DE1947311A1

DE1947311A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Spinnen von Garnen aus Kunststoffasern

Info

Publication number: DE1947311A1
Application number: DE19691947311
Authority: DE
Inventors: Emilian Bobkowicz; Bobkowicz Dr Andrew John
Original assignee: BOBKOWICZ DR ANDREW JOHN
Current assignee: BOBKOWICZ DR ANDREW JOHN
Priority date: 1968-10-02
Filing date: 1969-09-18
Publication date: 1970-04-16
Also published as: DE1947311C3; BE738932A; AT323611B; US3548581A; IL32557A; IL32557A0; ES367780A1; DE1947311B2; NL6913593A; BR6911599D0; GB1279456A; NL148661B; PL71388B1; FR2019636A1; CH1196769A4; JPS496492B1; CH533702A

Description

PATENTANWALT DiPL-INQ. LEONHARD HAIN

An aie 8 MÜNCHEN 2

TAL 18

Bunäespatenfbehörden RUF: 0811/294798

8 München 2

20.8.1969 H/vl

Aktenzeichen

Anmelder: Emilian Bobkowiez und Dr. Andrew John Bobkowicz,

St. Alexander Street, Montreal 2, Quebec/Canada

Verfahren und Vorrichtung zum Spinnen von Garnen aus Kunststoffasern.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von Mehrkomponenten-Garnen durch Spinnen von Kunststoff-Stapelfasern. Insbesondere betrifft die Erfindung das Spinnen von Garnen aus Stapelfasern von Polymerverbindungen oder Kombinationen davon, wobei an den Garnen ein Draht erzeugt und dieser im wesentlichen zwischen zwei Punkten fortlaufend beibehalten · wird.

Seit Stapelfasern gesponnen werden, ist man der Ansicht, daß zur Erzielung und Beibehaltung eines Drahtes an einem Strang aus Stapelfasern das eine Ende des Stranges drehfrei sein muß. .

Wird demgemäß an einem fortlaufenden Stapelfaser-Strang, der an beiden Enden gehalten wird, ein Draht erzeugt, dann entsteht auf der einen Seite der Drallvorrichtung am Strang ein Rechtsdraht und auf der anderen Seite ein Linksdraht. Das Ergebnis ist ein Garn ohne Draht, weil sich Links- und

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Rechtsdraht gegeneinander aufheben. Dies ist allgemein als Falschdraht bekannt.

Aus diesem Grunde fallen die bisher bekannten Methoden ■des StapelfaserSpinnens in drei Gruppen:

1. Rotieren der Garnpackung.

2. Rotieren der Faserzuführeinrichtung.

3. Rotieren des Garnendes, dem fortlaufend unterbrochenes loses Materialzugeführt wird.

Das Ringspinnverfahren, das jetzt überwiegend angewendet wird, gehört zur ersten Kategorie und diese schließt auch das Flügel-, Dosen-und Topfspinnen ein.

Das zweite, ziemlich unwirtschaftliche Verfahren wird zur Garnherstellung wenig angewendet.

Das dritte Verfahren, das endfreie Spinnen oder "Break Spinning¹* ist verhältnisnäßig neu, obwohl es seit vielen Jahrzehnten in der Entwicklung ist. Zur Zeit wird es in einigen Textilfabriken geprüft. Sein größter technologischer Nachteil ist die Vielfältigkeit von Systemen, die benötigt werden, um die erforderliche Diskontinuität der Stapelfasern zu erreichen, während durch Zentrifugalkräfte ein offenes Ende für die Wiedervereinigung zu einem fortlaufend gedrehten Garn mit bleibendem Draht erhalten bleibt, Das erzeugte gedrehte Garn kann jedoch linear auf eine Aufspulwalze gewunden werden, was den Hauptvorteil des endfreien Spinnens darstellt, da dieses Verfahren im Vergleich zum Ringspinnen die Produktionsgeschwindigkeit ungefähr verdoppelt. Die höchste Turbinengeschwindigkeit, die zur Zeit erreicht wird, liegt bei ungefähr 30.000 ü/min und der Zahlenbereioh zwischen 20s und 60s. Mit diesem System sind lineare Ausstoßgeschwindigkeiten von 30 bis 60m pro Minute erzielt worden.

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Q09ft16/iSiSg

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Spinngarn ist mit jedem Mehrkomponenten-Kunststoff-Stapelfasermaterial anwendbar, wobei, entgegen dem vorerwähnten Grundprinzip, der Draht am Garn zwischen zwei festen Punkten, wie die linearen Zuführrollen und die linearen Aufspul— walzen, erteilt und auch beibehalten wird.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, einem Mehrkomponenten-Strang, -Gewebe, -Band od.dgl. aus Kunststoff asermaterial, einen vorbestimmten Draht zu erteilen und einen wesentlichen Teil dieses Drahtes zu erhalten, ohne das Zuführende oder die Sammelpackung drehen und ohne am Zuführende eine Unterbrechung der Fasermasse schaffen zu müssen, wie es sonst bei allen endfreien Spinnmethoden der Fall ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffstapelfaser-Garn mittels eines vollkommen linearen Vorgangs und mit wesentlich höheren Produktionsgeschwindigkeiten als bei den bisher bekanntenSystemen.

Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung werden mit hohen Geschwindigkeiten und einer kontinuierlichen Arbeitsweise linear gewundene Packungen von gesponnenen Kunststoff-Stapelfasergarnen, die sofort verwendet werden können, erzielt.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden im folgenden beschrieben.

Die technologische Durchführbarkeit und die wichtigen wirtschaftlichen Vorteile der Erfindung beruhen auf der Möglichkeit, den Draht, der einem vereinigten, zusammengesetzten, fortlaufenden Kunststoff-Stapelfaser-Material (Band, Strang od.dgl.) zwischen zwei festen Abstandspunkten, z.B. den Zu-

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führrollen und den linearen Garnsammelwalzen, erteilt wurde, im wesentlichen zu erhalten, indem zwischen den besagten Punkten eine geeignete Heizzone vorgesehen ist, durch die sich das Material bewegt und worin es erhitzt wird, bis die thermoplastische Polymerunterlage des zusammengesetzten Materials einen plastischen Zustand erreicht, ohne daß eine Schmelzung eintritt. In dieser Zone wird das Material gedrillt, während sich das Polymer in diesem plastischen Zustand befindet, um ein Zwischengleiten der Polymermoleküle und eine schraubenförmige Anordnung der Fasern zu erzielen. Schließlich erfolgt ein Abkühlen, um das Polymer koagulieren zu lassen, während sich das Material in diesem gedrillten Zustand befindet. Auf diese ¥eise bleibt der erzielte Draht im wesentlichen auch erhalten. "

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist im wesentlichen durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a. kontinuierliches Durchführen eines Stranges oder Bandes aus im wesentlichen zusammengesetztem Künststoff-Stapelfasermaterial linear durch Zuführrollen,

b. Erhitzen dieses Stranges oder Bandes, bis die Polymermasse plastisch wird, ohne aber den Schmelzpunkt des

• Polymers zu erreichen,

c. Drillen des Stranges oder Bandes innerhalb einer Faserführungszone, um dem Strang oder Band durch intermolekulares Verschieben der Polymermoleküle sowie 4&& durch die PasernverSchiebung mit darauffolgender schraubenförmiger Anordnung der Pasern einen vorbestimmten Draht zu erteilen,

d. Abkühlen der Polymermasse bis zur Koägulierung, während sich der Strang oder das Band im gedrillten Zustand befindet, um den Draht im wesentlichen zu erhalten und

e. Aufwinden des erzielten gesponnenen Garnes linear auf eine Aufspulwalze.

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Demgemäß setzt sich die Vorrichtung gemäß der Erfindung wie folgt zusammen:

a. Zuführrollen für das Faserband od.dgl.,

b. Heizeinrichtung mit geeigneter Temperaturkontrolle und einer Faser-Führungszone,

c. ein dieser Heizeinrichtung nachgeschaltetes Drallorgan zum Drillen des Stranges oder Bandes,

d. Kühleinrichtung für den gedrillten Strang oder das Band, die zwischen der Heizeinrichtung und dem Drallorgan vorgesehen ist und

e. Aufspulwalze zum linearen Aufwinden der erzielten gesponnenen Garne.

Gemäß der Erfindung bilden die Zuführrollen und die Aufspulwalze die beiden festen Abstandspunkte, zwischen denen die Drillung ausgeführt wird.

Natürlich bringt die Erfindung viele zusätzliche Vorteile, die wie folgt zusammengefaßt werden:

Vom praktischen Standpunkt her ist es bei weitem vorzuziehen, in Verbindung mit dem Grundverfahren und der Vorrichtung die erforderlichen zusätzlichen Vorgänge zur Bildung des gewünsohten kontinuierlichen Stranges oder Bandes, oder einer Vielzahl solcher Stränge oder Bänder auszuführen, da es nicht wirtschaftlich wäre, nur mit einem Strang oder Band zu arbeiten. Dies wird gewöhnlich durch Extrudieren einer Vielzahl von parallelen thermoplastischen Harzsträngen aus einem Extruderkopf und deren Doppelung als auch deren Verbindung mit geeigneten Geweben aus Stapelfasern, die wahllos oder parallel angeordnet sind, erreicht. Die extrudierten, thermoplastischen Stränge können auch gestreckt werden, um einen Anfangsgrad der molekularen Polymerorientierung zu erzielen.

Das Erhitzen der zusammengesetzten Faserstränge oder -bänder bis zum Erweichen der Polymermasse wird am besten durch

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Hinwegführen der Stränge über eine Heizplatte, die im allgemeinen V-förmige Längsnuten aufweist, erreicht. Die zusammengesetzten Faserstränge oder -händer werden helm Durchlaufen dieser Nuten fortlaufend erhitzt, bis die darin enthaltene Polymermasse den gewünschten plastischen Zustand erreicht hat. Die V-förmigen Nuten können sich zum Austrittsende der Heizplatte hin allmählich verengen, so daß die durchlaufenden Stränge oder Bänder gleichzeitig gepreßt werden, um so eine bessere Wechselwirkung und Konsolidierung zwischen dem Polymer und den Stapelfasern zu erreichen und um die während des Drallvorganges stattfindende schraubenförmige Anordnung der losen Stapelenden zu gewährleisten.

Die Heizplatte soll ferner mit einer geeigneten Temperaturkontrolle ausgerüstet sein, da es wichtig ist, die Temperatur stets für den gewünschten plastischen Zustand des Polymers einzustellen, ohne daß jedoch die Schmelztemperatur des besagten Polymers erreicht wird.

Dieser Erreichungspunkt variiert von Polymer zu Polymer, aber er kann leicht ermittelt werden. Ferner sind die Schmelzpunkte der meisten thermoplastischen Polymere aus der Fachliteratur ersichtlich. Der Grund, warum das Polymer einen gewissen Grad von Plastizität haben muß, ist ein Zwischenverschieben der Polymermoleküle und ein Verschieben der Stapelfasern, die in der Polymermasse während des Drillens der faserigen, zusammengesetzten Bänder eingebettet sind, um so die schraubenförmige Anordnung und Kohäsion der Stapelfasern mit dem plastischen Polymer, das im wesentlichen die Rolle eines Binde- und Schmiermittels einnimmt, zu ermöglichen. Der Grund, warum der Schmelzpunkt nicht überschritt⁶¹» werden soll, ist, daß der Strang oder das Band bei diesem Punkt seine Kontinuität verlieren würde (infolge Verflüssigung) und das Material sehr klebrig

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und an der Oberfläche der Heizeinrichtung anhaften würde, wodurch ein einwandfreier Ablauf des Vorganges und das gemischte Ergebnis nicht gewährleistet wären.

Der Draht wird dem zusammengesetzten Faserstrang oder -band unterhalb der vorerwähnten Beheizungszone erteilt und dieser Draht setzt sich nach oben bis zum Punkt der stärksten Plastizität des Polymers, wo er sich auflöst, fort, um so die Bildung eines Gegendrahtes zu verhindern, der den erteilten Draht aufheben könnte. Der Draht kann z.B. von jedem Falschdrallorgan erteilt werden, das mit Geschwindigkeiten bis zu 500.000 U/min, rotiert. Weiterhin ist zu sagen, daß die Polymerunterlage, auch wenn sie während des oben erwähnten Vorganges eine Temperatur sehr nahe ihrem Schmelzpunkt erreichten sollte, ihre vorher angenommene molekulare Orientierung nicht verliert, weil das Polymer nur für sehr kurze Zeit, ungefähr eine Se*- kunde lang, dieser Temperatur ausgesetzt ist, was jedoch ausreichtj den gewünschten Draht zu erteilen. Bei solch kurzen Einwirkzeiten besteht keine Gefahr, die Orientierung des Polymers zu verlieren. Ijn Gegenteil ist es so, daß die Orientierung gegebenenfalls sogar weiter herhöht werden kann, wenn die Rollen, die den zweiten Festpunkt bilden, mit höherer Geschwindigkeit als die ersten Festpunktrollen angetrieben werden. Die molekulare Orientierung wird auch durch das den Draht erteilende Drehmoment als Folge einer kreisförmigen Streckung des Polymers erhöht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann deshalb in einer bevorzugten Ausführungsform die folgende Zusammensetzung aufweisen:

einen Extruder mit Extruderkopf, aus dem ein Vorhang von thermoplastischen Polymersträngen oder -Streifen einer gewünschten Gestaltung extrudiert werden kann; ein Paar zusammenlaufender Nutenwalzen unterhalb dieses

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Extruderkopfes, wobei die Walzen Seite and. Seite so angeordnet sind, daß die erhabenen Walzenringe der Nutenfläche der einen Walze in die Ringnuten der anderen Walze eingreifen und hineindrücken, und die extrudierten Polymerstränge in den Spalt dieser Walzen gelenkt werden, so daß mindestens, ein Strang oder Streifen in jede Nut eintritt; Einrichtungen zum gleichzeitigen Bewegen eines Polymervorhanges von mindestens einer Seite und einer Vielzahl von Stapelfaserbändern in den Spalt der Walzen, je ein Band in jede Nut der Walzen;

Einrichtungen zum Aneinanderpressen der Nutenwalzen; Einrichtungen zum gegenläufigen Rotieren der Walzen mit höherer Geschwindigkeit als die Extrusionsgeschwindigkeit des Polymervorhanges;

Einrichtungen zum Kühlen der Walzen oder des durchlaufenden Materials,

so daß das aus diesen Walzen, die den ersten festen Abstandspunkt bilden, kommende Produkt aus konsolidierten und teilweise orientierten Zusammensetzungen aus Stapelfasern und thermoplastischen Polymerfasersträngen oder —Streifen besteht;

auf die Nutenwalzen folgende Heizplatte mit V-förmigen Rillen mit sich allmählich verengendem Querschnitt in einer mit der aus den Nutenwalzen herauskommenden Anzahl von Strängen übereinstimmenden Zahl, so daß jeder Strang oder jedes Band in eine Heizplattenrille eintreten kann. Die V-förmigen Rillen der Heizplatte werden vorzugsweise zum Austrittsende hin allmählich enger, um eine weitere Verdichtung und verbesserte Wechselwirkung zwischen den Stapelfasern und dem Polymermaterial zu erreichen und um die schraubenförmige Wiederanordnung der losen Enden der Stapelfasern während der Drillung sicherzustellen; Einrichtungen zum Einstellen und Kontrollieren der Heizplattentemperatur;

für jeden Strang oder jedes Band ein einen Draht erteilendes Organ, z.B. ein Falschdrahtorgan, das nach der Heiz-

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platte angeordnet ist und dem zugehörigen Strang innerhalb der Heizplattenrillen einen vorbestimmten Draht erteilt; Einrichtungen zum Kühlen der gedrillten Stränge oder Bänder zwischen Heizplatte und den den Draht erteilenden Organen;

ein Paar Aufnahmewalzen, die den zweiten festen Abstandspunkt bilden, und die die endgültig gedrehten Garne, die aus den den Draht erteilenden Organen kommen, linear sammeln und unter Spannung halten und

eine oder mehrere Aufspulrollen zum linearen Aufwinden des gedrehten Garnes.

Weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen behandelt. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein allgemeines Schema einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung,

Fig. 2 ein weiteres allgemeines Schema einer Einrichtung, die in Verbindung mit der Vorrichtung der Fig. 1 benutzt werden kann,

Fig. 3 eine Draufsicht auf Nutenwalzen in Eingriffsstellung an der Linie A-A der Fig. 2,

Fig. 4 eine schematisierte Darstellung eines Verfahrensablaufs,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer kompletten Universalvorrichtung und

Fig. 6 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, nach der Linie B-B der Fig. 5.

Das Grundprinzip der Erfindung wird in Fig. 1 dargestellt. Ein zusammengesetztes faseriges Stapelfaser-thermoplastisches Polymer-Band 10 wird dem Preßpunkt eines Walzenpaares 11, 12 zugeführt, das den ersten festen Abstandspunkt bildet. Dann wird dieses Band 10 von diesen Walzen Ii, 12 einer

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gerillten Heizplatte 13 mit Heizeinrichtungen 14 zugeführt, die eine geeignete Temperaturkontrolle der Heizplatte 13 ermöglichen. Die dargestellte Form der Heizplatte wurde vorzugsweise gewählt, doch kann auch jede andere Heizplatte ■mit geeigneter Temperatureinstellung und -Kontrolle sowie mit einer geeigneten Faserführung gewählt werden.

In jedem Fall soll die Heizplatte jedoch so ausgerüstet sein, daß Temperatur- und Faserreibungs—Verhältnisse geschaffen werden, die eine genügende Plastizität der thermoplastischen Polymerunterlage des zusammengesetzten Stranges 10 gewährleisten, um eine ZwisehenverschieDung ihrer Moleküle und ein Verschieben der Stapelfasern mit darauf folgendem Drillen der mit der Polymerunterlage verbundenen Stapelfasern in eine im wesentlichen schraubenförmige Anordnung zu ermöglichen. Diese Drillung wird von unten durch das Drillorgan 16, vorzugsweise einem Falschdrahtorgan, erteilt, das sich in solchem Abstand unter dem Austrittsende 15 der Heizplatte 13 befindet, daß das in der Heizplatte 13 gedrehte Garn gekühlt und in diesem Gedrehten Zustand koaguliert wird. Kühlung und Koagulierung des gedrehten Garnes kann in einfacher Weise durch die Atmosphärenluft erreicht werden. Es können zu diesem Zweck aber auch geeignete Kühleinrichtungen, wie ein wassergekühlter Mantel und/oder eine Umwälz-Luftkühlzone, vorgesehen sein.

Während des Drillvorganges bewegt sich der Draht vom Drillorgan l6 zur Heizplatte 13 aufwärts, wo er in den fortlaufenden, zusammengesetzten Strang oder das Band mit der Polymerunterlage in plastischem Zustand übergeht. Nach Durchlaufen des Drillorgans 16 wird das Garn von einem Druokwalzenpaar 17» 13 aufgenommen, das den zweiten festen Abstandspunkt bildet. Hierauf wird das Garn linear auf eine Aufspulwalze 19 gewunden, um die endgültige Garnpackung 20 zu bilden· Die Walzen 17» 18 können auoh ganz weggelassen

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werden, wenn die Aufspulwalze 19 selbst den zweiten Festpunkt bildet. Jedoch sind die Walzen 17, 18 vorteilhaft um das Garn unter Spannung zu halten.

Fig. 2 zeigt eine Anlage zum Herstellen des zusammengesetzten Bandes 10, die in_rVerbindung mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 benutzt werden kann. Gemäß dieser Anlage kann das Band 10 durch direkte Extrusion eines thermoplastischen Polymerstranges 23 od.dgl. aus einem Extruderkopf 22 eines Extruders 21 und seiner Verbindung und Verdichtung mit einem Vlies aus Stapelfasern 24 zwischen den Walzen 11a und 12a hergestellt werden. Das Vlies aus Stapelfasern 2k vird von einer oder beiden Seiten des Stranges 23 zum Spaltpunkt der Walzen lla, 12a gleichzeitig mit diesen Strang zugeführt, der nach seiner Extrusion aus dem Kopf 22 noch klebrig ist. Das Vlies wird dann durch Pressen und Kühlen, z.B. durch die Wirkung der Walzen lla, 12a, die durch Kühlwasser oder -luft im Innern gekühlt werden, mit diesem Strang verbunden und verdichtet. Die Stapelfaservliese können leicht mittels eines bekannten Zugrahmens 25, wie er zum Ziehen von Schnitzeln oder Strähnen benutzt wird, oder durch ein aerodynamisches System der bekannten Art hergestellt werden.

In diesem Fall dienen die Walzen lla und 12a dem gleichen Zweck wie die Walzen 11, 12 gemäß Fig. 1, nämlich zum Zuführen des zusammengesetzten Bandes 10 zur Heizplatte 13. Bei einer Verbindung der Einrichtung gemäß den Fig. 2 und Fig. 1 wurden die Walzen 11, 12 der Fig. 1 also durch die Walzen lla, 12a der Fig. 2 ersetzt werden.

Ferner wäre es ziemlich unwirtschaftlich, mit nur einem Band 10 zu arbeiten. Aus diesem Grund haben die Walzen lia, 12a zweckmäßig die aus Fig. 5 ersichtliche Form. Nach Fig.3 können sechs Bänder auf einmal behandelt werden. Dies bedeutet die Extrusion eines Vorhanges von sechs Strängen 23 und ihre gleichzeitige Verbindung und Verdichtung innerhalb

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der Nuten 27 mit sechs Vliesen 24, um sechs zusammengesetzte Bänder zu bekommen. Die Form der in Fig. 3 dargestellten Walzen ist besonders wirksam, da so die benötigten zusammengesetzten Bänder infolge des von den Walzenringen 28 der Walze 12a innerhalb der Umfangsnuten 2,7 der Walze lla ausgeübten Druckes direkt hergestellt werden können und aller Werkstoff, der überfließt oder in die Keilnuten 29 der Walze 12a dringt, von den Schneidekanten der Walzenringe 26 der Walze lla abgeschnitten oder durch die Walzenringe 26 der Walze ila von seinem anschließenden Werkstoff getrennt gehalten wird. Die

ist
Ausführungsform\nicht auf dieses Beispiel beschränkt und alle Rollen oder Trommeln, die die gleiche Funktion ausüben, können verwendet werden (z.B. können alle Umfangsnuten der Druckwalzen viereckigen Querschnitt aufweisen). Ferner ist die Anzahl der Nuten, innerhalb welcher die zusammengesetzten Bänder hergestellt werden, auch nicht begrenzt. Wenn Walzen lia, 12a, wie in Fig. 3 gezeigt, benutzt werden, wird die Heizplatte 13 so abgeändert, daß die Anzahl ihrer V-förmigen Rillen der Anzahl der Bänder 10, in diesem Fall sechs, entspricht. Ferner werden sechs Drillorgane l6, eines für jedes Band, benötigt. Sechs Aufspulrollen 19 können für sechs Garnpackungen 20 zum Einsatz kommen.

Ferner können die Walzen lla, 12a mit wesentlich höherer, z.B. zehnmal höherer Geschwindigkeit als der Extrusionsgeschwindigkeit des Polymerstranges 23 angetrieben werden, um so eine Streckung und üLglich einen guten Grad molekularer Orientierung des Polymerstranges zu erzielen. Auf diese Weise wird, zusammen mit der zusätzlichen Wirkung der schraubenförmigen Faseranordnung und einer weiteren Streckung infolge der Drillung, ein Produkt von ausgezeichneter Festigkeit und Beständigkeit gewonnen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, mit der ebenfalls

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ein starkes Garn erzeugt wird, ist in Fig. 4 gezeigt. Hierbei wird der Polymerstrang 23 (oder eine Vielzahl solcher Stränge) vom Extruder 21 durch den Extruderkopf 22 extrudiert, hierauf gestreckt und mittels einer Orientierungseinrichtung 30 hochgradig orientiert. Diese Einrichtung ist bekannt und besteht gewöhnlich aus zwei Sätzen von Godet-Walzen» Jeder Satz weist drei Walzen auf. Der nachfolgende Satz läuft mit höherer Geschwindigkeit als der vorhergehende. Eine Heizplatte mit geeigneter Temperaturregelung ist dazwischengeschaltet. Auf diese Weise wird der Strang 23 zuerst durch den ersten Walzensatz bis zum gewünschten Grad gestreckt, erhitzt und zum Schluß durch den zweiten Satz wieder gestreckt. Diese Behandlung gibt dem Strang 23 einen höhen Grad molekularer Orientierung. Danach wird der orientierte Strang durch eine Heizeinrichtung 31 geführt, die zweckmäßig von einem Heiztunnel mit ausreichender Temperaturregelung gebildet ist. Dort wird der Strang 23 nur soweit erhitzt, daß er am Austrittsende der Heizung auf seiner Oberfläche klebrig wird, ohne aber seine vorher angenommene innere molekulare Orientierung zu verlieren. Natürlich ist es möglich, durch diese Arbeitsweise einem thermoplastischen Material ein gewünschtes Maß an Klebrigkeit zu verleihen, ohne die molekulare Orientierung des Polymers zu beeinträohtigen. Tatsächlich tritt eine völlige Entspannung im thermoplastischen Material erst ein, wenn dieses Material eine Zeitlang einer Temperatur ausgesetzt wird, die nahe oder direkt am Schmelzpunkt liegt. Dieser Zeitraum hängt vom Grad der Orientierung, der Dicke des Materials und der Berührungsoberfläche ab. Im Falle von Polypropylän zum Beispiel tritt infolge der Entspannung kein Schrumpfen auf, wenn der Strang dreißig Minuten lang einer Temperatur von 40⁰C ausgesetzt ist, obwohl es etwas schrumpft, wenn es 45 Minuten lang dieser Temperatur ausgesetzt ist. Wenn ein Strang aus Polypropylän in Luft 30 Minuten lang bei 100⁰C erhitzt wird, erfolgt eine Schrumpfung von weni-

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ger als 5 %> wahrend eine weitere 30 Minuten lange Erhitzung bei 145 C zusätzliche 7. % Schrumpfung zur Folge hat. Es ist daher offensichtlich, daß beim Durchführen eines orientierten Stranges 23 durch die Heizeinrichtung • 31 letztere leicht eingestellt werden kann, so daß der Strang ein gewisses Maß an Oberfläehenklebrigkeit mit geringem oder überhaupt keinem Verlust an seiner molekularen Orientierung erhält. Dies tritt hauptsächlich deswegen ein, weil der Strang 23 mit einer Geschwindigkeit von vielleicht 300 m pro Minute durchläuft und seine Aufenthaltszeit in der Heizeinrichtung 31 zu kurz ist, um eine Entspannung des Polymers selbst bei hohen Temperaturen zu erreichen, obwohl diese Zeit aber ausreicht, den Polymerstrang im gewünschten Ausmaß klebrig zu machen.

Die Klebrigkeit des Stranges 23 ist nötig, damit er durch die Walzen 11a, 12a mit dem Vlies aus Stapelfasern 24 beschichtet und verdichtet werden kann, um ein zusammengesetztes Band 10 zu bilden. Das Stapelfaservlies 24 wird von der Zuführeinrichtung 25 zum Spalt der Walzen lla, 12a geführt und zwei solcher Vliese, je eines auf jeder Seite, können für jeden Strang vorgesehen sein, so daß das endgültige zusammengesetzte Band 10 aus einer Polymerunterlage besteht, die völlig von Stapelfäsern mit vielen losen abstehenden Enden umgeben ist, die die gewünschte faserige Oberflächenstruktur bilden.

Dieses zusammengesetzte Band 10 wird dann wie in den vorhergehenden Fällen durch die Heizplatte 13 geführt, deren Heizfläche zweckmäßig die Form einer sich allmählich zum Austrittsende 15 hin verengenden, V-förmigen Rille aufweist, so daß eine weitere Verfestigung zwischen der Polymerunterlage und den umgebenden Stapelfasern beim Durchlaufes des Heizplatte 13 erzielt wird. An einem vorbestimmten Punkt innerhalb der Heizplatte 13 ist die Polymerunterlage des zusammengesetzten Bandes 10 ausreichend plastisch,

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so daß der vom Drillorgan l6 erteilte Draht, der sich aufwärts bewegt, eine Zwischenverschiebung der Polymermoleküle und der mit der Polymerunterlage verbundenen Stapelfasern und eine Koagulierung des Garnes in diesem schraubenförmig gedrehten Zustand infolge der darauffolgenden Kühlung bewirkt. Danach bewegt sich das gedrehte Garn linear durch das Drillorgan l6 und die Zugrollen ll_r Ib und wird mit Geschwindigkeiten von und in einigen Fällen über 300 m pro Minute auf die Aufspulrolle 19 gewunden, um die endgültige Garnpackung 20 zu bilden.

Fig. 5 zeigt eine mögliche Konstruktion einer universalen und doch verhältnismäßig einfachen und kompakten Vorrichtung, die die notwendigen Merkmale der Erfindung zeigt, Fig. ö stellt ein Detail davon nach der Linie B-B dar.

Bei der in diesen Figuren gezeigten Vorrichtung wird ein Vorhang aus den Strängen 23 durch den Extruderkopf 22 des Extruders 21 extrudiert, der von einem an einer Säule 22 höhenverstellbaren Träger 32 gehalten wird. Auf diese Weise läßt sich die Stellung des Kopfes 22 über den !falzen 11a, 12a leicht regeln. Der Extruder ist ferner mit einem Trichter 34 versehen, in den das thermoplastische Material in seiner billigsten Form, nämlich als Klumpen oder Körner, eingeführt werden kann.

Die kontinuierlich extrudierten Stränge 23 können jeden gewünschten querschnitt aufweisen; zweckmäßig ist jedoch der einfachste, nämlich der runde Querschnitt.

Die Oberfläche der Walzen ila, 12a ist mit einer Vielzahl von Umfangsnuten versehen und ein oder mehrere Stränge 25 werden in jede Nut dieser Walzen gleich nach der Extrusion und noch in klebrigem Zustand zur Verdichtung und Vereinigung mit den Stapelfaservliesen 24 eingeführt, die ebenfalls von einer oder beiden Seiten durch eine Zuführeinrichtung 25,

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die in diesem Fall schematisch und mit gestrichelten Linien in Form von zwei überlagerten Walzen dargestellt ist, in diese Nuten eingeführt werden. Diese Einrichtungen können z.B. aus einem Zugrahmen oder einem anderen Gerät bestehen, das eine Vielzahl von aus parallelen oder wirr angeordneten Stapelfasern bestehenden Vliesen hervorbringt. Die Walzen 11a, 12a können mit wesentlich höherer Geschwindigkeit als die Extrusionsgesehwindigkeit der Stränge 23 angetrieben werden, um so eine Streckung der Stränge und eine Erhöhung ihrer Festigkeit infolge der resultierenden molekularen Orientierung des Polymers zu erreichen. Normalerweise genügt es, wenn nur die Walze 12a, z.B. durch einen Motor 42 über Antriebsriemen 43 angetrieben wird und die Walze lla daran abrollt. Andererseits kann an beiden Walzen lla und 12a ein Getriebe benutzt werden, um eine wirksame Antriebskraft auf jede Walze zu übertragen. Mit ihrer genuteten Oberfläche kann die Mitläuferwalze lla mittels eines Luftzylinders 37 in die genutete Oberfläche der angetriebenen Walze 12a gepreßt werden. Dieser Druckzylinder ist am Maschinenrahmen 35 festgemacht und er betätigt durch die Stange 38 einen Bügel 39» der die Achse der Walze lla an beiden Enden hält, um so diesen Bügel mit der Walze lla gegen die Walze 12a zu drücken oder andererseits, um-die beiden Walzen voneinander zu lösen. Wenn nötig, können auch andere Mittel zum Aneinanderdrücken oder Lösen der Walzen verwendet werden und der in den Fig. 5 und 6 gezeigte Mechanismus wurde nur zur Veränschaulichung dargestellt, ohne die Möglichkeiten zu beschränken.

Die Vorrichtung ist dann noch mit der Heizplatte 13 versehen, die innerhalb des Maschinenrahmens 35 befestigt ist. Die Heizfläche dieser Heizplatte weist eine Vielzahl von allmählich sich verengenden V-förmigen Rillen auf, so daß beim Durchführen der zusammengesetzten Bänder 10 durch diese Rillen die Bänder nicht nur auf die gewünschte Temperatur er-

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hitzt, sondern auch die Stapelfasern mit dem Polymermaterial noch mehr verdichtet und schraubenförmig verbunden werden. Innerhalb der Rillen der Heizplatte 13 erreicht die Polymermasse einen solchen plastischen Zustand, daß ein von unten durch das Drillorgan 16 erteilter Draht eingeschmolzen und infolge einer Zwischenverschiebung der Polymermoleküle und der Stapelfasern erhalten bleibt. Die Stapelfasern werden noch mehr schraubenförmig gewunden und mit dem Polymer noch besser verbunden, infolge der Auswirkungen des Drillvorganges und der Polymerplastizi-' tat. Dies ergibt eine Ausnützung der Stapelfaserfestigkeit in gedrehter Strukturform für die ganze Garnfestigkeit. Die Wirksamkeit der Faserfestigkeit auf die Garnfestigkeit übertragen, die gewöhnlich bei auf herkömmliche Weise gewonnenen Stapelfasergarnen nicht mehr als 50 % beträgt, wird durch die erfindungsgemäße Verbindung der Stapelfasern mit einer thermoplastischen Polymerunterlage beträcht-Iioh erhöht, wodurch ihr Verschieben in Axialrichtung im endgültigen zusammengesetzten Garn arretiert wird. Zum Beispiel kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Faserband mit einer Zugfestigkeit von ungefähr 4 g./tex. in ein Garn von ungefähr 12 g./tex. umgewandelt werden.

Nach dem Austritt des Bandes in gedrehtem Zustand aus der Heizplatte 13 wird es in einem Luftstrom eines Kühlinjektors 36 gekühlt, wodurch der Draht im Polymer durch Koagulierung beständig wird. So wird das gedrehte Garn 40 gewonnen und nachdem es durch das Drillorgan 16 und die Zugrollen 17, 18 sowie durch eine herkömmliche Führungseinrichtung 41 geführt wurde, wird das Garn mit Geschwindigkeiten von und über 300 m pro Minute auf die Aufspulwalze 19 linear aufgewickelt, um die endgültige Garnpackung 20 zu formen. Der Draht wird gemäß der Erfindung und gemäß der Ausführungsform in diesen Figuren zwischen zwei festen Abstandspunkten, in diesem Fall zwischen den Walzen 11a,

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12a und den Walzen 17, 18, in einem völlig kontinuierlichen linearen Vorgang erteilt, wobei gesponnenes Qualitätsgarn mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten als bisher gewonnen wird.

Die Vorrichtung ist verhältnismäßig einfach im Aufbau und in der Bedienung. Das thermoplastische Polymer, z.B. aus der Gruppe der Polyamide, Polyolefine, Acryle u.dgl. kann in den Trichter 34 als Granulat eingegeben und mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 30 m pro Minute durch den Extruderkopf 22 in Form eines Vorhanges von Strängen 23 mit rundem oder einem anderen bevorzugten Querschnitt extrudiert werden.

Die Stränge werden in den Spalt der Nutenwalzen 11a, 12a extrudiert, die mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 300m pro Minute und damit in einem Verhältnis von ungefähr 10 zu 1 in Bezug auf die Extrusionsgeschwindigkeit angetrieben werden. Auf diese Weise wird eine beträchtliche molekulare Orientierung der Stränge 23 erreicht. Durch die Wirkung der Walzen 11a, 12a werden die Stränge mit Stapelfaservliesen 24 vereinigt, die gleichzeitig vom Zugrahmen 25 in die Nuten der Walzen zugeführt werden, wodurch die Bildung von zusammengesetzten Bändern 10 mit beispielsweise einem Faser-Polymerverhältnis von 50 : 50 erzielt wird. Natürlich können auQh andere Faser-Polymerverhältnisse verwendet werden. Die zusammengesetzten Bänder werden dann über die mit die Fasern führenden Rillen oder Zonen und mit geeigneter Temperaturregulierung versehene Heizplatte 13 geführt, in der die Polymerunterlage der Bänder einen plastischen, schmierigen Zustand*erreicht, wodurch es möglich wird, diesen Bändern durch das Drillorgan l6, das mit Geschwindigkeiten bis zu 500.000 U/Min, drehen kann, von unten einen vorbestimmten Draht zu erteilen. Dann wird das gedrehte, aus der Heizplatte kommende Garn gekühlt, um zu koagulieren und den erteilten Draht im wesentlichen zu verfestigen. Nachdem das erzielte gesponnene Garn linear durch

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ein Paar Zugrollen 17, 18, die mit höherer Geschwindigkeit als die Walzen lia, 12a angetrieben werden können, um eine weitere Streckung und Orientierung des Polymers zu erzielen (auf diese Weise wird eine weitere Erhöhung in der Festigkeit des Endgarnes erreicht), geführt wurde, wird es kontinuierlich und linear auf eine Aufspulwalze

19 geifunden, um eine wirtschaftlich annehmbare Garnpackung

20 zu schaffen.

Weitere Abänderungen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß.der Erfindung sind möglich. So kann die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung mit der Anlage gemäß Fig. k oder einem ähnlichen Aufbau kombiniert werden, ohne das Grundprinzip zu verlassen. Obwohl der optimale Produktionsausstoß eines Ib Drehungen pro Zoll aufweisenden Stapelfasergarnes beim ilingspinnen bei ungefähr 25 bis 30 m pro Minute und beim endfreien Spinen bei ungefähr 30 bis 60 m pro Minute liegt, ermöglicht die ringlose kontinuierliche Garnherstellung gemäß der Erfindung Produktionsausstoßgeschwindigkeiten von 150 bis 300 m und in einigen Fällen mehr als 300 m pro Minute.

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BAD ORiGiNAL

Claims

Patentanspruches

1) Verfahren zum Herstellen von Spinngarn aus Stapelfasern und thermoplastischem Polymermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zuführwalzen ein kontinuierlich fortlaufender Strang oder ein Band aus einer Zusammensetzung aus Stapelfasern und einer thermoplastischen Polymerunterlage linear einer Faserführung zugeführt wird, das Band innerhalb dieser Faserführung bis zur Plastizität der Polymerunterlage erhitzt wird, ohne dabei den Schmelzpunkt des Polymers zu erreichen, das Band mit der noch plastischen Polymerunterlage innerhalb dieser Faserführung zur Bildung eines vorbestimmten Drahtes und einer schraubenförmigen Anordnung der Fasern einer Drehkraft unterworfen wird, hierauf das Band in gedrehtem Zustand zum Koagulieren des Polymers gekühlt und schließlich das gewonnene Garn linear auf eine Aufspulwalze aufgewunden wird, wobei die Zuführwalzen und die Aufspurwalzen die beiden festen Abstandspunkte, zwischen denen dem Band der Draht erteilt und im wesentlichen erhalten wird, darstellen.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorhang von thermoplastischen Polymersträngen aus einem Extruderkopf nach unten in einen Spalt eines Walzenpaares mit ineinandergreifenden Umfängsnuten derart extrudiert wird, daß mindestens ein Strang in jede der Walzennuten eintritt, dabei die Stränge zur molekularen Orientierung dünn erhöhte Rotationsgeschwindigkeit der Walzen gestreckt werden, daß mindestens auf einer Seite dieses Strangvorhanges in jede Walzennut ein Stapelfaservlies eingeführt und durch Walzendruck jeder Polymerstrang damit beschichtet und vereinigt wird, worauf die so gewonnenen zusammengesetzten Bänder noch gekühlt werden, bevor sie gemäß Anspruch i weiterbehandelt werden.

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3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die extrudierten und gestreckten Polymerstränge zum Klebrigmachen ihrer Oberflächen ohne Beeinträchtigung der molekularen Orientierung erwärmt werden.

4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene Garn mit Geschwindigkeiten von 150 bis 3OO m pro Minute linear auf die Aufspulwalze aufgewunden wird.

5) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zuführwalzen (H, 12) zum linearen Führen von mindestens einem fortläufenden Band (lO) aus Stapelfasern und thermoplastischem Polymermaterial, eine nachgeschaltete Heizplatte (i3) mit Temperatur¹· regelung und einer Faserführung, ein nach dieser Heizplatte angeordnetes Drillorgan (l6) zum Drillen des Bandes (lO) innerhalb der Faserführung, eine zwischen der Heizplatte und dem Drillorgan angeordnete Einrichtung zum Kühlen des gedrehten Bandes und eine Aufspulwalze (19) mit Einrichtungen zum linearen Aufwinden des gesponnenen Garnes.

6) Vorrichtung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch einen Extruder (2l) mit einer Vielzahl von im wesentlichen ausgerichteten Düsen, ein unter diesem Extruder angeordnetes Paar Nutenwalzen (lla, 12a) mit ineinandergreifenden Umfangsringen (28) und Hingnuten (27) zur Bildung von für mindestens jeden extrudierten Polymerstrang bestimmte Nutenspalten, eine Einrichtung an mindestens einer Seite der extrudierten Polymerstränge zum Zuführen einer Vielzahl von Stapelfaservliesen in die Walzennuten, sowie eine Kühleinrichtung für das Material während des Besohichtens und Vereinigens in den Falzen.

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7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Extruder (21) und den Nutenwalzen (ila, 12a) eine Einrichtung (30) zum Strecken der Polymerstränge (23) für eine vorDestimmte Orientierung der Polymermoleküle und eine Heizplatte (3±) mit Temperaturregelung zum Klebrig— machen der Oberflächen der so orientierten Polymerstränge vorgesehen sind,,

8) Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (13) zur Faserführung V-förmige Rillen von der Anzahl der Nuten (27> 28) der Walzen (ila,. 12a) aufweist.

9) Vorrichtung nach Anspruh 9» dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmigen Heizplattenrillen sich zum Austrittsende (l5) hin allmählich verengen.

ΙΟ) Vorrichtung nach Anspruch 5»dadurch gekennzeichnet, daß das Drillorgan ein Falschdrahtorgan mit einer Rotations geschwindigkeit bis zu 5OO.OOO U/min, ist.

11) Vorrichtung nach Anspruch 5»dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Heizeinrichtung (l3) und dem Drillorgan (l6) angeordnete Kühleinrichtung einen Injektor für Druckluft aufweist. .

12) Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drillorgan (l6) und der Aufspulwalze (±9) ein Paar Zugrollen (17, 18), die mit höherer Geschwindigkeit als die Zuführwalzen (ila, 12a) rotieren, vorgesehen ist.

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