DE1660481A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Relaxieren von hochpolymeren Mono- oder Multifilamentenim Anschluss an den Streckprozess und eine Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Maschinenfabrik Rieter AG«, Winterthur/ Schweiz

Verfahren und Vorrichtung zum Relaxieren von hochpolymeren Mono- oder Multifilamenten im Anschluß an den Streckprozeß und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens«

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Relaxieren.von hochpolymeren Mono- oder Multifilamenten im Anschluß an das Verstrecken der-selben auf mehrfache Länge und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

jis sind schon Verfahren zum Relaxieren von endlosen hochpolymeren Fäden bekannt geworden, bei denen der Faden nach der Streckzone von der Streckwalze in mehrere Windungen auf eine kleinere Umlenkwalze gelegt wurde, um dann zur Relaxierung in mehreren Windungen auf eine separate, feststehende oder umlaufende, durch den laufenden Faden mitgenommene kleine Heizwalze und von dieser auf die Streck- oder Umlenkrolle überzugehen. Von dort gelangt der Faden zu einer Aufwindsteile« Dabei wurde der Faden auf dem Wege zur Heizwalze gekreuzt geführt, um die Kontaktlänge mit der Heizwalze mög«

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Lsts zu verlängern. Dieses Vorgehen hat mehrere Nachteile. Einmal erzeugt bei feststehender Heizwalze der grosse Umschlingungswinkel bei gekreuztem Fadenlauf sehr hohe Reibungskräfte, die zufolge der hohen erzeugten Fadenspannung nicht nur die Relaxierung sondern auch das Aufwinden stark beeinträchtigen. Lässt man aber zum Herabsetzen der Spannungen, wie auch vorgeschlagen, die-Heizwalze rotieren, so ergibt sieh der Nachteil, die Heiztemperatur auf dieser umlaufenden Rolle einhalten zu müssen, was bekanntlich sehr schwierig ist.' Dieses bekannte Verfahren hat den weiteren

erhebliehen Nachteil, dass der Faden auf dem Weg bis zur wiederholten, an sieh sehr kurzen Berührung mit der Heizwalze sich.unerwünscht stark abkühlt, so dass die eigentlich für die Umkristallisation zur Verfügung stehende Temperatureinwirkzeit zufolge des kurzen Weges auf der Heizwalze ausserordentlich kurz ist.

Es sind auch schon Vorschläge, zum Relaxieren von hochpolymeren Multifilamentfäden gemacht worden, bei denen der Faden mehrfach über eine geheizte Galette und über eine dieser zugeordneten kleinen Umlenkrolle gelegt wurde, wobei zwischen Umlenkrolle und Galette noch ein doppelseitig wirkender, leicht konvexer Kontakt-Heizkörper montiert war, auf dem sich der Faden auf seinem Weg von der Galette zur Umlenkrölle und umgekehrt legte. Dabei müsste die drehende,

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im Durchmesser relativ grosse Galette beheizt werden, um eine wiederholte, stärkere, unerwünschte Abkühlung des Fadens während seines Verbleibens auf dieser zu verhindern. Diese Art der Relaxierung hat den weiteren Nachteil, dass der Urns chlxngungs winkel auf der Galette zufolge der geometrischen Verhältnisse beträchtlich über ^:.l80° ist, so dass beim notwendigen, durch die Relaxierung bedingten Schlupf auf der Galette relativ grosse Fadenspannungen, die den Relaxierkräften aber entgegenwirken, entstehen, die insofern nachteilig sind, als sie die mit der Relaxierung einhergenende Molekülumordnung beeinträchtigen. Ferner stellt die erforderliche scharfe Einhaltung der Temperatur einer geheizten drehenden Galette, wie schon erwähnt, ein schwer zu bewältigendes Problem dar. Im weiteren bestand bei dieser Ausführung der Nachteil, dass bei unbemerktem Wickeln der Galette ein Klemmen zwischen der Galette und dem anliegenden Heizkörper durch das sich aufstauende Material verursacht wurde- Auch die Anwendung von Stufengaletten konnte diese Nachteile nur teilweise beseitigen.

Das erfindungsgemasse Verfahren zum Relaxieren von Fäden aus einem hoehpolymeren EinzeIfilament oder von aus mehreren solchen zusammengesetzten Filamenten im Anschluss an das Strecken derselben auf mehrfache Länge in einer Streckzone besteht darin, dass der Faden in mehreren Windungen um

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zwei Umlenkrollen mit dazwischenliegenden, den Faden berührenden, schwach konvexen Heizflächen gelegt wird und dabei, ausgehend vcn· einer kleinen Anfangsfadenspannung, nach Jeder Windung die Spannung um einen solchen Betrag herabgesetzt wird, dass die durch die Relaxierkrafte erzeugte Spannung im Faden nicht überschritten wird und der Faden die Relaxierzone mit einer gegenüber der Anfangsspannung nur unwesentlich erhöhten Spannung verlässt, worauf der Faden" mit dieser reduzierten Spannung aufgewunden wird. Ein weiteres Merkmal besteht· darin, dass die Herabsetzung der Fadenspannung nach jeder Windung durch Kontakt mit einer Umlenkrolle erzeugt wird, deren Umfangsgeschwindigkeit die Fadengeschwindigkeit an dieser Stelle übersteigt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht darin, dass diese Umlenkrolle zugleich als angetriebene Rolle für eine Relaxierzone dient, die aus einer zweiten, mit Abstand zur genannten Rolle angeordneten frei laufenden Rolle und dazwischenliegenden, den Faden berührenden, schwach konvexen Kontaktflächen besteht.

Der Faden kann auf diese Weise ohne Bedenken sovielmal um die Umlenkrollen und die dazwischenliegenden Heizflächen gelegt werden, bis die für eine genügende Relaxierung notwendige Heizzeit gewährleistet ist, ohne die Fadenspannung ungebührlich ansteigen zu lassen. Mit dieser Arbeitsweise

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sind folgende Vorteile verbunden:

Die schwach gekrümmten, konvexen Heizflächen ergeben kleine Reibungskräfte an' den umlaufenden Fäden, was die Relaxierung sehr erleichtert. Die Umschlingungswinke1 um die Umlenkrollen sind alle kleiner als l8o°, was ebenfalls zur . Reibungsherabsetzung beiträgt, da ohne einen Schlupf auf diesen Walzen nicht relaxiert werden kann. Die Fadenablaufspannung wird ferner erheblich herabgesetzt durch die Tatsache, dass die erste Umlenkrolle mit der Abzugsgeschwindigkeit der Streckzone umläuft und somit de r Faden nach jedem Passieren der Heizflächen wieder angetrieben wird. Hier entsteht, im Gegensatz zu früher, keine der Relaxation entgegenstehende Bremsung des Fadens, sondern ein die Fadenspannung herabsetzender Antrieb. Das Arbeiten mit dergestalt reduzierter Fadenspannung hat weitere direkte Konsequenzen. Einmal kann mit etwas grösserer Anfangsspannung ■ in die Relaxierzone eingezogen werden, ohne die Endspannung stark nach oben zu beeinflussen. Dies ist insofern von Bedeutung, als eine zu starke Herabsetzung der Einzugsfadenspannung ein Wickeln der beteiligten Walzen .und unruhigen Fadenlauf zur Folge haben kann. Ferner erreicht man einen Fadenablauf mit kleinerer Endspannung, was das direkte Aufwickeln mit erwünschter geringer Fadenspannung ermöglicht. Die beschriebene Arbeitsweise erlaubt ein mehrfaches Passie-

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ren der Reibung erzeugenden Heizflächen und damit eine längere Verweilzeit in der Heizzone, was wiederum die Herabsetzung der Heiztemperatur ermöglicht. Dies ist von Bedeutung, weil gewisse Oe!bestandteile der auf den Faden aufgebrachten Präparation nicht mehr verdampfen können. Auch der Gesamtwirkungsgrad der Heizung wird erheblich verbessert.

Die Erfindung sei nachstehend an "einem illustrierten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die allgemeine Anordnung des Fadenlaufs und des Heizkörpers in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Variante des Fadenlaufs,

Fig. 3 den Spannungsverlauf über der Länge der Relaxierzone aufgetragen.

Ein angelieferter, hochpolymerer, unverstreckter Faden 1, bestehend aus einem Endlosfadenbündel oder einem Monofilament, gelangt auf ein mit der Umfangsgeschwindigkeit V₁ drehendes Einzugswalzenpaar 2 und von dort über einen Streckstift 3 zur mit mehrfach grösserer Umfangsgeschwindigkeit V^ umlaufenden Streckrolle oder Galette 4, so dass der Faden in dieser Zone, im üblichen Umfang auf mehrfache Länge verstreckt wird. Von der Galette 4 gelangt der Faden auf eine Umlenkrolle 5 und von dort wieder auf die Galette 4. Nach mehrfachen derartigen Windungen 6 verlässt der Faden die

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mit V₂ laufende Umlenkrolle 5 nach oben, um nach Berühren der linken Seite einer leicht konvex gestalteten Kontaktheizfläche 7 zu einer konischen, frei umlaufenden, konischen Hilfsumlenkrolle 8 zu gelangen, die den Faden auf der rechten Seite einer ebenfalls konvexen Kontaktheizfläche 9 übergibt, von der er durch die von den um die Galette 4 gelegten Windungen 6 angetriebenen Umlenkrolle 5 abgenommen und wieder nach oben, Richtung Heizfläche 7, umgelenkt wird* Wach Anlage von mehreren Windungen 9^f über die beiden Heizflächen 7 bzw. 9, während denen der Faden genügend aufgeheizt wird, verkürzt sich der Faden in gewünschtem Maße, d«,h. er relaxiert. Er verläßt dann die Hilfsumlenkrolle 8 am kleinen Durchmesser, um über eine Ghangierung 10 einer Aufwindvorrichtung 11 zugeführt zu werden, die aus einer Spule 12 und einer diese antreibenden Reibwalze 13 gebildet wird«, Durch die leicht konvexe Gestaltung der Heizflächen 7 und 9 erreicht man eine geringe Steigerung der Fadenspannung des darübergleitenden Fadens, weil so die Reibungskräfte klein gehalten werden können. Die Durchmesser der beiden Umlenkrollen 5 und 8 sind ebenfalls klein gehalten, um den zurückzulegenden Weg zwischen zwei Heizflächen auf ein Minimum zu reduzieren, und zwar kleiner als die Distanz der Enden der zwei anliegenden Heizflächen. Die Umschlingungswinkel des Fadens sowohl auf der Umlenkrolle 5 als auch auf der

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Hilfsumlenkrolle 8 sind dadurch kleiner als 18O , was ebenfalls zu einer Reduktion der Reibungskräfte beiträgt, obwohl an.sich eine grössere Reibung auf der.als Antriebsrolle für die über die Heizflächen 7 und 9 laufenden Fäden wirkenden Umlenkrolle 5 erwünscht wäre. Eine Vergrösserung des Durchmessers dieser Rolle 5 steht aber der wichtigen Forderung möglichst kleiner Abkühlung entgegen, was deshalb vertretbar ist, weil die an dieser Rolle erzeugte Reibung durchaus genügt,' die Fadenspannung im erwünschten Masse herabzusetzen, wie dies aus dem Fadenspannungsverlauf Fig. 3.» auf den nachstehend näher eingetreten werden soll, ersichtlich ist.

Mit der beschriebenen Anordnung der Galette 4, den Umlenkrollen 5 und 8 und Heizflächen 7 und 9 und mit der entsprechenden Anbringung der Fadenwindungen 6.und 9' kann nun die Fadenspannung während der Helaxierung in den Windungen 9^f sukzessive-herabgesetzt und am Schluss beim Abzug auf die Aufwickelvorrichtung 10 gering gehalten werden.

Das Verfahren sei nun an Hand der Ausführungsform gemäss Flg. 1 und des Diagrammes Fig. 2 mit einem Beispiel beschrieben:

Der von der Streckgalette 4 mit einer Geschwindigkeit V₂ = 1200 m/min abgegebene Multifilamentfaden F_Q von ca. 70 den Gesamttiter, bestehend aus Polyamideinzelfäden

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(Nylon 66) von 3 den, wird nach Reduktion der Streckspannung von S = 300 g in den Windungen 6 mit etwa ό _Q = 6 g an die der Walze 5 endgültig abgegeben« Diese Fadenspannung wird möglichst niedrig gehalten, um einen tiefen Ausgangswert zu halten, sie darf aber ein Minimum (z,B_# 6 g) nicht unterschreiten, weil sonst die Spannung nicht mehr ausreicht, den Faden einwandfrei von der Galette 4 abzuziehen und die Gefahr einer Wickelbildung auftreten würde* Nach Erreichen der Heizfläche 7 von ca. 150 mm Länge mit einer Fadenspannung 6 ₇, =

<£ ₀ erfährt er hier noch mit einer Geschwindigkeit von Vp = 1200 m/min einen ersten, durch Reibung an der auf 155° aufgeheizten Heiafläche 7 erzeugten Fadenspannungsanstieg auf ^ ^fo (Abszissenzone A₇)_β Die Fadenspannung steigt dann während der Umlenkung auf der Rolle 8 nicht weiter an (Ag), bis er auf die Heizfläche 9 aufläuft, die bei ebenfalls 150 mm Länge und 155° C darauf die Fadenspannung auf 6 _Q (Zone Aq) ansteigen läßt. Dann erreicht der Faden erstmals die ange-

auf triebene Umlenkrolle 5, wo die Fadenspannung^e ⁿn abgesenkt wird (Zone A₁... ^« Von hier aus erfolgt in Zone A₇₂ (= Heizfläche 7) ein erneuter Anstieg auf ^ "„, um nach kurzem, , horizontalem Verlauf der Kurve in der Zone A 82 (= Umlenkrolle 8) weiter auf <& " (Zone A 92) anzusteigen. Nach erneutem Durchlauf der den Elementen 5, 7, 8, 9, 5, 7, und 8 entsprechenden Zonen A₅,, A₇-, Ag,, Ag,, A₇. und Ag. gelangt

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der Faden mit einer Spannung S q^ ^auf die Changierung 10 !und die Aufwindvorriehtung 11. Diese Spannung ist nun nur um etwa 2 g, d.h. etwa Y3 höher als die sehr tiefe Anfangsspannung ^₀- Die Gesamtrelaxation beträgt etwa 12$-. Als Vergleich ist der Fadenspannungsverlauf in Fig. j5 gestrichelt eingezeichnet, der zu erwarten wäre, wenn die Fadenspannung nicht einer mehrfachen Reduktion durch Antrieb auf der Umlenkrolle 5 unterliegen würde. Die Endspannung <£ _n„ würde etwa das 3-fache von^₀ betragen.

In Fig. 2 ist noch eine Variante des Fadenlaufs eingezeichnet. Statt nach Ablauf von der Hilfsumlenkrolle 8' direkt auf die Aufwindvorrichtung zu gehen, ist in Fig. 2 nochmals eine Galette 14 und eine Umlenkrolle15 nachgeschaltet. Von dieser läuft der Faden auf eine Ringzwirnspindel 16. Diese Ringzwirnspindel benötigt eine positive Anlieferung.; des Fadens mit einer bestimmten Geschwindigkeit Vp, welche hiermit durch=die nachgeschaltete Galettenuralenkro3. leneinheit 14, 15 gewährleistet ist.

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Claims (1)

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Ansprüche:

1«) Verfahren zum Relaxieren von hochpolymeren mono- oder polyfilen Fäden im Anschluß an das Verstrecken dieser Fäden auf ihre mehrfache Lange in einer Streckzone, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden nach Durchlauf einer spannungserhöhenden Kontaktheizfläche in der Relaxierzone absatzweise unter der durch die Relaxierkräfte erzeugten Spannung entspannt wird.

2«) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden im entspannten Zustand aus der Relaxierzone austritt«,

3«) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden - ohne Berücksichtigung seines Schlupfes - in seinen SpannungsaTDschnitten innerhalb der Relaxierzone mit gleichbleibender Geschwindigkeit angetrieben wird, die höher liegt als die höchste Geschwindigkeit der Relaxierzone«

4») Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß der Faden in den spannungssenkenden Abschnitten innerhalb der Relaxierzone mit stufenweise zunehmendem Schlupf angetrieben wird.

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5β) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden in den spannungsabnehmenden Abschnitten der Relaxierzone mit seiner Einlaufgeschwindigkeit angetrieben wird«

6_e) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden in seinen spannungsabnehmenden Abschnitten mit der Streek-iindgesehwindigkeit angetrieben wird.

7·) Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 unter Verwendung eines Streckwerkes sowie eines Relaxierwerkes, das aus zwei Umlenkrollen besteht, über welche der Faden in mehreren Windungen schraubenförmig geführt wird sowie aus einer Heizvorrichtung für den Faden, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden Rollen mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wird, wobei der Unterschied zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der Rollen so bemessen ist, daß der Faden im spannungsreichen Trum noch unter der Relaxierspannung bleibt«

M/Sti,

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