DE1435677B1 - Verfahren zum schmelzspinnen von linearpolymeren - Google Patents

Description

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menscheibe 16 sitzt, die mit einem nicht dargestellten drei Thermometern a, b und c versehen, die in die

Motor verbunden ist. Masse der Polymerschnitzel im Behälter hineinragen.

Für den Trockenvorgang wird im Mantel 11 Unterhalb des Vorratsbehälters 41 ist der eigent-Warmwasser umlaufen gelassen, das aus einem nicht liehe Spinnkopf 44 angeordnet, der beispielsweise wie dargestellten Kessel über einen Hahn 17, durch eine 5 im italienischen Patent 492 712 beschrieben ausgeaxial innerhalb der Hohlwelle 15 verlaufende Leitung bildet ist und dessen unterer, im wesentlichen kugel-18 und eine Zuflußleitung 19 im Punkt 20 in den stumpfförmiger Teil die Schmelzkammer bildet. In Mantel 11 eingelassen und durch eine Abflußleitung der Wand der Schmelzkammer sind Öffnungen vor-21, ein zur Leitung 18 achsengleiche Leitung 22 und gesehen, an welche Leitungen 50 und 51 für den Umüber den Hahn 23 abgelassen wird, um in den Kessel io lauf des inerten Gases angeschlossen sind. Der kegelzurückzukehren, stumpfförmige Teil der Schmelzkammer ist von einem

Während der Durchführung des Trockenvorganges Mantel 52 umgeben, in dem ein Wärmemittel umwird die Trommel mittels der axial innerhalb der läuft. Der untere Auslaß der Schmelzkammer ist Hohlwelle 14 verlaufenden Leitung 24 und über einen durch einen nicht erwärmten Rost abgeschlossen, der Hahn 25 an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe 15 den Durchtritt fester Polymerteilchen verhindert, und angeschlossen. ist an eine Leitung 53 angeschlossen, welche mittels

Nach Beendigung der in bekannter Weise durch- entsprechender Verbindungsleitungen zu einer oder

geführten Trocknung beginnt das erfindungsgemäße mehreren Spinndüsen führt.

Abkühlen der Polymerschnitzel, zu welchem Zweck Innerhalb der Schmelzkammer sind verstreut wei-

in den Mantel 11 kaltes bzw, abgekühltes Wasser 20 tere Heizkörper 54 von beliebiger Form angeordnet,

eingelassen wird, das durch den Hahn 26 und die deren Oberflächen auf entsprechend hohen Tempe-

gleichen Leitungen 18 und 19 einfließt und durch raturen gehalten werden müssen, um dem sie um-

die Leitungen 21 und 22 und den Hahn 27 ausfließt. gebenden flüssigen Polymeren die gewünschte

Während dieses Vorganges wird die Vakuumpumpe Wärmemenge zu erteilen und etwaige feste Teilchen,

durch Schließen des Hahnes 25 von der Trommel 25 die mit ihnen in Berührung kommen, zu schmelzen,

getrennt. Der in der Trommel herrschende Unter- Es versteht sich, daß der gegenseitige Abstand der

druck wird durch Einlaß eines inerten Gases, bei- Heizkörper größer sein muß als die größte Abmes-

spielsweise Stickstoff, mit kontrolliertem Feuchtig- sung der Polymerteilchen und daß sie die Vorwärts-

keitsgehalt, der 70 mg pro m^s nicht übersteigt, auf bewegung der mit dem flüssigen Polymeren vermisch-

Normaldruck erhöht. Das Gas wird über den Hahn 30 ten Teilchen, welche zufolge ihrer Schwere die Nei-

28 und die Leitung 24 eingelassen, gung besitzen, abzusinken, nicht behindern dürfen.

In der in Fig. 1 dargestellten Anlage kann das Die Bauart des Spinnkopfes, der Schmelzkammer, Trocknen bei 80° C und unter einem Restdruck von der Spinndüsen sowie auch der zugehörigen Pumpen 0,1 mm Hg innerhalb etwa 30 Stunden durchgeführt mit Verbindungen hat hier keinerlei Belang, da diese werden. Das Abkühlen der getrockneten und warmen 35 Einrichtungen nicht zur Erfindung gehören.
Schnitzel kann sowohl innerhalb als auch außerhalb Unter Anwendung der beschriebenen Einrichtunder Trommel mittels anderer Vorrichtungen bewirkt gen wurden die in den folgenden Beispielen erläuterwerden, ten Spinnversuche durchgeführt:

Soll die Abkühlung innerhalb der Vorrichtung . -I₁

nach Fig. 1 vorgenommen werden, so wird das 40 .Beispiel l

Warmwasser im Mantel 11 durch Wasser mit einer Eine Menge von 2500 kg Schnitzel (bestehend aus

Temperatur zwischen 0 und 30° C verdrängt, nach- 3 mm langen zylindrischen Harzkörpern von 2 mm

dem die Trommel 10 mit trockenem Stickstoff bis Durchmesser) wird in der Trockentrommel nach

zum Erreichen des Normaldruckes gefüllt wurde. F i g. 1, die einen Innendurchmesser von 200 cm und

Unter diesen Bedingungen genügt gewöhnlich eine 45 eine Länge von 300 cm besitzt, bei einer Temperatur 2 bis 15 Stunden dauernde Behandlung, um die von 105° C unter fortschreitender Entfernung der Schnitzel auf die bevorzugte Temperatur, d. h. zwi- Luft und der sich entwickelnden Feuchtigkeit bei sehen 20 und 40° C und jedenfalls unter 50° C abzu- einem Druck von 1,5 Torr getrocknet. Dieser Vorkühlen, gang wird durch langsame Drehung der Trommel um

Die dermaßen gekühlten Schnitzel werden nun der 50 eine diagonal verlaufende Achse begünstigt,
in Fig. 2 dargestellten Spinnvorrichtung zugeführt. Die anfängliche Feuchtigkeit der Schnitzel von Sie gelangen dabei zunächst in den Vorratsbehälter 8,5% wird gleichmäßig für die gesamte Masse der 41, der aus einem zylindrischen Gefäß besteht, das Schnitzel auf 0,075% herabgesetzt,
unten mit einem Trichter 42 und einem Absperrorgan Nach beendigter Trocknung wird in der Trommel 43 für den Ablaß der Schnitzel versehen ist, durch 55 durch Einlaß von reinem Stickstoff, der einen Wasserweiches dieselben in den eigentlichen Spinnkopf 44 gehalt von nicht mehr als 70 mg pro m³ besitzt, der gelangen. Die Zuführung der Schnitzel in den Vor- normale Druck wieder hergestellt,
ratsbehälter erfolgt mittels an sich bekannter Vor- Anschließend wird das Polymere mittels eines richtungen durch eine Einlaßöffnung 45 Vorzugs- stickstoffdichten Behälters oder mittels kontinuierweise pneumatisch, d. h., die Schnitzel werden mit- 60 licher Becherförderer oder pneumatischer Förderer tels eines Stickstoffstromes durch die genannte Öff- od. dgl. unter einem inerten Gas vom Trockner in nung eingeleitet, und der Stickstoffstrom tritt durch den oberhalb der Schmelzvorrichtung angeordneten eine Austrittsöffnung 46 wieder aus, um rückgeführt Vorratsspeicher gemäß F i g. 2 überführt, in dem es zu werden. Eine Leitung 47 mit Absperrorgan 48 zufolge seines Eigengewichtes absinkt und die dient dazu, um zu Beginn des Spinnens die gesamte 65 Schmelzvorrichtung speist. Der Vorratsspeicher beVorrichtung mittels Stickstoff unter Druck zu setzen sitzt einen Innendurchmesser von 150 cm und eine und nach Beendigung des Spinnens den Stickstoff Höhe von 280 cm, er ist mit drei Thermometern a, wieder abzulassen. Der Vorratsbehälter 41 ist mit b und c ausgerüstet, die in die Polymermasse hinein-

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reichen und nach Füllung des Speichers die folgenden Die in den gleichen Zeitabschnitten entnommenen

Temperaturwerte anzeigen: a = 95° C, b — 92° C, und verstreckten Fadenproben werden nun unter den

c = 89° C. gleichen Bedingungen verwebt, und der Stoff wird in

Nach 24 Stunden zeigen die drei Thermometer den gleichen Färbbädern gefärbt wie zuvor. Es zeigen

folgende Temperaturen an: α (nicht mehr mit dem 5 sich äußerst geringe Unterschiede in der Farb-

Polymeren in Berührung) = 30° C, b = 45° C, aufnahme, die auch vom Fachmann mit geübtem

c = 46° C. Auge nicht leicht feststellbar sind. Der Anteil an

Nach 48 Stunden werden folgende Temperaturen Fäden, die »außerhalb des Titers« liegen, ist auf

abgelesen: α (nicht mehr mit dem Polymeren in Be- 0,5 % gesunken,

rührung) = 27° C, b (ebenfalls nicht mehr mit dem io

Polymeren in Berührung) = 32° C, c = 42° C. B e i s ρ i e 1 2

Während der Gesamtspinndauer werden etwa 3001

reiner Stickstoff, analog demjenigen, der in die Trok- 2500 kg Schnitzel (bestehend aus 3 mm langen

kentrommel eingeleitet wird, durch die Schmelzvor- zylindrischen Harzkörpern von 2 mm Durchmesser)

richtung geleitet. Durch Entnahme von Proben des 15 werden in einem Trommeltrockner bei 105° C unter

durch die Spinnköpfe ausgepreßten Fadens an der fortschreitendem Abziehen der Luft und der sich ent-

Stelle der Schmelzvorrichtung und Verstrecken des- wickelnden Feuchtigkeit bei einem Druck von

selben unter Standardbedingungen auf einer Streck- 1,5 Torr getrocknet. Der Vorgang wird durch lang-

zwirnmaschine erhält man Fadenspulen. Die auf diese sames Drehen der Trommel um eine diagonal ver-

Weise in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten (ent 20 laufende Achse begünstigt.

sprechend den Polymerfraktionen, die von Beginn Die anfängliche Feuchtigkeit der Schnitzel von bis zum Ende des Spinnvorganges in aufeinander- 8,5 °/o wird gleichmäßig für die gesamte Schnitzelfolgenden Zeitabschnitten geschmolzen wurden) er- masse auf 0,075 % herabgesetzt,
haltenen Fadenspulen werden auf einem Schützen- Nach Beendigung des Trockenvorganges wird im webstuhl in Körperbindung mit einer Kette verwebt, 25 Trockner durch Einlaß von reinem Stickstoff, der je und der erhaltene Stoff wird gefärbt. Er weist m³ nicht mehr als 70 mg Wasser enthält, der norschwache Verschiedenheiten in der Farbaufnahme male Druck wiederhergestellt.

auf, die jedoch von einem geübten Auge gut wahr- Danach wird der Trockner weitergedreht, wobei

nehmbar sind. Insbesondere merkt man oft, daß die jedoch in seinem Mantel an Stelle der warmen Strö-

Farbaufnahme seitens jener Fadenspulen stärker ist, 30 mung eine kalte Strömung, beispielsweise Wasser bei

die aus zu Beginn des Spinnvorganges ausgepreßten einer Temperatur von 15° C, umlaufen gelassen wird.

Polymeren erhalten wurden. Die Aufnahme geht Nach 3stündigem Drehen beträgt die Temperatur der

dann zurück und ist am geringsten bei den am Ende Schnitzel gleichmäßig 36° C, ihr Feuchtigkeitsgrad

des Spinnvorganges erhaltenen Fäden. Die Titerregel- bleibt 0,075 °/o.

mäßigkeit wird auf folgende Weise bewertet: Als 35 Das Polymere wird in die Vorratsbehälter ge-

»innerhalb des Titers« liegend wird jener Teil der bracht, und die drei Thermometer zeigen dann fol-

Fäden betrachtet, deren Titer nicht mehr als ± 1 % gende Temperaturen an: a = 32° C, b = 33° C₁

vom Nennwert des Titers abweicht. Der Anteil der c = 36° C.

Fäden, die »außerhalb des Titers« liegen, beträgt 12 Es werden vier Einzelfäden mit einer Geschwindig-

bis 13 %. 40 keit von 800 m/min ersponnen, die in verstrecktem

Der Versuch wird unter den gleichen Bedingungen, Zustand einen Titer von 15 den besitzen,

jedoch mit folgenden Änderungen wiederholt: Nach 24 Stunden zeigen die Thermometer M-

Nach Beendigung des Trocknens der Schnitzel und gende Temperaturen an: α (nicht mehr mit dem

nachdem in den Trockner zum Druckausgleich Stick- Polymeren in Berührung) = 24° C, b = 28° C,

stoff eingelassen wurde, wird dieser weiter gedreht, 45 c = 29° C.

wobei man in seinen Mantel an Stelle einer warmen Nach 48 Stunden betragen die Temperaturen:

Strömung eine kalte Strömung, beispielsweise einen α (nicht mehr mit dem Polymeren in Berührung)

Wasserstom mit einer Temperatur von 15° C, um- = 27° C, b (ebenfalls nicht mehr mit dem Polymeren

laufen läßt. Nach 3 Stunden sind die Schnitzel gleich- in Berührung) = 26° C, c = 27° C.

mäßig auf 36° C abgekühlt, und der Feuchtigkeits- 50 Die wie im Beispiel 1 entnommenen Spulen aus

grad beträgt nach wie vor 0,075%. verstrecktem Faden zeigen, nachdem sie wie oben

Die Polymerschnitzel werden nun in den Vorrats- verwebt und gefärbt wurden, nur sehr geringe Ver-

behälter gebracht, und die drei Thermometer α, b schiedenheiten in der Farbaufnahme, die auch mit

und c zeigen die folgenden Temperaturen an: geübtem Auge nicht leicht erkennbar sind, während

a = 32° C, b = 33° C, c = 35° C. 55 beim Parallelversuch ohne Kühlen der Schnitzel die

Nach 24 Stunden betragen die Temperaturen: Farbaufnahme merkliche Unterschiede zeigt.

α (nicht mehr mit dem Polymeren in Berührung) Bezeichnet man jene Fäden, deren Titer um

= 24° C, b = 28° C, c = 29° C. ± 3,6 0/0 vom Nennwert abweicht, als »außerhalb des

Nach 48 Stunden zeigen die drei Thermometer Titers« liegend, so ergibt sich bei Kühlung der Schnit-

folgende Temperaturen an: α (nicht mehr mit dem 60 zel ein Anteil von 0,6%, während im anderen Fall,

Polymeren in Berührung) = 27° C, b (ebenfalls nicht in dem die Schnitzel nicht gekühlt werden, der An-

fliehr mit dem Polymeren in Berührung) = 26° C, teil an Fäden, die »außerhalb des Titers« liegen,

c = 27° C. 12,5 % beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 in den Vorratsbehälter eingebracht werden, aus dem Patentansprüche: sie dann in den Spinnkopf gelangen. Gemäß der der zeitigen industriellen Praxis ist diese Temperatur

1. Verfahren zum Schmelzspinnen von Linear- nicht viel niedriger als die Endtemperatur beim polymeren, vorzugsweise Polycaproamid, wobei 5 Trocknen der Schnitzel, da man, um kontinuierlich die Polymerstücke nach Vakuumtrocknung bei arbeiten zu können, das getrocknete Polymere ohne vorzugsweise 80 bis 110° C in einer inerten Gas- jeden unwirtschaftlichen Zwischenaufenthalt unatmosphäre der Schmelzspinnvorrichtung, in der mittelbar in die Spinnvorrichtung überführt.

ein inerter Gasstrom aufrechterhalten wird, zu- Erfindungsgemäß werden die heißen, getrockneten,

geführt werden, dadurch gekennzeich-io noch festen Stücke auf eine Temperatur unterhalb

net, daß die heißen, getrockneten, noch festen 50⁰C abgekühlt und in diesem Zustand in einen

Stücke auf eine Temperatur unterhalb 50° C ab- Vorratsbehälter überführt, aus dem sie dem mit einer

gekühlt und in diesem Zustand in einen Vorrats- Schmelzkammer versehenen Spinnkopf zugeführt

behälter überführt werden, aus dem sie dem mit werden.

einer Schmelzkammer versehenen Spinnkopf zu- 15 Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die ergeführt werden. findungsgemäße Abkühlung sowohl für ein gleich-

2. Verfahren nach Anspruch I₅ dadurch ge- mäßiges Verhalten beim Färben als auch für die kennzeichnet, daß die Kühlung der heißen Stücke Titerregelmäßigkeit entscheidend ist. Dieser Umstand in der Trockenkammer selbst nach Aufheben des ist in zweifacher Hinsicht überraschend, denn es war Vakuums durchgeführt wird. 20 nicht zu erwarten, daß die Temperatur, mit der die

Polymerschnitzel in den Vorratsbehälter eingebracht werden, für eine der beiden Eigenschaften ausschlag-

gebend sei, und erst recht nicht, daß beide Eigenschaften entscheidend beeinflußt würden, da von 25 einem Zusammenhang zwischen der Titerregel-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelz- mäßigkeit und den Färbeeigenschaften bisher nichts spinnen von Linearpolymeren, vorzugsweise Poly- bekannt war.

caproamid, wobei die Polymerstücke nach Vakuum- Ohne eine theoretische Erklärung für den Einfluß

trocknung bei vorzugsweise 80 bis 110° C in einer der Temperatur auf die Gleichmäßigkeit der Färbeinerten Gasatmosphäre der Schmelzspinnvorrichtung, 30 eigenschaften und die Titerregelmäßigkeit vorwegin der ein inerter Gasstrom aufrechterhalten wird, zu- zunehmen, erscheint es doch möglich, diesen Eingeführt werden. fluß auf die folgende Erscheinung zurückzuführen:

Üblicherweise werden beim Schmelzspinnen von Da die Polymerschnitzel während ihrer Überfüh-

Polyamiden, insbesondere von Polycaprolactam, zu- rung in die Schmelzspinnvorrichtung und in dieser nächst Polymerschnitzel hergestellt, die dann einer 35 selbst mit Strömen von inertem Gas in Berührung sehr intensiven Trocknung unterworfen werden. Die kommen, könnte sich vielleicht bei verhältnismäßig getrockneten Schnitzel werden aus einem Vorrats- hoher Temperatur zufolge dieser Berührung der Gebehälter kontinuierlich einem Schmelzspinnkopf be- halt an Endgruppen im Polymeren ändern, was nicht liebiger bekannter Bauart zugeführt, beispielsweise ohne Einfluß auf die Färbeigenschaften bleibt. Noch einem solchen, wie er in den italienischen Patent- 40 erstaunlicher ist allerdings der Einfluß auf die Titerschriften 376 200 und 492 712 beschrieben ist, oder regelmäßigkeit; da jedoch überraschenderweise empisie werden in eine Schneckenschmelzspinnvorrichtung risch festgestellt wurde, daß die Färbeigenschaften aufgegeben. und die Titerregelmäßigkeit wenigstens bei dieser

Im allgemeinen wird aus der Spinnvorrichtung der Arbeitsweise in irgendeinem Zusammenhang stehen, Sauerstoff verdrängt, und das Polymere wird unter 45 hat vermutlich die Änderung der Endgruppen auch einem inerten Gas (vorzugsweise Stickstoff) verspon- einen Einfluß auf die Titerregelmäßigkeit. Die erfinnen, das gewöhnlich durch den Spinnkopf geleitet dungsgemäße Temperatur, auf die die Polymerstücke wird und den Vorratsbehälter ausfüllt, aus dem der abgekühlt werden, stellt somit eine kritische Tempe-Spinnkopf mit den Polymerschnitzeln versorgt wird. ratur dar, unterhalb deren der Endgruppengehalt des

Die Trocknung der Schnitzel erfolgt normalerweise 50 Polymeren stabil ist und auch durch die folgenden im Vakuum von 0,1 mm Hg und bei Temperaturen unvermeidbaren Vorbehandlungen der Schnitzel für zwischen 80 und 110° C, bis die Restfeuchtigkeit der das Schmelzen nicht mehr beeinflußt wird.
Schnitzel nicht größer als 15% ist. Das Verfahren sei an Hand der Zeichnung näher

Beim Schmelzspinnen besteht ganz allgemein ein erläutert; es zeigt schematisch

grundlegendes Problem darin, Spinnfäden mit in 55 Fig. 1 ein Beispiel für eine zur Durchführung des jeder Hinsicht gleichmäßigen Eigenschaften zu er- Verfahrens geeignete Trockenanlage und
halten, insbesondere was die Regelmäßigkeit des F i g. 2 einen Vorratsbehälter für die Polymer-

Titers und die chemische Affinität gegenüber Färb- stücke und einen Spinnkopf.

stoffen, d. h. die gleichmäßige Färbefähigkeit anbe- Die Trockenanlage, der die in üblicher Weise herlangt. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde lie- 60 gestellten Polymerschnitzel zugeführt werden, kann, gende Aufgabe besteht somit darin, die Voraussetzun- wie in der Zeichnung Fig. 1 im Längsschnitt dargen zu schaffen, um Spinnfäden mit gleichmäßigem gestellt, ausgebildet sein und aus einer Drehtrommel Titer und gleichmäßiger Anfärbbarkeit zu erhalten. 10 mit Heizmantel 11, Einfüll- und Entleeröffnung

Es wurde gefunden, daß die Gleichmäßigkeit des 12 für die Schnitzel und mit einem Manometer 13 Verhaltens beim Färben und die Regelmäßigkeit im 65 bestehen.

Titer bei mit einer normalen Schmelzspinnvorrich- Die Trommel ist exzentrisch an zwei diametral

tung erhaltenen Spinnfäden weitgehend durch die gegenüberliegenden Enden mittels zweier Wellen 14 Temperatur beeinflußt werden, mit der die Schnitzel und 15 gelagert, wobei auf der Welle 15 eine Rie-