DE1097167B

DE1097167B - Polarisationsoptisches Verfahren zur Regelung der Gleichmaessigkeit der Eigenschaften von schmelzgesponnenen Faeden waehrend des Spinnens

Info

Publication number: DE1097167B
Application number: DEI9324A
Authority: DE
Inventors: Peter Thomas Barrett
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1953-11-03
Filing date: 1954-11-01
Publication date: 1961-01-12
Also published as: CH342768A

Description

Polarisationsoptisches Verfahren zur Regelung der Gleichmäßigkeit der Eigenschaften von schmelzgesponnenen Fäden während des Spinnens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Gleichmäßigkeit der Eigenschaften von schmelzgesponnenen Fäden während des Spinnens, wobei die Doppelbrechung der Fäden gemessen und die Spinnbedingungen so eingestellt werden, daß die Doppelbrechung der Fäden bei einem im wesentlichen konstanten optimalen Wert gehalten wird.
Es ist bekannt, daß die meisten üblichen Textilfasern optisch anisotrop sind und demgemäß die Eigenschaft der Doppelbrechung besitzen. Die Doppelbrechung eines Materials ist die Differenz zwischen den Brechungsindizes von Licht, das parallel und senkrecht zu einer geeigneten Achse innerhalb des Materials polarisiert ist, beispielsweise zu der Spinnachse in dem Fall, wo es sich um faserige Materialien handelt. Die Wichtigkeft dieses Faktors bei dem Studium der physikalischen Eigenschaften von Hochpolymeren ist in der Tatsache begründet, daß er ein Maß für den Grad der Orientierung der langkettigen Moleküle gibt.
Der Grad der Orientierung in gesponnenen Fäden bestimmt zu einem erheblichen Maße den endgültigen Zustand der durch Zug beeinflußten Kristallisation und demgemäß der Zähigkeitlder gestreckten Fäden.
Es ist bekannt, daß die Doppelbrechung durch mikroskopische oder andere optische Methoden unter Verwendung eines optischen Kompensators gemessen werden kann, wobei die zu messende Probe sich entweder in Luft oder in anderen Medien befindet. Im allgemeinen beruhen diese Verfahren auf der Bestimmung einer Strahlverschiebung oder dem Vergleich der Gleichmäßigkeit einer Beleuchtung mit einer Standardlichtquelle unter Verwendung eines optischen Kompensators. Es ist bekannt, daß es bei Verwendung von Kompensatoren unvermeidbar ist daß subjektive Fehler eingeführt werden, welche in Verbindung mit der außerordentlich geringen Menge des geprüften Fadens und der für diese Prüfungen erforderlichen Zeitdauer derartige Arbeitsweisen für Betri-ebskontrollen ungeeignet machen.
Die Erfindung bezieht sich nunmehr auf ein Verfahren, das zur Regelung der Gleichmäßigkeit der Eigenschaften von kontinuierlichen Fäden, die durch Schmelzspinnen hergestellt worden sind, angewandt werden kann, wobei hierzu Messungen der Doppelbrechung von feststehenden Fäden herangezogen werden, ohne daß hierbei subjektive Fehler auftreten und lange Beobachtungszeiten erforderlich sind, wie es bei den bekannten Kompensatormethoden der Fall ist. Es ist hierdurch also möglich geworden, das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren zur Bestimmung der Doppelbrechung als Qualitätskontrolle im Betrieb anzuwenden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Doppelbrechung in der Weise gemessen wird, daß man einen Strahl des polarisierten Lichtes unter einem geneigten Winkel auf einen oder mehrere in Luft gebettete Fäden fallen läßt und daß das von dem Faden oder den Fäden gestreute Licht unter Verwendung einer Viertelwellenplatte und eines Analysator-Nicol-Prismas analys!iert wird.
Bei einer bevorzugten Arbeitsweise zur Durchführung des den Gegenstand -der Erfindung bildenden Verfahrens wird die Doppelbrechung des Lichtes gemessen, das zwischen 10 und 200 zum einfallenden Lichtstrahl gestreut ist.
Die AbbiLdung zeigt schematisch die Anordnung einer geeigneten Apparatur zum Messen der Doppelbrechung des gestreuten Lichtes.
Eine Quecksilberbogenlampe sendet einen Licht strahl 11 aus, der durch eine Linse 12 gesammelt und dann durch ein Grünfilter 13 geleitet wird. Schließlich gelangt der Lichtstrahl durch ein Nicol-Prisma 14 und tritt dann durch den Faden 15 hindurch. Das unter einem Winkel a gestreute Licht tritt dann durch eine Viertelwellenplatte 16 und ein drehbares Analysator-Nicol-Prisma 17. Der Lichtstrahl wird dann durch einen elfstufigen Lichtvervielfältiger 18 verstärkt und schl'ießlich mittels eines Gleichstrommilliamperemeters 19 gemessen. Eine unerwünschte Lichteinwirkung wird hierbei dadurch auf ein Minimum verringert, daß bei 20 ein mattierter schwarzer Hintergrund angeordnet wird.
Der Grundgedanke des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens beruht auf der Tatsache, daß polarisiertes Licht, wenn man es auf einen doppelbrechenden Faden fallen läßt, infolge einer Phasenverschiebung wider beiden Axialkomponenten des einfallenden Lichtes gegeneinander elliptisch polarisiert austritt. Wenn das durchgelassene Licht durch eine Viertelwellenplatte einem Analysator-Nicol-Prisma zugeleitet wird, das gedreht werden kann, kann der Auslöschwinkel gemessen werden. Beim Auftreffen auf einen doppelbrechenden Faden wird ein Teil des polarisierten Lichtes bereits in der vorderen Ebene des Fadens gestreut. Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird nun dieses im vorderen Teil gestreute Licht zur Bestimmung der Doppelbrechung des Fadens verwendet, da dadurch der Faden gegen einen beständig dunklen Hintergrund gesehen, dadurch die Empfindlichkeit der Methode verbessert und es möglich wird, das Licht photoelektrisch anzuzeigen. Der Drehungswinkel des Analysator-Prismas aus einer bekannten Null-Stellung zu der Auslöschstellung 0 steht zu der Verzögerung des Lichtes, die ein Produkt der Doppelbrechung A und des Durchmesers d des Fadens ist, in der Beziehung Ad worin R die Wellenlänge des angewandten Lichtes ist.
Da der Durchmesser des Fadens im wesentlichen konstant ist, ist die Doppelbrechungldes Fadens direkt proportional dem Drehungswinkel des voranstehend beschriebenen Analysator-Prismas.
Eine geeignete Apparatur zur Messung dieses Drehwinkels des Analysator-Prismas sieht monochromatisches grünes Quecksilberlicht vor, das durch ein Nicol-Prisma polarisiert wird. Das polaris,ierte Licht wird durch eine Streuplatte mit Ider Doppelbrechung Null gestreut und nach Durchgang durch eine Viertelwellenplatte durch ein drehbares Nicol-Prisma analysiert. Das aus dem Analysator-Prisma auftretende Licht wird einem Lichtvervielfältiger zugeführt, der mit einem empfindlichen Microamperemeter verbunden ist, wodurch Idie Messung der Lichtintensität ermöglicht wird. Das Nicol-Prisma wird bis zur Stellung des minimalen Lichtdurchtritts gedreht, d. h. so lange, bis das Micrnamperemeter einen minimalen Ausschlag gibt. Dann wird der Winkel Ides Analysator-Prismas direkt von einer Skala abgelesen. Sodann wird ein Band aus Fäden von Polyäthylenterephthalat straff in senkrechter Stellung in einen Rahmen in Luft eingespannt und an Stelle der Streuplatte eingesetzt. Das von den Fäden gestreute Licht tritt durch die Viertelwellenplatte, das Analysator-Prisma wird gedreht, bis sich der vorherige minimale Ausschlag des Mikroamperemeters wieder eingestellt hat, und die neue Stellung des Analysator-Prismas wird abgelesen.
So kann der Drehwinkel festgestellt und die mittlere Doppelbrechung der Fäden unter Anwendung der oben angegebenen Formel errechnet werden.
Bei Anwendung dieser Apparatur darf das Analysator-Prisma nicht um mehr als 1800 gedreht werden, da sonst sekundäre falsche Ablesungen für die Winkelstellung des Analysator-Prismas erhalten werden.
Diese Apparatur eignet sich zur Messung der Doppelbrechung ungestreckter Fäden aus Fasern handels- üblicher Denierwerte, die gestreckt werden können, da es sich herausgestellt hat, daß es nicht nötig ist, das Analysator-Prisma um mehr als 1800 zu drehen.
Dieses Verfahren zum Messen der Doppelbrechung besitzt verschiedene Vorteile gegenüber bekannten Verfahren, da es genauer, schneller und weniger umständlich ist.
Bei einer abgewandelten Form der Apparatur wird das aus dem Analysator Prisma kommend Licht visuell durch mikroskopische Mittel analysiert. Eine derartige Form der Apparatur schließt jedoch inidividuelle Irrtümer ein, während mit der beschriebenen Apparatur direkte Werte abgelesen werden.
Der Durchmesser der Fäden hängt von zwei Faktoren ab, nämlich von der Anspreßgeschwindigkeit des Polymeren und der Aufwickelgeschwindigkeit der Fäden. Der Durchmesser Ider Fäden bleibt konstant, solange fdas Verhältnis dieser Geschwindigkeiten konstant gehalten wird. In der Praxis kann sich jedoch die Auspreßgeschwindkeit etwas ändern, beispielsweise infolge von Ungenauigkeiten der Zahnradpumpe, welche Idie Schmelze (der Spinndüse zu führt. Gewünschtenfalls kann die Wirkung dieser geringen Veränderung ausgeschaltet und der Durchmesser durch Anwendung eines Denieranzeigers für die laufenden Fäden geregelt werden, wobei die Arbeitsbedingungen so eingestellt werden, daß der Durchmesser der Fäden konstant bleibt. Für ein normales Hersteilungsverfahren ist dies jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren kann jede geringe Veränderung der Doppelbrechung leicht festgestellt und das Spinnverfahren entweder von Hand oder automatisch so eingestellt werden, daß die gewünschte Doppelbrechung wiederhergestellt wird. Zeigt die Ablesevorrichtung eine Verringerung der Doppelbrechung an, so muß die Aufwickelgeschwindigkeit der Fäden vergrößert werden, um hierdurch eine Erhöhung der Doppelbrechung auf ihren vorherigen Wert herbeizuführen.
Desgleichen kann ein Ansteigen Ider Doppelbrechung durch Verringerung der Aufwickelgeschwindigkeit ausgeglichen werden. Wenn jedoch Idie Aufwickelgeschwindigkeit verändert wird, muß die Auspressgeschwindigkeit entsprechend eingestellt werden, um das Verhältnis der Auspreßgeschwindigkeit zu der Aufwickelgeschwindigkeit auf einem konstanten Wert zu halten, damit der Durchmesser des Fadens konstant gehalten wird. Die Auspreßgeschwindigkeit wird durch die Geschwindigkeit der Zahnradpumpe eingestellt.
Es wurde gefunden, daß die Eigenschaften der gestreckten Fäden, insbesondere ihre Zähigkeit, von der Doppelbrechung der so gesponnenen Fäden abhängen.
In dieser Hinsicht hat also das erfindungsgemä'ße Verfahren die praktische Bedeutung, das es ermöglicht, die Doppelbrechung von schmelzgesponnenen Fäden während des Spinnens auf einem gleichmäßigen Wert zu halten und so Fäden einer konstanten und erwünschen Festigkeit zu erhalten.

Claims

PATENTANSPROCHE: 1. Polarisationsoptisches Verfahren zum Regeln der Gleichmäßigkeit von schmelzgesponnenen Fäden während des Spinnens, wobei die Doppelbrechung der Fäden gemessen und Idie Spinnbedingiungen so eingestellt werden, daß die Doppelbrechung der Fäden bei einem im wesentlichen konstanten optimalen Wert gehalten wird, dadurch gekennzeidinet, daß die Doppelbrechung in der Weise gemessen wird, daß man einen Strahl des polarisierten Lichtes unter einem geneigten Winkel auf einen oder mehrere in Luft gebettet Fäden fallen läßt und daß tdas von dem Faden oder den Fäden gestreute Licht unter Verwendung einer Viertelwellenplatte (16) und eines Analysator-Nicol-Prismas (17) analysiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbrechung für zwischen 10 und 200 zum einfallenden Strahl gestreutes Licht gemessen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 737163; »Polarisationsoptik« von Dr. Hanns Hans; VEB Verlag Technik, Berlin, Mai 1953, S. 152, Bild 71, und S. 114, Abs.: »2/4-Plättchen«, und S. 167, Abs.: » Regelvorgänge«.