzahl von Filamenten mit einer kleineren Länge als dem 0,5-fachen des Mittelwerts und für die Anzahl mit einer größeren Länge als dem 1,5-fachen des Mittelwerts sind um 13,43% kleiner als 0,5 avg und um 12,06% größer als 1,5 avg. Dies dient als Beispiel für die Erfindung und weist eine gute Anzahl von Filamentenden pro Zoll auf. Die Beispiele D, E und F zeigen ähnliche Ergebnisse wie die Beispiele A, B bzw. C, wenn längere erste und zweite Reißzonen L1 und L2 verwendet werden. Da in jedem Fall L2 = 0,33 L1 ist, ist die Auswirkung auf den Anteil doppelt eingespannter Filamente gering. Die mittleren Filamentlängen nehmen erwartungsgemäß zu.
Die Beispiele G, H, J und K sind Simulationsbeispiele, die bei einem höheren Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis von Dt = 30 ausgeführt wurden. Es wurden verschiedene Zonenlängen benutzt, aber für die Beispiele G und H gilt noch L2 = 0,33 L1. Sie schneiden im Hinblick auf doppelt eingespannte Filamente besser ab als die Beispiele B bzw. C, da die Zunahme von Dt nicht groß genug war, um den Anteil stark zu verringern. Die Filamentverteilung für Beispiel G ist in 19 dargestellt. Sie weist eine größere mittlere Länge = 25,654 cm (10,1 Zoll); einen breiteren 98%-Mittelbereich = 38,1 cm (15 Zoll) und eine größere maximale 99%-Filamentlänge = 44,45 cm (17,5 Zoll) auf als Beispiel C. Die simulierten Ergebnisse für die Anzahl von Filamenten mit einer kleineren Länge als dem 0,5-fachen des Mittelwerts und die Anzahl mit einer größeren Länge als dem 1,5-fachen des Mittelwerts sind um 15,49% kleiner als 0,5 avg und um 14,30% größer als 1,5 avg. Beispiel G weist entsprechend weniger Filamentenden pro Zoll auf als Beispiel C, obwohl der verminderte Denier des Zulaufgarns und das erhöhte Geschwindigkeitsverhältnis auch zu dem niedrigeren Wert beitragen. In den Beispielen J und K ist L2 = 0,2 L1, aber diese Änderung ist nicht ausreichend, um im Vergleich zu den Beispielen B und C einen großen Unterschied zu verursachen.
20 zeigt das Verfahrensschema von 9, wobei ein neues Reißfaserprodukt hergestellt werden kann, indem am Ablaufende 300 der Streckzone 144, das auch das Zulaufende der Verdichtungszone 38 ist, eine zusätzliche Zulauffaser 31a eingeführt wird. Da die Faser 31a keinem Strecken ausgesetzt wird, können die Filamente in der Faser 31a kontinuierlich oder diskontinuierlich sein. Bei Verwendung kontinuierlicher Filamente können diese hochfeste Filamente mit niedriger Elastizität sein, wie z. B. eine Aramidfaser, oder sie können Filamente mit hoher Elastizität sein, wie z. B. eine Faser vom Spandex-Typ oder eine 2GT-(1,2-Ethandiol (oder Ethylenglycol), verestert mit Terephthalsäure) oder eine 3GT-(1,3-Propandiol (oder 1,3,Propylenglycol))-3GT-(verestert mit Terepthalsäure) Polyesterfaser. Eine bevorzugte Faser vom Spandex-Typ ist eine mit elastischen Filamenten, die eine Reißdehnung von mehr als etwa 100% und eine elastische Erholung von mindestens 30% aus einer Dehnung von etwa 50% aufweisen. Diese zusätzlichen Fasern 31a können den Fasern 30 zugesetzt werden, die vorzugsweise eine Polymer enthalten, wie z. B. Nylon, Polyester, Aramid, Fluorpolymer oder Nomex^® (Markenname für eine Faser und Papier mit Rohstoffen aus Isophthalylchlorid, Metaphenylendiamin). Kevlar^®-Aramidfaser aus kontinuierlichen Filamenten ist mit Polyester in einem Produkt kombiniert worden und elastische Lycra^®-Faser aus kontinuierlichen Filamenten ist mit Polyester in einem weiteren Produkt kombiniert worden.
21 zeigt das Verfahrensschema von 9, wobei ein neues Streckreißfaserprodukt hergestellt werden kann, indem am Ablaufende 302 der Streckzone 124, das auch das Zulaufende der ersten Reißzone 34 ist, eine zusätzliche Faser 31b eingeführt wird. Dies ist brauchbar, wenn Fasern 31b, die kein Strecken erfordern, den gestreckten Fasern 30 zugesetzt werden sollen. Beide Fasern 30 und 31b werden gleichzeitig in der ersten Reißzone 34 gerissen und werden während des gesamten übrigen Verfahrens zusammen weiterbehandelt. Solche zusätzlichen Fasern 31b sind vorzugsweise aus der Polymergruppe ausgewählt, zu der Aramid, Fluorpolymer und Nomex^® gehören, und sie werden Fasern 30 zugesetzt, zu denen vorzugsweise ein Polymer aus der Nylon- oder Polyestergruppe gehört.
22 zeigt das Verfahrensschema von 9, wobei ein neues Streckreißfaserprodukt hergestellt werden kann, indem eine erste zusätzliche Zulauffaser 31b am Ablaufende 302 der Streckzone 124 eingeführt wird, das auch das Zulaufende der ersten Reißzone 34 ist, und außerdem eine zweite zusätzliche Faser 31a am Ablaufende 300 der Streckzone 144 eingeführt wird, das auch das Zulaufende der Verdichtungszone 38 ist. Dadurch wird eine nützliche Kombination vom Fasermerkmalen gebildet, wie unter Bezugnahme auf die 20 und 21 diskutiert. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist das Einbringen eines Fluorpolymers als erster zusätzlicher Faser 31b, einer Faser vom Spandex-Typ als zweiter zusätzlicher Faser 31a, wobei sich beide Zusatzfasern mit einer Faser 30 aus Polyester vereinigen. Ein solches Garnprodukt ist als Textilgarn zum Weben oder Wirken von Socken einsetzbar. Ein weiteres Produkt kombinierte diskontinuierliche Polyester als erste, gestreckte Zulauffaser mit einer ersten zusätzlichen Zulauffaser aus Kevlar^®-Aramid, die zusammen mit dem Polyester gerissen wird, und diese Kombination wurde mit einer zweiten Zulauffaser aus elastischer Lycra^®-Faser mit kontinuierlichen Filamenten kombiniert, um ein Dreikomponentengarn zu bilden.
Das erfindungsgemäße Streckreißverfahren ist beim Mischen von Fasern anwendbar, die unter Umständen bereits bis zu einem gewissen Grade verarbeitet worden sind, wie z. B. durch Einfärben oder eine Oberflächenbehandlung, die der Faser eine bestimmte visuelle Eigenschaft gibt, die mit bloßem Auge wahrgenommen werden kann. Das Streckreißen ist eine brauchbare Möglichkeit, Spezialgarne herzustellen, ohne eine Menge zusätzliche Schritte einzubeziehen, wie sie z. B. beim Mischen von Stapelfaser erforderlich sind, wo das Faserband zunächst durch Hacken (Schneiden), Mischen, Kardieren, Kämmen und dergleichen vorbereitet werden muß, wie bei 516 und 518 in 29 allgemein dargestellt wurde. In diesem herkömmlichen System muß eine große Menge Zulauffaser vorbereitet werden, um das Verfahren lohnend zu machen, da die Reinigung der Prozeßanlage nach jedem Produktdurchlauf sehr arbeitsintensiv und zeitraubend ist. Im Falle des Streckreißens braucht nur eine kleine Menge Zulauffaser für das Mischen mit einer anderen Faser vorbereitet zu werden, und für die Umstellung auf eine andere Produktmischung ist praktisch keine andere Reinigung erforderlich als das Auswechseln von Spulen in einem Spulengatter. Dies ist besonders nützlich bei der Herstellung kleiner Mengen Farbmischgarn. Wie aus 9 erkennbar, haben die Anmelder festgestellt, daß durch Zuführen einer Faser 31c mit einer ersten Farbe, die sich von der einer zweiten Zulauffaser 31d unterscheidet, ein andersfarbiges Garn hergestellt werden kann, das ein Gemisch der beiden Farben ist. Mit "verschiedene Farben" sind zwei Farben gemeint, die im wesentlichen nicht weiße und nicht beigefarbene Varianten sind, obwohl eine Faser eine weiße oder beigefarbene und die andere eine deutlich nichtweiße, nichtbeigefarbene Farbe aufweisen kann. Die Absicht ist, zwei deutlich verschiedene Farben zu kombinieren und zusammen zu Streckreißen und dann zu verdichten, um eine neue, unterschiedliche Farbe zu erzeugen. Der Standard E-284 des ASTM Committee E12 beschreibt eine Einrichtung zur Unterscheidung neutraler Farben, wie z. B. von weiß und beige, auf der Basis einer Helligkeitsmessung, wobei weiß und beige eine Helligkeit von mehr als 90% aufweisen. Er läßt auch eine Unterscheidung von Farbschattierung und Farbton zu, um eine Farbdifferenz durch Verwendung von CIELAB-Einheiten zu erfassen, wobei deutlich unterschiedliche Farben eine Differenz in CIELAB- Einheiten von mindestens 2,0 aufweisen würden. Durch Vermischen von mindestens zwei unterschiedlichen Faserfarben, wobei nur eine Farbe eine Helligkeit von mehr als 90% aufweist und die anderen eine Farbdifferenz in CIELAB-Einheiten von mindestens 2,0 aufweisen, wird ein Garn mit einer neuen Farbe aus den mindestens 2 unterschiedlichen Zulauffasern erzeugt. Die Farbe des neuen Garns ist deutlich anders als die Farben jeder Zulauffaser. Bei der Weiterverarbeitung zu tuchähnlichem Material kommt die Mischfarbe als sanfter erikavioletter Look heraus. Weitere visuelle Unterschiede, die mit dem Streckreißverfahren der Anmelder vermischt werden können, sind Fasern mit einem deutlichen Unterschied im Reflexionsvermögen, Absorptionsvermögen, der Benetzbarkeit und dergleichen.
23 zeigt eine schematische Seitenansicht der Fertigungslinie von 1, welche die Hinzunahme einer Temperzone 124a hinter der Verdichtungszone 38 veranschaulicht. Die Temperzone wurde weiter oben beim Verweis auf die Streckzone 124 mit Heizeinrichtung 140 diskutiert, die in 8 dargestellt ist und ohne wesentliches Geschwindigkeitsänderungsverhältnis eingesetzt wird. Dies kann in einem Verfahren nützlich sein, wo die Endschrumpfung des Garns auf einen vorgegebenen Wert geregelt werden muß und das Tempern nach der Garnbildung der direkteste Weg ist, um dies zu erreichen. Es kann auch nützlich sein, wenn die Zulauffaser aus zwei verschiedenen Fasern besteht und die Wärmebehandlung beim Tempern dazu führt, daß jede Faser in dem Garn unterschiedlich reagiert, um ein Garn mit Spezialeffekt zu erzeugen, wenn die Schrumpfungen der Fasern verschieden sind und die unterschiedliche Schrumpfung ein bauschiges oder Kräuselgarn erzeugt.
24 zeigt eine Mikrofotografie eines Filaments aus einem neuartigen gerissenen Produkt, wobei das Ende 304 jedes Filaments als Ergebnis des Streckreißverfahrens gespalten ist. Die Zulauffaser ist eine Chemiefaser mit kontinuierlichen Polyesterfilamenten, die unter dem Warenzeichen Coolmax^® von E. I. DuPont bekannt ist und in US-A-3914488 von Gorrafa und US-A-5736243 von Aneja beschrieben wird. Wie auch aus 25 erkennbar, die einen Querschnitt des Filaments zeigt, hat das Filament eine Breite 306 und weist innerhalb dieser Breite mehrere dicke Abschnitte 308, 310 und 312 auf, die durch dünne Abschnitte 314 und 316 miteinander verbunden sind. Es besteht die Ansicht, daß das Streckreißverfahren zum Durchtrennen der dünnen Abschnitte 314 und 316 an den Filamentenden führt, wenn die Filamente Streckreißen. Das Durchtrennen tritt über eine Länge 318 von mindestens etwa drei Filamentbreiten auf, so daß ein oder mehrere dicke Abschnitte, wie z. B. der Abschnitt 308, von den anderen dicken Abschnitten, wie z. B. den Abschnitten 310 und 312, an den Filamentenden abgespalten werden. Es wird angenommen, daß dies zu dem Aussehen und zu dem Griff führt, bei dem mehr Filamentenden in dem Garn vorhanden sind, wodurch sich der "Griff" eines aus dem Garn hergestellten Gewebes verbessert.
In Tabelle II können die in Zoll ('') angegebenen Maße in cm umgerechnet werden, indem der aufgeführte Wert mit 2,54 multipliziert wird. Die in Yard pro Minute (yd/min) angegebenen Maße können in Meter pro Minute (m/min) umgerechnet werden, indem der aufgeführte Wert mit 0,9144 multipliziert wird. In Tabelle II sind verschiedene Produkte dargestellt, die gemäß den Lehren der Erfindung hergestellt wurden, wobei im allgemeinen das in 9 dargestellte Verfahren unter Anwendung der in 11 dargestellten Vorrichtung praktisch ausgeführt wurde. Mit Zulaufmaterials von insgesamt etwa 1500–20000 Denier werden Garne von etwa 100–400 Denier erzeugt. Fasern, die in dem Verfahren gestreckt werden, werden gewöhnlich voll gestreckt, so daß die Reißdehnung beim Eintritt in die erste Reißzone etwa 10% beträgt.
Der Test 1 zeigt einen Prozeßzustand für die Herstellung eines Nylongarns mit einem Enddenier von 137. Das Verfahren wies ähnlich wie das Verfahren von 9 eine Streckzone, eine erste Reißzone, eine zweite Reißzone, eine Streckzone und eine Verdichtungszone auf. Das Zulaufgarn kam aus einem Legebehälter, wie etwa bei 160 in 11 (in Tabelle II mit P bezeichnet), und das fertige Garnprodukt wurde durch eine Wickelmaschine aufgewickelt, wie bei 222 in 11. Die Verdichtungsdüse 83a (9 und 26) wies eine Fluidöffnung mit einem Winkel 340 von 60° in Richtung der Garnbewegung auf, der für alle Tests mit Verwendung dieser Düse 83a der gleiche war. Die Außenfläche 328 der Düse ist in einem Abstand von etwa 15,24 cm (6 Zoll) von dem Klemmspalt zwischen den Walzen 150 und 152 der Walzengruppe 148 angeordnet. Es besteht die Ansicht, daß durch dieses Verfahren ein Garn hergestellt wurde, das die Eigenschaften der Erfindung mit einer mittleren Filamentlänge von mindestens 15,24 cm (6 Zoll) aufweist, wobei die maximale Länge von 99% der Filamente kleiner als 63,5 cm (25 Zoll) ist und die mittleren 98% der Filamentlängen einen Wert des Längenbereichs definieren, der größer oder gleich dem Wert der mittleren Filamentlänge ist, und wobei 5% bis weniger als 15% der Filamente eine größere Länge als das 1,5-fache der mittleren Filamentlänge aufweisen. Test 2 zeigt einen ähnlichen Prozeßzustand wie Test 1, der eine Streckzone, eine erste Reißzone und eine zweite Reißzone aufweist, die annähernd die gleichen sind wie diejenigen, die zur Herstellung des in 15 dargestellten Produkts verwendet wurden, Das Produkt wurde fertiggestellt, indem die Faser in einer Streckzone und einer Verdichtungszone zu einem Garn von 209 Denier weiterverarbeitet wurde. Es wäre zu erwarten, daß dieses Produkt eine ähnliche Filamentverteilung wie die in 15 dargestellte aufweist. Test 3 zeigt ein Produkt, das unter Verwendung eines Polymers mit einem Reibungskoeffizienten zwischen den Filamenten von weniger als 0,1 hergestellt wurde, das ein von E. I. DuPont de Nemours & Company (nachstehend "DuPont") unter der Handelsbezeichnung Teflon^® hergestelltes Fluorpolymer ist. In dem Verfahren wurde ein Teflon^®-Stapelfaserprodukt hergestellt, das durch andere Mittel schwer wirtschaftlich herstellbar ist. An den Walzengruppen 50a, 62a und 148a von 11 wurde eine "Omega"-Schlinge benutzt, wie in 1A dargestellt, um das Rutschen der Faser in den Walzengruppen zu kontrollieren. Die Zulauffaser wurde ebenso wie in 11 von einer Kreuzspule 162 zugeführt (in Tabelle II mit W bezeichnet). Das Verfahren unterschied sich von Test 1 darin, daß die Faser in der Streckzone nicht erhitzt oder gestreckt wurde. Es besteht die Ansicht, daß dieses Produkt eine mittlere Filamentlänge von mehr als 15,24 cm (6 Zoll) aufweist, und daß die anderen Eigenschaften ähnlich denen in Test 1 sind. Test 4 zeigt ein Produkt, das durch ein ähnliches Verfahren wie das in 21 dargestellte hergestellt wurde, wo eine hochfeste Aramidfaser (DuPont-Warenzeichen Kevlar^®) in Flußrichtung vor der Walzengruppe 42 (42a in 11) nach dem Strecken der Polyesterfaser (Dupont-Warenzeichen Dacron^® eingeführt wurde. Aramid und Polyester wurden dann zusammen gerissen, gestreckt und verdichtet, um ein Mischgarn mit einem Denier von 397 herzustellen. An den Walzengruppen 50a, 62a und 148a von 11 wurde eine "Omega"-Schlinge benutzt, wie in 1A dargestellt, um das Rutschen der Faser in den Walzengruppen zu kontrollieren, da die Aramidfaser eine hohe Kraft zum Streckreißen erforderte. Es besteht die Ansicht, daß dieses Produkt ähnliche Filamentlängen-Eigenschaften wie die von Test 1 aufweist.
Test 5 zeigt ein Produkt, das durch ein ähnliches Verfahren wie das in Test 3 hergestellt wurde, wobei eine Aramidfaser (DuPont-Warenzeichen Kevlar^®) und ein Fluorpolymer (Dupont-Warenzeichen Teflon^®) zusammen zugeführt und in der Streckzone weder erwärmt noch gestreckt wurden; die Streckzone diente nur als bequeme Möglichkeit zum Transport der Fasern zur ersten Reißzone. Die Kevlar^®- und Teflon^®-Fasern wurden dann zusammen gerissen, gestreckt und verdichtet, um ein Mischgarn mit einem Denier von 274 herzustellen. An den Walzengruppen 50a, 62a und 148a von 11 wurde eine "Omega"-Schlinge benutzt, wie in 1A dargestellt, um das Rutschen der Faser in den Walzengruppen zu kontrollieren, da die Aramidfaser eine starke Kraft zum Streckreißen erforderte und das Fluorpolymer mehr Oberflächenkontakt benötigte, um ein Rutschen zu vermeiden. Ein solches Garn ist für die Herstellung von Verstärkungsgewebe verwendbar, das in Synchronriemen in der Industrie einsetzbar ist, wo hohe Festigkeit und niedriger Abrieb geschätzt werden. Es besteht die Ansicht, daß dieses Produkt ähnliche Filamentlängen-Eigenschaften aufweist wie die in Test 1.
Test 6 zeigt ein Produkt, das durch ein ähnliches Verfahren wie in Test 5 hergestellt wurde, wobei eine Aramidfaser (DuPont-Warenzeichen Kevlar^®) und eine Hochtemperaturfaser (DuPont-Warenzeichen Nomex^®) zusammen zugeführt und in der Streckzone weder erwärmt noch gestreckt wurden; die Streckzone diente nur als bequeme Möglichkeit zum Transport der Fasern zur ersten Reißzone. Die Kevlar^®- und Nomex^®-Fasern wurden dann zusammen gerissen, gestreckt und verdichtet, um ein Mischgarn mit einem Denier von 230 herzustellen. An den Walzengruppen 50a, 62a und 148a in 11 wurde eine "Omega"-Schlinge benutzt, wie in 1A dargestellt, um das Rutschen der Faser in den Walzengruppen zu kontrollieren, da die Aramidfaser eine starke Kraft zum Streckreißen erforderte. Es besteht die Ansicht, daß dieses Produkt ähnliche Filamentlängen-Eigenschaften aufweist wie in Test 1.
Test 7 zeigt ein Produkt, das durch ein ähnliches Verfahren wie in Test 3 hergestellt wurde, wobei eine Aramidfaser (DuPont-Warenzeichen Kevlar^® eingeführt und in der Streckzone weder erwärmt noch gestreckt wurde; die Streckzone diente nur als bequeme Möglichkeit zum Transport der Fasern zur ersten Reißzone. Es wurde eine "Omega"-Schlinge benutzt. Ein Kevlar^®-Garn mit einem niedrigen Denier von 101 wurde hergestellt, das durch andere Mittel schwer wirtschaftlich herstellbar wäre. Es besteht die Ansicht, daß dieses Produkt ähnliche Filamentlängen-Eigenschaften aufweist wie die von Test 1.
Test 8 zeigt ein Produkt, das durch ein ähnliches Verfahren wie das in Test 4 dargestellte erzeugt wurde, wobei aber in Flußrichtung vor der Walzengruppe 42 (42a in 11) nach dem Strecken der Polyesterfaser (DuPont-Warenzeichen Dacron^®) eine Fluorpolymerfaser (DuPont-Warenzeichen Teflon^®) eingeführt wurde. Fluorpolymer und Polyester wurden dann zusammen gerissen, gestreckt und verdichtet, um ein Mischgarn mit einem Denier von 278 herzustellen. Ein solches Produkt kann für die Herstellung von Socken verwendbar sein, welche die Entstehung von Blasen an den Füßen des Trägers minimieren. Es besteht die Ansicht, daß dieses Produkt ähnliche Filamentlängen-Eigenschaften aufweist wie die von Test 1.
Test 9 zeigt ein ähnliches Verfahren wie in Test 1, wobei aber Polyesterfaser eingesetzt wird. Es wird ein Garn mit einem Denier von 274 hergestellt. Es besteht die Ansicht, daß dieses Produkt ähnliche Filamentlängen-Eigenschaften wie die von Test 1 aufweist.
Test 10 zeigt ein Produkt, das durch ein ähnliches Verfahren wie das in 20 dargestellte hergestellt wird, wobei in Flußrichtung vor der Walzengruppe 148 (148a in 11) nach dem Strecken, Streckreißen und Strecken der Polyesterfaser (DuPont-Warenzeichen Dacron^®) eine elastische Faser mit kontinuierlichen Filamenten (DuPont-Warenzeichen Lycra^®) eingeführt wurde. Die Lycra^®-Faser wurde gespannt, um sie um etwa 100% zu dehnen, bevor sie mit der Dacron^®-Faser vereinigt und beide zusammen verdichtet wurden, wobei die Lycra^®-Filamente kontinuierlich blieben. Wenn das fertige Garn spannungsfrei gehalten wurde, zog sich die Lycra^®-Faser zusammen und erzeugte ein bauschiges Kräuselgarn, das hochelastisch war.
Test 11 zeigt ein ähnliches Verfahren wie das in Test 9, wobei aber die Polyesterfilamente einen ähnlichen Querschnitt hatten wie in 25 dargestellt, und wobei ein Garn mit einem Denier von 277 mit gespaltenen Enden wie in 24 erzeugt wurde. Es besteht die Ansicht, daß dieses Produkt ähnliche Filamentlängen-Eigenschaften wie die von Test 1 aufweist.
Test 12 zeigt ein ähnliches Verfahren wie in Test 1, wobei aber die Zulauffaser aus zwei verschiedenen Fasern mit jeweils unterschiedlicher Farbe bestand. Die farbigen Fasern wurden vor dem Strecken kombiniert und als einzelnes Faserbündel zusammen gestreckt und gerissen. Die erste Faser hatte eine klare rosa Farbe, und die zweite hatte eine klare Purpurfarbe. Es wird angenommen, daß diese beiden Fasern jeweils nichtneutrale Farben mit einer Helligkeit von weniger als 90% sind und eine Farbdifferenz von mindestens 2,0 CIELAB-Einheiten aufweisen. Das entstandene Garn hatte eine Farbe, die sich deutlich von jeder der Zulauffaserfarben unterschied, und es wird angenommen, daß bei Verarbeitung dieses Garns zu einem Gewebe das Gewebe einen erikavioletten Look hätte.
Test 13 zeigt ein ähnliches Verfahren wie Test 12, wobei aber die rosafarbene Faser durch eine hellgraue Faser ersetzt wurde, von der angenommen wird, daß sie eine neutrale Farbe mit einer Helligkeit von mehr als 90% aufweist. Das entstandene Garn hatte eine Farbe, die sich deutlich von jeder der Zulauffaserfarben unterschied, und das Garn selbst hatte einen deutlichen erikavioletten Look.
Test 14 zeigt ein ähnliches Verfahren wie das von 20, wobei eine erste Zulauffaser aus Kevlar^® gerissen wurde (wie im Test 7) und in Flußrichtung unmittelbar vor der Walzengruppe 148a in 11 eine zweite Kevlar^®-Faser mit kontinuierlichen Filamenten zugeführt wurde. Die kontinuierlichen Filamente wurden zusammen mit den diskontinuierlichen gerissenen Kevlar^®-Filamenten verdichtet, um ein verstärktes Stapelfasergarn mit einem Denier von 311 zu bilden.
Test 15 zeigt ein ähnliches Verfahren wie in 22, wobei eine Teflon^®-Faser in Flußrichtung vor der Walzengruppe 42 (42a in 11) (ebenso wie in Test 8) zugeführt wird und eine Lycra^®-Faser in Flußrichtung vor der Walzengruppe 148 (148a in 11) zugeführt wird. Die Teflon-Faser wird gerissen und zusammen mit der gezogenen Dacron^®-Faser gestreckt, und diese Mischfaser mit diskontinuierlichen Filamenten wird zusammen mit der Lycra^®-Faser mit kontinuierlichen Filamenten verdichtet, wie in Test 10 diskutiert wurde. Dadurch entsteht ein dehnbares, bauschiges Garn mit geringer Reibung, das bei der Herstellung von Stretchsocken verwendbar wäre, welche die Blasenbildung minimieren.
Test 16 zeigt ein ähnliches Verfahren wie Test 1, wobei zwei getrennte Zulauffasern dem Verfahren zugeführt wurden, um eine grobe Zulauffaser von annähernd 20000 Denier am Eintritt in die Streckzone zu erzeugen. In der Streckzone wurden zwei Temperaturzonen an dem Heizelement 140 von 11 verwendet. Eine erste Zone hatte eine Länge von 60,96 cm (24 Zoll) und eine Temperatur von 100°C, gefolgt von einer zweiten Zone mit einer Länge von 30,48 cm (12 Zoll) und einer Temperatur von 188°C. Bei einem Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis des Verfahrens von mehr als 70X wurde ein Garn mit einem Denier von 277 erzeugt.
Test 17 veranschaulicht ein Produkt, das gemäß den Lehren der Erfindung hergestellt wurde, wobei insbesondere das in 8 dargestellte Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung gemäß 11 praktisch ausgeführt wurde. Zur Einrichtung des Verfahrens von 8 unter Verwendung der Vorrichtung von 11 wurden die Steckzone 144 und die Walzengruppe 148a in 11 entfernt, und die Verdichtungszone 38 wurde in die Nähe der Walzengruppe 62a verschoben, da in dem Verfahren von 8 keine Streckzone verwendet wird. Die Verdichtungsvorrichtung von 28 wurde verwendet, die alternativ als Doppeldüsenvorrichtung bezeichnet wurde, und das Verfahren wurde mit einer Gesamtstreckung von 48 betrieben, um ein Produkt mit einem Denier von 192 herzustellen, das ein niedriges L2/L1-Verhältnis von 0,25 aufweist. In Tabelle III sind die Parameter der Doppeldüse aufgeführt.
In Tabelle III können die in Zoll ('') angegebenen Maße in Zentimeter umgerechnet werden, indem der aufgeführte Wert mit 2,54 multipliziert wird. Test 18 ist das gleiche Verfähren wie Test 17 mit der Ausnahme die Verwirbelungsdüse aus 26 und 27 gebraucht wurde. Das Zulaufgarn bestand aus zwei schwarzgefärbten Nylonkabeln mit einem Denier von jeweils 6280 den, die vor der Streckzone kombiniert wurden und einen Enddenier des Garns von 186 ergaben. Das Verfahren arbeitete mit einer Gesamtstreckung von 67,4 für eine hohe Austrittsgeschwindigkeit von 277 m/min (303 yd/min), die den Geschwindigkeitsbeschränkungen der Maschine nahekommt, die für den Test verwendet wurde. Es wird erwartet, daß bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Maschine mit höherer Geschwindigkeit höhere Geschwindigkeiten von mehr als 457,2 m/min (500 yd/min) erreicht werden könnten. Test 19 zeigt ähnliche Ergebnisse wie Test 18, wobei die Endaustrittsgeschwindigkeit 246 m/min (269 yd/min) betrug und ein Dacron^®-Produkt von 198 Denier hergestellt wurde. Die Tests 20, 21, 22 und 23 wurden mit einem ähnlichen Aufbau wie Test 17 durchgeführt, um die bevorzugte Entfernung "a" zwischen den Düsen der Verdichtungsvorrichtung von 28 zu untersuchen. Jeder Test wurde so eingerichtet, daß ein Garn mit einer unterschiedlichen, durch Simulation ermittelten mittleren Filamentlänge erzeugt wurde. Für jede mittlere Filamentlänge wurden mehrere Durchläufe durchgeführt, wobei der Abstand "a" zwischen den Düsen der Verdichtungsvorrichtung variiert wurde, indem die erste Düse N1 in der Position in einem Abstand von 4,37 cm (1,72 Zoll) belassen wurde, wo die Fluidkanäle die Faserbohrung schneiden; die zweite Düse wurde in verschiedene Positionen verschoben, und es wurde eine Probe des verdichteten Garns entnommen. Bei der Probe für jede Position wurde die Festigkeit nach einem Lea Product-Verfahren gemessen, und die Festigkeit wurde für jede Position der zweiten Düse in Gramm pro Denier aufgezeichnet. Test 20 wurde so eingerichtet, daß ein Garn mit einer mittleren Filamentlänge von 22,6 cm (8,9 Zoll), ermittelt durch Simulation, hergestellt wurde. Die Ergebnisse wurden in 35 als die mit 8.9 bezeichnete Kurve aufgetragen. Die maximale Festigkeit trat bei einem Düsenabstand "a" von 22,61 cm (9,2 Zoll) auf, wie in Tabelle III für den Test 20 aufgezeichnet. Dies ergab einen Verhältnis a/avg von 1,03. Eine Simulation der Filamentverteilung wurde auch für die in diesem Test angewandten Bedingungen durchgeführt und ist in Tabelle I für den Test 20 dargestellt. Die Simulation ließ darauf schließen, daß für die Verteilung von Filamenten mit einer Länge von mehr als dem 1,5-fachen der mittleren Filamentlänge 12,4% zu erwarten waren; für die Verteilung von Filamenten mit einer Länge von weniger als dem 0,5-fachen der mittleren Filamentlänge konnten 14,7% erwartet werden. Test 21 wurde ebenso wie Test 20 durchgeführt, wobei aber die Reißzonenlängen so verändert wurden, daß ein Garn aus Dacron^®-Polyesterfaser mit einer mittleren Filamentlänge von 44,45 cm (17,5 Zoll) hergestellt wurde. Dieser Satz von Bedingungen wurde auch bei einem hohen L2/L1-Verhältnis von 0,58 angewandt. Die Ergebnisse wurden in 35 als die mit 17.5 bezeichnete Kurve aufgetragen. Die maximale Festigkeit trat bei einem Düsenabstand "a" von 33,02 cm (13,0 Zoll) auf, wie in Tabelle III für Test 21 aufgezeichnet. Dies ergab ein Verhältnis a/avg von 0.74. Eine Simulation der Filamentverteilung wurde auch für die in diesem Test verwendeten Bedingungen durchgeführt und ist in Tabelle I für Test 21 dargestellt. Die Simulation ließ darauf schließen, daß für die Verteilung von Filamenten mit einer Länge von mehr als dem 1,5-fachen der mittleren Filamentlänge 12,4% zu erwarten waren; für die Verteilung von Filamenten mit einer Länge von weniger als dem 0,5-fachen der mittleren Filamentlänge konnten 13,9% erwartet werden. Test 22 wurde ebenso wie der Test 20 ausgeführt, wobei aber die Reißzonenlängen verändert wurden, um ein Garn aus Dacron^®-Polyesterfaser mit einer mittleren Filamentlänge von 16,256 cm (6,4 Zoll) herzustellen. Die Ergebnisse wurden in 35 als Kurve mit der Kennzeichnung 6.4 aufgetragen. Für die maximale Festigkeit gab es keinen eindeutigen Wert; die Kurve war im wesentlichen flach, mit Ausnahme einer Einsenkung bis zu einer Festigkeit von etwa 0,8, die ein Schätzwert war, da die bei diesem Abstand von etwa 10,16 cm (4 Zoll) hergestellte Probe so schwach war, daß kein Strang von voller Größe für den normalen Lea Product-Test aufgewickelt werden konnte. Entweder ist der Düsenabstand nicht entscheidend für die Festigkeit bei kleiner mittlerer Länge der Filamente, oder bei dem Test gab es ein unerklärtes Problem. Eine Simulation der Filamentverteilung wurde auch für die bei diesem Test angewandten Bedingungen durchgeführt und ist in Tabelle I für den Test 22 dargestellt. Die Simulation ließ darauf schließen, daß für die Verteilung von Filamenten mit einer Länge von mehr als dem 1,5-fachen der mittleren Filamentlänge 12,3% zu erwarten waren; für die Verteilung von Filamenten mit einer Länge von weniger als dem 0,5-fachen der mittleren Filamentlänge konnten 13,9% erwartet werden. Test 23 wurde durchgeführt, indem die Faser nicht in der ersten Reißzone, sondern nur in der zweiten Reißzone gerissen wurde, um ein Verfahren mit einer Reißzone zu simulieren. Der Test wurde so eingerichtet, daß ein Garn mit einer mittleren Filamentlänge von 20,32 cm (8,0 Zoll) erzeugt wurde. Die Ergebnisse wurden in 35 als Kurve mit der Bezeichnung 8.0 aufgezeichnet. Die maximale Festigkeit trat bei einem Düsenabstand "a" von 30,99 cm (12,2 Zoll) auf, wie in Tabelle III für den Test 23 aufgezeichnet. Dies ergab ein Verhältnis a/avg von 1,53. Eine Simulation der Filamentverteilung wurde auch für die in diesem Test verwendeten Bedingung durchgeführt und ist in Tabelle I für Test 23 dargestellt. Die Simulation ließ darauf schließen, daß für die Verteilung von Filamenten mit einer Länge von mehr als dem 1,5-fachen der mittleren Filamentlänge 18,4% zu erwarten waren; für die Verteilung von Filamenten mit einer Länge von weniger als dem 0,5-fachen der mittleren Filamentlänge konnten 18,3% erwartet werden. Dieses mit einer einzigen Reißzone hergestellte Produkt weist Produkteigenschaften auf, die außerhalb der Grenzen der Erfindung mit Verwendung von zwei Reißzonen liegen, zeigt aber, daß der Düsenabstand einen optimalen Wert für die beste Garnfestigkeit aufweist und der erfindungsgemäße Düsenabstand bei einer Vielzahl von Verfahren wirksam ist, durch die ein Garn mit einer mittleren Filamentlänge von mehr als 6 Zoll hergestellt wird.
Wenn man die Ergebnisse der Tests 20, 21, 22 und 23 betrachtet, liegt der Wert für den Abstand "a" zwischen der ersten Düse und der zweiten Düse im Bereich von 0,74 bis 1,53, oder annähernd dem 0,5-fachen bis 2,0-fachen der mittleren Filamentlänge für Fasern/Garne mit einer mittleren Filamentlänge von mehr als etwa 15,24 cm (6 Zoll). Wenn man über die drei Werte von "a" mittelt, ist der bevorzugte Wert für "a" etwa gleich dem 1,1-fachen der mittleren Filamentlänge. Obwohl der Test 22 keinen Punkt maximaler Festigkeit aufwies, wies er einen Punkt verminderter Festigkeit auf, der in dem Aufbau des Verfahrens vermieden werden konnte, wenn die Lehren der Erfindung eingehalten und die Düsen auf den bevorzugten Wert von 1,1 avg eingestellt wurden. Daraus würde sich ein Wert "a" von 1,1 × 16,256 = 17,78 cm (7,0 Zoll) ergeben. Dadurch wird die Position verminderter Festigkeit von 12,7 cm (5,0 Zoll) vermieden.
Test 24 wurde mit einem ähnlichen Aufbau wie Test 17 durchgeführt, wobei die Verdichtungsvorrichtung gemäß 28 verwendet und das L2/L1-Verhältnis von 0,35 angewandt wurde, um ein Garn mit einer mittleren Filamentlänge von 17,018 cm (6,7 Zoll) herzustellen.
Test 25 nutzt ein ähnliches Verfahren wie Test 17. Das Zulaufmaterial in Test 21 ist ein elastisches Bikomponentengarn, wobei jedes Filament einen runden Querschnitt aufweist, wobei eine Hälfte des Querschnitts 2 GT Polyester und die andere Querschnittshälfte 3 GT Polyester aufweist. Ein derartiges Zulaufmaterial wird in US-A-3671379 von Evans et al. beschrieben, das hier durch Verweis einbezogen wird. Verwandte Patentschriften von anderen Autoren sind US-A-3562093; 3454460 und 2439815. Die zwei verschiedenen Polymere in dem Querschnitt weisen unterschiedliche Schrumpfungseigenschaften nach dem Spinnen auf, so daß nach der Wärmebehandlung die Faser eine Kräuselfaser wird, wobei sich die Filamente zu einer spiralförmigen, federnden Struktur kräuseln. Vor der Wärmebehandlung zum Aktivieren der latenten Elastizität der Faser weist die Faser noch eine erhebliche Elastizität oder Kräuselung auf, was früher zu einem Problem bei der Herstellung von Stapelfasergarn unter Anwendung herkömmlicher Kämm- und Kardiereinrichtungen geführt hat. Als Ergebnis besteht die Ansicht, daß Stapelfasergarn aus Bikomponentenfaser im Textilgewerbe nicht bekannt ist. Das entstandene Multifilamentgarn ist sehr federnd und hat eine erhebliche Elastizität vom zugspannungsfreien Zustand bis zu maximaler Spannung, wo die gesamte Elastizität ohne plastische Verformung der Filamente entfernt wird. Diese Elastizität wird als prozentuale Kräuselungsentwicklung CD charakterisiert, die mit feuchter Wärme entwickelt und nach den Richtlinien in den oben genannten Dokumenten US-A-3671379 und 3454460 gemessen werden kann. Das fertige Garn muß nach dem Streckreißen wärmebehandelt werden, um seine latente Elastizität wiederherzustellen und seine endgültigen elastischen Eigenschaften zu erzielen.
Test 25 zeigt einen Verfahrenszustand zur Herstellung eines Bikomponentengarns aus 2 GT-Polyester- und 3 GT-Polyesterkomponenten (bezeichnet als BC 23) mit einem Enddenier von 160 den. Das Verfahren weist eine Wärmebehandlungszone, eine erste Reißzone, eine zweite Reißzone und eine Verdichtungszone auf, ähnlich wie das Verfahren in 8; eine Streckzone wird nicht verwendet. Das Zulaufgarn kommt von den 12 Kreuzspulen mit 100 den-Garn, die jeweils der Spule 162 in 11 ähnlich sind. Das Zulaufgarn ist vorgestreckt, aber nicht wärmebehandelt worden, um die latente Elastizität der Faser zu entwickeln, obwohl die Faser eine gewisse Teilelastizität oder Kräuselung aufweist. Das fertige Garnprodukt wurde durch eine in 11 dargestellte Wickelmaschine 222 aufgewickelt. Die verwendete Verdichtungsvorrichtung ist der in 28 dargestellte Doppeldüsen-Typ. Die bei 164 dargestellte Spanneinrichtung wurde so eingestellt, daß sie für das Zulaufgarn eine ausreichende Spannung lieferte, so daß die gesamte Teilstreckung (Kräuselung) an der Walze 168 aus dem Zulaufgarn entfernt wurde. Das Garn wird durch die Faserheizeinrichtung 140 unter Beibehaltung der Zugspannung, aber ohne Strecken der Filamente bei einer Temperatur von 180°C wärmebehandelt. Obwohl die Faser in der Streckzone 124 nicht gestreckt wurde, war überraschenderweise eine Erwärmung der Faser notwendig, um eine gute Funktionsfähigkeit in den Reißzonen aufrechtzuerhalten. Das Garn wurde in den Zonen D1 und D2 gerissen und erneut gerissen und wurde dann ohne Strecken zur Verdichtungsdüse 83b befördert, um ein Garn mit einem Denier von 160 den zu bilden. Das Garn wurde dann mit ausreichender Spannung auf eine Spule gewickelt, wie bei 222, so daß die Dehnbarkeit in dem Garn im wesentlichen beseitigt wurde. Um den elastischen Charakter des Garns zu entwickeln, muß das Garn auf etwa 100°C erhitzt werden, um eine spiralförmig gewundene elastische (gekräuselte und geringelte) Garnstruktur von guter Bauschigkeit und elastischer Erholung herzustellen. Diese Erwärmung kann in einem getrennten Schritt ausgeführt werden, oder das Garn kann zu einem Stoff gewebt werden, und die Wärme kann durch das Färbeverfahren für das Gewebe zugeführt werden. Es besteht die Ansicht, daß das Kräuselgarn mit diskontinuierlichen Filamenten eine Kräuselung von etwa 35–40% entwickelt, gemessen nach dem Verfahren, das in der obenerwähnten Patentschrift US-A-3671379 von Evans et al. beschrieben wird. Es besteht die Ansicht, daß bei diesem Verfahren ein Garn erzeugt wird, wo die Kräuselung und Ringelung wegen des zufälligen Streckreißens der Filamente nicht in Deckung miteinander sind, so daß dieses Garn bei der Herstellung eines Stretch-Stapelfasergewebes mit schwachem "Apfelsinenschaleneffekt" (einer Gewebeoberfläche von gesprenkeltem Aussehen, ähnlich der Oberfläche einer Orange) sehr nützlich wäre. Gewebe mit gekräuseltem oder geringeltem Garn, die oft nicht außer Deckung sind, weisen einen Apfelsinenschaleneffekt auf.
Test 26 zeigt einen Verfahrenszustand für die Herstellung eines Bikomponentengarns aus 2 GT- und 3 GT-Komponenten (BC 23) mit einem Verhältnis von 50:50 der Komponenten, wobei das verdichtete Garn einen Enddenier von 176 aufweist. Das Verfahren weist eine Streck- und Wärmebehandlungszone (Temperzone), eine erste Reißzone, eine zweite Reißzone und eine Verdichtungszone auf, ähnlich dem Verfahren in 8; eine Streckzone wird nicht verwendet. Das Zulaufgarn kommt von 24 Kreuzspulen und bildet ein unverstrecktes Garn mit einem Denier von 4714 den. Das fertige Garnprodukt wurde durch eine Wickelmaschine aufgewickelt, wie bei 222 in 11 dargestellt. Die Verdichtungs-Verwirbelungsdüse 83a (26 und 27) wies eine Fluideinlaßöffnung in einem Winkel von 60° in Richtung der Garnbewegung auf. Die Spanneinrichtung bei 164 wurde so eingestellt, daß sie eine ausreichende Zugspannung auf das Zulaufgarn ausübte, so daß die gesamte Dehnbarkeit an der Walze 168 aus dem Zulaufgarn entfernt wurde. Das Garn wird bei einer Temperatur von 160°C durch die Faserheizeinrichtung 140 gezogen und dabei in einem Verhältnis von 3,0X gestreckt. Das Garn wurde in den Zonen D1 und D2 gerissen und erneut gerissen und wurde dann ohne Strecken zu einer Verdichtungsdüse 83a befördert, um ein Garn von 176 zu bilden. Das Garn wurde dann auf eine Kreuzspule aufgewickelt, wie bei 222 (11) dargestellt. Wenn das Garn mit Wasserdampf (oder Heißluft) wärmebehandelt wurde, um die Temperatur auf 100°C zu erhöhen, was dazu dienen würde, die Schrumpfung und Ringelung in den Filamenten von neuem zu entwickeln, dann wäre zu erwarten, daß das Garn eine CD von etwa 50–60% aufweisen würde. Dies ist etwas höher als der Wert, der bei dem Garn von Test 25 zu erwarten wäre, das mit der Doppeldüsenanordnung verdichtet wurde, die ein Bündelgarn herstellt. Wenn die gleiche Faser nur gestreckt und nicht gerissen worden wäre, besteht die Ansicht, daß sie einen CD-Wert von etwa 55–65% aufweisen würde, der nur etwas höher liegt als bei dem erfindungsgemäßen Stapelfasergarn, das einen besseren Griff als ein Bikomponentengarn mit kontinuierlichen Filamenten aufweist.
Die Ergebnisse von Test 24 und 25 sind insofern überraschend, als ein gerissenes Stapelfasergarn mit guter Lauffähigkeit aus entweder vorgestreckter oder ungestreckter Faser hergestellt werden kann, indem zunächst die gesamte Dehnbarkeit des Zulaufgarns mit Vorspannung entfernt und dann das Garn erhitzt wird, um sowohl die vorgestreckte als auch die gerade gestreckte Faser vor dem Streckreißen der Filamente zu tempern. Die Stretcheigenschaften des Zulaufgarns bleiben in dem fertigen Stapelfasergarn im wesentlichen erhalten.
Es besteht die Ansicht, daß andere elastische Fasern, z. B. Kräuselfasern, unter Anwendung der Lehren der Erfindung gleichfalls erfolgreich verarbeitet werden können. Andere Fasern können verschiedene Polymerkombinationen aufweisen, beispielsweise verschiedene Nylonpolymere, oder unterschiedliche Strukturen, wie z. B. Bikonstituentenfasern. Eine Bikonstituentenfaser ist typischerweise eine Faser mit einem hochelastischen (oder "weichen") Kernpolymer, wie z. B. ein Lycra^®-Elastomer, die "Flügel" aus einem unelastischen ("harten") Polymer aufweist, die während des Spinnprozesses als Längsrippen angebracht werden. Nach dem Spinnen kann die latente Elastizität der Faser durch Wärme aktiviert werden, die dazu führt, daß das weiche Kernpolymer erheblich stärker schrumpft als das harte Flügelpolymer, wodurch sich die Verbundstruktur spiralförmig aufwickelt und wie ein Schraubengewinde aussieht. Diese Faserstruktur weist nach dem Spinnen und Strecken und vor der Wärmebehandlung auch eine gewisse "Kräuselung" auf, ähnlich der Bikomponentenfaser. Polymerpaare sollten kompatibel sein, so daß sie aneinander haften und miteinander versponnen werden können. Dazu müssen sie einen ähnlichen thermischen Ansprechverhalten und funktionelle Spinnviskosität aufweisen. Verwendbare Paare sind daher gewöhnlich einander chemisch ziemlich ähnlich oder weisen eine bestimmte spezifische Wechselwirkung auf. Gebräuchliche Bikomponenten sind zwei Polyester, zwei Nylons usw., während die Bikonstituenten z. B. 4GT/4GT-4GO (HYTREL^®) und Nylon/PEBAX^®; Homopolymer/Blockcopolymer-Paare sind, bei denen ein Block des Copolymers der gleiche ist wie das Homopolymer. Verhältnisse können erheblich variieren, sind aber im allgemeinen auf einen Bereich zwischen 80/20 und 20/80, vorzugsweise von 70/30 bis 30/70 beschränkt. Weitere herkömmliche Kräuselfasern, wie z. B. die durch Düsen, Zahnradkräuseler, Stauchkammerkräuseler und dergleichen gekräuselten Fasern, könnten gleichfalls durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in ein Stapelfasergarn konvertiert werden.
Es ist daher offensichtlich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung Verfahren zum Streckreißen von Fasern mit kontinuierlichen Filamenten bereitgestellt worden sind, um Fasern mit diskontinuierlichen Filamenten zu bilden und diese Fasern zu Garnen zu verdichten, welche die weiter oben dargelegten Ziele und Vorteile vollständig erreichen. Die Erfindung ist zwar in Verbindung mit einer konkreten Ausführungsform beschrieben worden, aber es ist klar, daß viele Alternativen, Modifikationen und Varianten für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein werden. Dementsprechend soll die Erfindung alle diesen Alternativen, Modifikationen und Varianten umfassen, die innerhalb des Grundgedankens und des allgemeinen Umfangs der beigefügten Patentansprüche liegen.

Claims

Reißstreckverfahren zur Erzeugung eines Stapelgarns aus einer Faser, die Filamente aufweist und im Durchlaufbetrieb eingespeist wird, wobei das Verfahren aufweist: Reißen der Filamente in einer ersten Reißzone L1 durch Erhöhen einer Fasergeschwindigkeit innerhalb einer ersten Reißzonenlänge bei einem ersten Geschwindigkeitsverhältnis D1, das größer oder gleich 2 ist; Reißen der Filamente in einer zweiten Reißzone in Flussrichtung hinter der ersten Reißzone durch Erhöhen der Fasergeschwindigkeit innerhalb einer zweiten Reißzonenlänge L2 bei einem zweiten Geschwindigkeitsverhältnis D2, das größer oder gleich 2 ist, wobei D2 und D1 eine Beziehung (D2 – 1)/(D1 – 1) im Bereich von 0,15 bis 2,5 aufweisen und L1 und L2 eine Beziehung L1/L2 im Bereich von 0,2 bis 0,6 definieren; und Verdichten der Faser in einer Verdichtungszone in Flussrichtung hinter der zweiten Reißzone zur Bildung eines Stapelgarns.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Länge L1 der ersten Reißzone größer oder gleich 50,8 cm (20,0 Zoll) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Beziehung (D2 – 1)/(D1 – 1) einen Bereich von 0,2 bis 2,0 und die Beziehung L2/L1 einen oberen Grenzwert von weniger als 0,4 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Strecken der Faser in einer Streckzone in Flussrichtung vor der ersten Reißzone durch Erhöhen der Fasergeschwindigkeit innerhalb einer vorgegebenen Streckzonenlänge aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die in das Verfahren eingespeisten Filamente zu einer Gruppe gehören, die unverstreckte oder teilverstreckte Bikomponentenfilamentstrukturen und Bikonstituentenfilamentstrukturen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner die Einspeisung von zusätzlicher Faser in den Prozess in Flussrichtung vor einer Zone aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus der ersten Reißzone, der zweiten Reißzone, einer Streckzone und der Verdichtungszone besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Einspeisung von zusätzlicher Faser die die Einspeisung einer ersten zusätzlichen Faser in den Prozess am Zuflussende der ersten Reißzone und die die Einspeisung einer zweiten zusätzlichen Faser aus kontinuierlichen Filamenten in den Prozess am Zuflussende der Verdichtungszone umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Tempern der Faser in einer Temperzone durch Erhitzen der Faser innerhalb einer vorgegebenen Temperzonenlänge aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die in das Verfahren eingespeisten Filamente teilverstreckte und vollverstreckte gekräuselte Strukturen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen Schritt mit Durchgang der Faser durch eine Bohrung und Erzeugung eines spiralförmigen Fluidfließwegs in der Bohrung aufweist um lose Filamentenden zu raffen und die losen Filamentenden locker um einen Kern von eng gerafften Filamenten zu wickeln.
Garn mit einer verdichteten Chemiefaser aus diskontinuierlichen Filamenten unterschiedlicher Länge, wobei die Filamente in Längsrichtung des Garns verwirbelt sind, um die Einheit des Garns aufrechtzuerhalten, wobei die mittlere Länge ("avg") der Filamente größer als 15,24 cm (6 Zoll) ist, und wobei die Faser eine Filamentlängenverteilung aufweist, in der 5% bis weniger als 15% der Filamente eine Länge von mehr als 1,5 avg aufweisen.
Garn nach Anspruch 11, wobei die Faser eine Filamentlängenverteilung aufweist, in der 5% bis weniger als 15% der Filamente eine Länge von weniger als 0,5 avg aufweisen.
Garn nach Anspruch 11, das ferner kontinuierliche Filamente aufweist, die in Längsrichtung des Garns mit den diskontinuierlichen Filamenten verwirbelt sind.
Garn nach Anspruch 13, wobei die kontinuierlichen Filamente elastische Filamente mit einer Reißdehnung von mehr als etwa 100% und einer elastischen Erholung von mindestens 30% von einer Dehnung von 50% aufweisen.
Garn nach Anspruch 11, wobei die kontinuierlichen Filamente weniger als 10% Reißdehnung aufweisen.
Garn nach Anspruch 11, wobei mindestens 1% der diskontinuierlichen Filamente in dem Garn nach Fadenfeinheit eine Faser mit einem Reibungskoeffizienten zwischen Filamenten von 0,1 oder weniger aufweist.
Garn nach Anspruch 11, wobei mindestens 1% des Garns nach Fadenfeinheit ein Fluorpolymer aufweist oder 30% eines Bikomponentengarns eine erste Komponente aus 2GT-Polyester und eine zweite Komponente aus 3GT-Polyester aufweisen.
Garn nach Anspruch 11, wobei die Faser in dem Garn zwei Fasern mit optisch deutlichen Unterschieden aufweisen, die mit bloßem Auge erkennbar sind.
Garn nach Anspruch 18, wobei die Unterschiede einen Unterschied in Farben und Form eines mehrfarbigen Garns umfassen, wobei die Farben der Fasern (mit Ausnahme neutraler Farben) eine Helligkeit von mehr als 90% aufweisen und die Farben der Fasern eine Farbdifferenz von mindestens 2,0 CIELAB-Einheiten aufweisen, wobei die Helligkeit und die Farbdifferenzen gemäß der Norm E-284 des ASTM-Komitees E12 gemessen werden.
Garn nach Anspruch 11, wobei mindestens 1% der diskontinuierlichen Filamente in dem Garn nach Denier eine Faser mit Filamenten mit einer latenten Elastizität von 30% oder mehr aufweist.
Vorrichtung zum Reißdehnen einer Faser, die eine erste Reißzone (34), eine zweite Reißzone (36) und eine Verdichtungszone (38) aufweist. wobei die erste Reißzone eine Länge L1, die zweite Reißzone eine Länge L2 aufweist und 0,6 L1 ≥ L2 ≥ 0,2 L1 gilt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Verdichtungszone einen Verwirbelungsstrahl (83), einen einzelnen Fluidstrahl, mehrere Fluidstrahlen, eine Echtzwirnvorrichtung, eine Wechselfachzwirnvorrichtung, einen Klebstoffapplikator oder eine Bombagevorrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, die ferner eine Streckzone (124) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Streckzone wie eine Temperzone funktioniert.
Vorrichtung nach Anspruch 21, die ferner eine Streckzone (144) zwischen der zweiten Reißzone (36) und der Verdichtungszone (38) oder zwischen der ersten Reißzone (34) und der zweiten Reißzone (36) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Weg der Faser durch eine oder mehrere Funktionszonen faltbar eingerichtet ist, so daß, wenn ein Wegvektor in einer ersten Funktionszone Ende an Ende mit einem Wegvektor in einer nächstfolgenden Funktionszone gelegt wird, ein eingeschlossener Winkel zwischen 45 Grad und 180 Grad definiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Vorrichtung eine erste Fasereinspeisung in Flussrichtung vor der Streckzone (124, 402) und eine zweite Fasereinspeisung hinter der Streckzone und vor der ersten Reißzone (34, 408) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, die ferner eine dritte Fasereinspeisung (421) hinter der zweiten Reißzone (36, 412) und vor der Verdichtungszone (38, 416) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Vorrichtung eine erste Fasereinspeisung in Flussrichtung vor der Streckzone (124) und eine zweite Fasereinspeisung (31a) am Abflussende (300) der Streckzone (144) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, die ferner eine dritte Fasereinspeisung (31a) am Abflussende (300) der Streckzone (144) aufweist.