DE19705113A1 - Verstreckvorrichtung und Verfahren zur Herstellung verstreckter Kunststoffilamente - Google Patents
Verstreckvorrichtung und Verfahren zur Herstellung verstreckter KunststoffilamenteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verstreckvorrichtung, umfassend eine
Spinnvorrichtung und eine pneumatische Mittel zur Erzeugung einer Zugkraft
an den Kunststoffilamenten umfassende Abzugsvorrichtung, und ein Verfahren
zur Herstellung verstreckter Kunststoffilamente, wonach schmelzgesponnene
Filamente mit einem Einzeltiter von größer 1 dTex hinter einer
Spinnvorrichtung zumindest auf Erstarrungstemperatur abgekühlt und mittels
eines pneumatischen Abzugsvorrichtung verstreckt werden, für die Herstellung
von Kunststoffäden, Stapelfasern oder Vliesen.
Die Herstellung von Kunststoffilamenten durch Schmelzspinnen besteht im
wesentlichen aus drei Verfahrensschritten. Zunächst wird das Polymer mittels
eines Extruders zum Schmelzen gebracht, anschließend erfolgt das Spinnen
der Filamente mittels einer mit Kapillarbohrungen versehenen Spinndüse oder
mehreren Spinndüsen. Schließlich erfolgt eine Verstreckung der ersponnenen
Filamente, um eine Verringerung des Querschnitts zu erreichen. Die
Verringerung des Querschnitts des ersponnenen Filaments ist für viele
technische und textile Anwendungen eine wesentliche Voraussetzung.
Die Verstreckung, die ein entscheidender Verfahrensschritt für die weiteren
Einsatzmöglichkeiten dieser Filamente darstellt, kann unmittelbar,
kontinuierlich und/oder automatisch, in den Spinnprozeß eingebunden werden
oder als eigenständiger Verfahrensschritt in dem Herstellungsablauf erfolgen.
Die Verstreckung der Filamente erfolgt mittels einer Abzugsvorrichtung auf
mechanischem Wege über Galetten oder auf pneumatischem Wege über eine
Düse.
Unabhängig von der Art der integrierten Abzugsvorrichtung, pneumatisch oder
mechanisch, haben die bei hoher Spinngeschwindigkeit, d. h. größer als 3500 m/min
auf einer einstufigen Anlage ersponnenen Filamente deutlich
schlechtere mechanische Eigenschaften, beispielsweise Festigkeit und
Elastizitätsmodul, als die der mit geringerer Spinngeschwindigkeit, d. h. kleiner
als 3500 m/min ersponnenen Filamente, die in einem zusätzlichen
Verfahrensschritt eine Nachverstreckung erfahren haben.
Zwar begünstigt im einstufigen Verfahren eine hohe Spinngeschwindigkeit die
Ausbildung verbesserter mechanischer Eigenschaften gegenüber einer
niedrigerer Spinngeschwindigkeit, gleichzeitig werden aber auch im Filament
selbst Strukturunterschiede zwischen der Oberfläche und dem Inneren des
Filaments erzeugt, die für eine Verringerung der Festigkeit bzw. des
Elastizitätsmoduls der Filamente gegenüber einem nachverstreckten Filament
verantwortlich sind.
Die US 2 604 667 lehrt die Herstellung orientierter Fäden ohne spezielle
Verstreckvorrichtung zum Nachverstrecken durch Verwendung einer
Abzugsgeschwindigkeit von mindestens 4700 m/min. Diese hohe
Geschwindigkeit ist erforderlich, um zu hoher Festigkeit zu kommen. Wird die
Geschwindigkeit unterschritten, haben die erzeugten Filamente eine hohe
Dehnung. Um diese Abzugsgeschwindigkeit zu erreichen, können
angetriebene Walzen oder eine Luftdüse verwendet werden. Die US 2 604667
behandelt in erster Linie die Herstellung von Garnen, erwähnt wird aber auch
die Herstellung von Stapelfasern bei Verwendung einer Luftdüse als
Abzugsvorrichtung.
Für die Herstellung von Spinnvliesen aus ersponnenen, endlosen Filamenten
ist es bekannt, eine Verstreckung der aus der Spinndüse ausgetretenen
Filamente mittels einer im Überschallbereich betriebenen pneumatischen Düse
einer Abzugsvorrichtung vorzunehmen. Jeweils mehrere erstarrte Filamente
werden mittels der Düse einer Ablagevorrichtung für die Herstellung des
Spinnvlieses zugeführt. Die durch Luftreibung auf die Filamente ausgeübte
Kraft ermöglicht die Einstellung der Abzugsgeschwindigkeit und damit die
Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der Filamente. Hierbei hat
sich gezeigt, daß der Beeinflussung der Eigenschaften der Filamente Grenzen
gesetzt sind. Trotz Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit, was durch die
Erhöhung des Drucks der der Düse zugeführten Luft geschieht, kann die
Festigkeit kaum weiter gesteigert und die Dehnung kaum weiter verringert
werden.
Aus der DE-OS 21 17 659 ist ein Verfahren zum Herstellen von Fäden und
Fasern durch Schmelzspinnen von Kapillaren aus synthetischen, linearen
Polymeren bekannt, das mit Abzugsgeschwindigkeiten bis 3500 m/min arbeitet.
Die Abzugsgeschwindigkeit ist durch die Geschwindigkeit eines
Galettenpaares vorgegeben. Zur Beeinflussung der Dehnung ist zwischen
einer Spinndüse und den Abzugsgaletten ein Heizorgan angeordnet, in
welchem ein aus 50 Filamenten bestehender Kunststoffaden auf Temperaturen
oberhalb des Erstarrungspunktes und unterhalb der Schmelztemperatur
erwärmt wird, wodurch ein Streckverhältnis bis zu 1 : 2 erreicht wird. Weiterhin
wird die Herstellung von Spinnvliesen aus Filamenten mit feinem Einzeltiter
und speziell angepaßter Festigkeit und Dehnung erwähnt, ohne dies jedoch
näher auszuführen.
In der DE-OS 29 25 006 wird auf die Auswirkung der Verstreckung auf die
Festigkeit einerseits und auf die Dehnung und der Schrumpf andererseits
eingegangen. Es wird ausgeführt, daß die Filamente durch die Verstreckung
eine höhere Festigkeit erhalten, während die Dehnung und die Schrumpfung
vermindert werden. Die gegenüber der DE-OS 21 17 659 höheren
Abzugsgeschwindigkeiten von 4100 bis 6000 m/min werden durch die
Verwendung leicht rotglühende Heizorgane in direktem Kontakt mit den
Filamenten erreicht.
Zur Herstellung von Kunststoffasern aus Polymeren, insbesondere Polyamid,
Polyester oder Polypropylen im Wege des Schmelzspinnens, ist aus der
DE 40 21 545 eine Anlage mit zumindest einer Spinndüse, einem Blasschacht,
einem Heizschacht, einer Präparationseinrichtung, Galetten- und einer
Spuleneinrichtung bekannt, wobei der Heizschacht Gegenstrom erzeugende
Blaseinrichtungen, z. B. Blasdüsen aufweist. Mit dieser Anlage können
vollverstreckte Kunststoffäden oder -fasern hergestellt werden, wobei die
einzelnen Fasern oder Filamente einen Einzeltiter kleiner 1, dTex aufweisen.
Auf dieser Anlage und nach diesem Verfahren werden vollverstreckte
Kunststoffäden ohne Nachbehandlung erzeugt, die sich zu einer besonders
feinen und anschmiegsamen Ware verarbeiten lassen. Ob die Anlage für
höhere Titerbereiche ausreichende Verstreckungseigenschaften aufweist, ist
nicht ausgeführt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen und ein
Verfahren bereitzustellen, welche bzw. welches sich zur Herstellung von
verstreckten Kunststoffilamenten mit einem Titer größer 1 dTex eignet und
Filamente mit höherer Festigkeit und eine verringerter Dehnung hervorbringt.
Erfindungsgemäß weist die Verstreckvorrichtung eine zwischen der
Spinnvorrichtung und der Abzugsvorrichtung angeordnete Heizvorrichtung mit
einem im Gegenstrom zur Kunststoffaser geführten Heizmittelstrom auf.
Auf dieser Anlage lassen sich endlose Filamente aus thermoplastischen
Kunststoff, beispielsweise Polyester, Polyamid, Polypropylen, Polyethylen
usw., durch Einfach- oder Mehrfachspinnen (zweischichtig, segmentiert,
koaxial, usw.) für technische oder textile Anwendungen herstellen. Die
mechanischen Eigenschaften der durch Schmelzspinnen hergestellten
Filamente verbessern sich maßgeblich, insbesondere bei gleichem Titer die
Reißfestigkeit, die Dehnung, der Elastizitätsmodul und der thermische
Schrumpf.
Die Heizvorrichtung kann mit im Gegenstrom zugeführter heißer Luft oder
einem anderen heißen, vorzugsweise neutralem Gas, aber auch mit Additiven
versetzten Gasgemischen, betrieben werden. Die Luft ist auf eine Temperatur
erhitzt, die oberhalb der Erstarrungstemperatur der Filamente liegt.
Die Wirkungsweise der Heizvorrichtung beruht darauf, daß zwischen der
Spinnvorrichtung und der Abzugsvorrichtung durch das im Gegenstrom
geführte Heizmittel ein Bereich zum "Festhalten" bzw. "Bremsen" des erhitzten
Filamentbündels geschaffen wird. Dadurch ist das Angreifen einer weiteren
Verstreckkraft mittels durch die dem Bereich nachgeschaltete
Abzugsvorrichtung möglich und es erfolgt eine zusätzliche Verstreckung. Die
Verstreckung ist durch den Unterschied der Eintrittsgeschwindigkeit der
Filamente in die Heizvorrichtung und die Eintrittsgeschwindigkeit der Filamente
in die Abzugsvorrichtung definiert.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich die pneumatische
Abzugsvorrichtung, welche nach dem Prinzip der Luftreibung arbeitet, auch mit
einer Heizvorrichtung kombiniert werden kann, die im Gegenstrom arbeitet. Die
so erhaltenen Filamente erfahren bei gleicher Abzugsgeschwindigkeit eine
Steigerung der Festigkeit und eine Verringerung der Dehnung. Ein
wesentlicher Vorteil liegt aber auch darin, daß zur Erzeugung von Filamenten
mit bestimmten Eigenschaften die Abzugsgeschwindigkeit drastisch verringert
werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung können Mittel zur Herstellung eines
Spinnvlieses vorgesehen sein. Diese Mittel bewirken eine Ablage der über die
pneumatische Abzugsvorrichtung geförderten Kunststoffilamente zu einem
flächigen Gebilde, eben einem Spinnvlies, wobei für die Kunststoffilamente
keine weiteren mechanischen Fördermittel notwendig sind.
Die Verstreckvorrichtung kann auch durch Mittel durch Erzeugung von
Stapelfasern ergänzt werden, wobei die Kunststoffilamente in kurze Fasern
geschnitten werden. Diese Fasern eigenen sich insbesondere für die
Herstellung von Faservliesen.
Mit einem Verfahren zur Herstellung von verstreckten Kunststoffilamenten,
wonach schmelzgesponnene Filamente hinter einer Spinnvorrichtung
zumindest auf Erstarrungstemperatur abgekühlt und mittels einer
pneumatischen Abzugsvorrichtung verstreckt werden, mit einer
anschließenden Erwärmung in einer Heizvorrichtung zum Zwecke des
Verstreckens, wobei die Filamente in der Heizvorrichtung von einem
gasförmigen, auf eine Temperatur oberhalb des Erstarrungspunktes erhitzten
Mediums im Gegenstrom angeblasen werden, können Kunststoffilamente
erzeugt werden, die eine höhere Festigkeit bei geringerer Dehnung aufweisen.
Diese Filamente benötigen keine weitere Nachverstreckung und ermöglichen
die Verfahrensführung bei geringeren Abzugsgeschwindigkeiten als bisher.
Vorzugsweise wird das Verfahren derart geführt, daß zwischen der
Heizvorrichtung und der Abzugsvorrichtung eine Nachverstreckung in einem
Streckverhältnis von 1,1 bis 1,5 erfolgt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Filamente bei einer Temperatur von
200°C bis 350°C, im Fall von PET oder PA 66 vorzugsweise 225°C bis 300°C,
im Gegenstrom angeblasen werden. Die Luftmenge kann von 5 m3/h bis
25 m3/h variiert werden.
Um eine deutliche Verbesserung der Festigkeit und der Dehnung zu erreichen
ist es ausreichend, wenn die Filamente mit einer Abzugsgeschwindigkeit von
2000 m/min bis 4700 m/min durch den Gegenstrom geführt werden. Gleichwohl
tritt die Verbesserung der Eigenschaften auch bei höheren Geschwindigkeiten
ein.
Mit dem Verfahren können die Eigenschaften der herzustellenden
Kunststoffilamente beeinflußt werden. So ist es möglich, die Luftmenge und die
Temperatur der Gegenstromluft so einzustellen, daß eine Fadendehnung
kleiner 60%, erzielt wird, oder die Abzugsgeschwindigkeit der Filamente, die
Luftmenge und die Temperatur der Gegenstromluft so einzustellen, daß bei
gleicher Abzugsgeschwindigkeit eine relative Erhöhung der Zugfestigkeit des
nachverstreckten Filaments von mindestens 20% gegenüber einem einfach
verstreckten Filament erzielt wird, wobei vorzugsweise eine Zugfestigkeit der
Filamente von mindestens 32 cN/Tex, besonders vorzugsweise 34 bis 45 cN/Tex
erzielt wird, oder die Luftmenge und die Temperatur der Gegenstromluft
so einzustellen daß ein Heißluftschrumpf von höchstens 6% (bei 180°C,
15 min) erzielt wird. Das gilt insbesondere, wenn als Material PES verwendet wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Abzugsgeschwindigkeit der Filamente, die
Luftmenge und die Temperatur der Gegenstromluft so einzustellen, daß der
Übergang des Bereichs elastischer Verformung in den Bereich plastischer
Verformung erst unter einer um mindestens 20% höheren Kraft erfolgt.
Obwohl die Filamente hochverstreckt sind, ist es möglich, die Filamente im
Anschluß an die Gegenstrombehandlung kontinuierlich oder in einer
getrennten Behandlungsstufe nochmals nachzuverstrecken.
Als weiterer Verfahrensschritt können die Kunststoffilamente zur Erzeugung
eines Vlieses auf einem Träger abgelegt werden oder zur Herstellung von
Stapelfasern geschnitten werden, wobei die geschnittenen Filamente zur
Verarbeitung in weiteren Verfahren abgefüllt werden können.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der Kunststoffilamente zur Herstellung
eines Vlieses, wobei die Filamente eine Zugfestigkeit von mindestens
32 cN/Tex und eine Dehnung kleiner als 60% aufweisen. Zur Herstellung eines
Spinnvlieses können die Kunststoffilamente als Endlosfäden abgelegt werden,
zur Herstellung eines Faservlieses können die Kunststoffilamente als
Stapelfasern abgelegt werden.
Weiterhin vorteilhaft ist die Verwendung der Kunststoffilamente zur Herstellung
von Garnen, wobei die Filamente eine Zugfestigkeit von mindestens 32 cN/Tex
und eine Dehnung kleiner als 60% aufweisen. Dabei können die Garne aus
endlosen Kunststoffilamenten hergestellt sein oder aus Stapelfasern
gesponnen sein.
In der Zeichnung ist eine Verstreckungsvorrichtung zur Herstellung von
verstreckten Kunststoffilamenten schematisch dargestellt. Es zeigt die:
Fig. 1 die wesentlichen Baugruppen der Anlage, die
Fig. 2 einen Verlauf der Geschwindigkeit eines Filamentbündels gemäß
der Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Systemen und
Fig. 3 die Kennlinien verschiedener mechanischer Eigenschaften.
Die in Fig. 1 dargestellte Verstreckungsvorrichtung zur Herstellung von
verstreckten Kunststoffasern umfaßt eine Spinnvorrichtung 1, der in bekannter
Weise geschmolzener Kunststoff zugeführt wird. Über in der Spinnvorrichtung
1 angeordnete Spinndüsen tritt eine der Anzahl der Öffnungen in den
Spinndüsen entsprechende Anzahl von Filamenten 2 aus, die zusammen ein
Filamentbündel 3 ergeben. Üblicherweise werden 16, 32 oder 64 Filamente zu
einem Filamentbündel zusammengefaßt. Nach Austritt aus der Spinndüse
werden die Filamente 2 unter die Erstarrungstemperatur abgekühlt, wobei eine
zusätzliche Kühlvorrichtung 4 vorgesehen sein kann. Dabei bilden sich
kristalline und amorphe Zonen im einzelnen Filament aus.
Die abgekühlten Filamente 2 werden nun einer Heizvorrichtung 5 zugeführt
und dort gebündelt, so daß ein paralleler Verlauf durch die Heizvorrichtung 5
erfolgt. Die Heizvorrichtung 5 weist einen Heizschacht 6 auf, an dessen
gegenüber der Spinnvorrichtung unterem Ende 7 heiße Luft 8 zugeführt wird
und an dessen oberem Ende 9 die Luft wieder austritt. In dem Heizschacht 6
wird die Luft 8 folglich im Gegenstrom zu dem Filamentbündel 3 geführt.
In einer bestimmten Entfernung zu dem Heizschacht 6 ist die
Abzugsvorrichtung 10 angeordnet, mit welcher auf das Filamentbündel 3 eine
Zugkraft ausgeübt wird. Dies erfolgt auf pneumatischem Weg über eine
Venturi-Düse 11, der unter hohem Druck stehende Luft 12 zugeführt wird, so
daß am engsten Querschnitt die Schallgeschwindigkeit erreicht wird im
weiteren Verlauf die Schallgeschwindigkeit überschritten wird.
Das aus der Abzugsvorrichtung 10 austretende Filamentbündel 3 kann in
bekannter Weise zu einem Kunststoffaden verarbeitet werden, zur Erzeugung
von Stapelfasern geschnitten werden oder zur Herstellung eines Spinnvlieses
dienen. Letzteres ist beispielsweise in der FR 74 20 254 beschrieben.
In Fig. 2 ist eine Übersicht über den Geschwindigkeitsverlauf der ersponnenen
Filamente für verschiedene Anlagen bzw. Verfahren dargestellt. Unter den
üblichen Bedingungen einer direkten Erspinnung und Streckung der Filamente
in einer Stufe und unter hoher Geschwindigkeit, hier einer
Abzugsgeschwindigkeit von 6000 m/ min, erfahren die Filamente eine
schockartige Abkühlung aufgrund der sehr hohen Geschwindigkeitsgradienten
in Längs- und Querrichtung, siehe Kurve A. Entlang des Spinnweges ist der
Geschwindigkeitsgradient größer als 2×104 1/s, und die Abkühlgeschwindigkeit
ist in der Größenordnung von 26000°C/s. Diese extremen Bedingungen
bewirken in dem Filament eine unterschiedliche, heterogene Struktur zwischen
dem Mantel und dem Kern des Filaments. Gegenüber den in einem
mehrstufigen Verfahren nachverstreckten Filamenten hat dies einen Abfall
bestimmter mechanischer Eigenschaften zur Folge.
Eine Verringerung der Geschwindigkeit auf 4400 m/min Abzugsgeschwindigkeit
vermindert den Geschwindigkeitsgradienten und die Kühlgeschwindigkeit
deutlich, wie dann aus der Kurve B abgelesen werden kann. Allerdings nimmt
auch die Bruchlast ab und die Bruchdehnung zu.
Um trotz vorteilhafter niedriger Abzugsgeschwindigkeiten eine Erhöhung der
Bruchlast und eine Verringerung der Bruchdehnung zu erhalten, werden
zweistufige mechanische Verfahren verwendet, die einen ersten Bereich mit
einem hohen Geschwindigkeitsgradienten und einen zweiten Bereich mit
hohen Geschwindigkeitsgradienten aufweisen. Dies ist in der Kurve C
dargestellt.
Durch die Verwendung einer Heizvorrichtung mit durch im Gegenstrom
geführter, erhitzter Luft angeblasenen Filamenten zwischen der Spinndüse und
der Abzugsvorrichtung wird bei einer Abzugsfeschwindigkeit von 4400 m/min
der in der Kurve D dargestellte Verlauf erreicht. Über eine Länge L der
Heizvorrichtung 5 findet eine Nachverstreckung der über den Erstarrungspunkt
erhitzen Filamente statt.
In der Tabelle 1 sind verschiedene Versuchsergebnisse mit und ohne
Heizvorrichtung für unterschiedliche Massendurchsätze von
Polyethylenterephthalat (PET) mit einem Schmelzpunkt von 256°C und einer
Viskosität von 190 Pa.s bei 290°C gegenübergestellt.
In einer ersten Versuchsanordnung T wurde eine aus Spinnvorrichtung 1 und
Abzugsvorrichtung 10 bestehende Verstreckvorrichtung zur Herstellung von
Filamenten verwendet.
Die zweite Versuchsanordnung V unterscheidet sich von der ersten dadurch,
daß zwischen der Spinnvorrichtung 1 und der Abzugsgeschwindigkeit 10 eine
Heizvorrichtung 5 vorgesehen wurde, in welcher die Filamente mit im
Gegenstrom geführter, auf eine Temperatur oberhalb der
Erstarrungstemperatur erhitzter Luft erwärmt wurden. Es ist möglich, daß dabei
die Filamente 3 über ihre Erstarrungstemperatur erhitzt werden, daß aber
gleichwohl die Schmelztemperatur nicht erreicht wird.
Die Versuche wurden für beide Versuchsanordnungen zum einen mit einem
Massendurchsatz von 1 g/min je Kapillaröffnung der Spinndüse (T1, V1.1
V1.2) und zum anderen mit einem Massendurchsatz von 0,62 g/min je
Kapillaröffnung der Spinndüse (T2, V2) durchgeführt.
Bei dem Vergleich der wesentlichen Eigenschaften des in der ersten
Versuchsreihe hergestellten Filaments ist zunächst festzustellen, daß die
Abzugsgeschwindigkeit des Filaments in den Versuchen V1.1 und V1.2
gegenüber T1 deutlich zurückgegangen ist. Dies läßt sich dadurch erklären,
daß die Reibungskräfte in der Heizvorrichtung durch die Druckerhöhung in der
Abzugsvorrichtung nicht vollständig ausgeglichen wurden. Ein direkter
Vergleich der mechanischen Eigenschaften zweier mit derselben
Abzugsgeschwindigkeit gemäß den beiden Versuchsanordnungen T, V
hergestellten Filamente ist hier daher nicht möglich.
Man erkennt aber, daß trotz einer von 4770 m/min auf 3330 m/min verringerter
Abzugsgeschwindigkeit die Festigkeit von 30,3 cN/Tex auf 39,7 cN/Tex
gesteigert und die Dehnung von 72,6% auf 57,1% verringert wurde (T1 und
V1.2). Damit ist es möglich, zur Erzeugung von Filamenten hoher Festigkeit in
einem Bereich mittlerer Abzugsgeschwindigkeit zu arbeiten. Eine Erhöhung der
Geschwindigkeit in der Versuchsanordnung mit Heizvorrichtung auf 4000 m/min
führt zu einer nochmaligen Verbesserung der Festigkeit von 39,7 cN/dTex
auf 42,5 cN/Tex und eine Verringerung der Dehnung von 57,1% auf
43,7% (V1.2 gegenüber V1.1).
In der zweiten Versuchsreihe V2, T2, wurde ein Massendurchsatz Polymer/Loch
von 0,62 g/min eingestellt. Auch im feineren Titerbereich verringerte sich
die Abzugsgeschwindigkeit. Die Festigkeit verbesserte sich in beträchtlichem
Male von 27,7 cN/Tex auf 36,6 cN/Tex und die Dehnung wurde ebenfalls von
82,6% auf 47,6% deutlich reduziert.
Tabelle 1
In Fig. 3 ist der Kraft-Dehnungsverlauf der aus den Versuchen T1, V1, V1.1,
V1.2; T2, V2 hervorgegangenen Filamente zusammengestellt. Man erkennt
den außerordentlich großen Einfluß der Heizvorrichtung sowohl auf die
Festigkeit als auch auf die Dehnung. Insbesondere von Bedeutung ist die
wesentliche Verbesserung der Dehnung im Bereich von Kräften höher als
10 cN/Tex. Die verbesserten Filamente können hier deutlich mehr Last
aufnehmen, ohne eine übermäßige Dehnung zu erfahren. Dieses Verhalten ist
selbst bei mit verringerter Abzugsgeschwindigkeit hergestellten Filamenten
gemäß V1.2 bzw. V2 noch in wesentlichem Maße gegeben.
Die Abkühlung der aus der etwa 300°C heißen Spinnvorrichtung austretenden
Filamente erfolgte durch Queranströmung mit Luft bei Raumtemperatur, die
Erhitzung der Filamente in der Heizvorrichtung erfolgte mit einem
Volumenstrom auf 270-300°C erhitzter Luft zwischen 10 und 15 m3/h. Es
versteht sich von selbst, daß die Temperatur des gasförmigen Fluids 8 für
Polyolefine entsprechend der jeweiligen Schmelztemperatur angepaßt werden
muß. Der Massendurchsatz an gasförmigem Fluid 8 richtet sich unter anderem
nach der Menge der zu verstreckenden Filamente, dem verwendeten Polymer
oder Polymeren, dem Verstreckungsgrad und der Vorverstreckung zwischen
der Spinnvorrichtung 1 und der Heizvorrichtung 5.
Die Filamente eignen sich aufgrund ihrer verbesserten mechanischen
Eigenschaften besonders für die Herstellung von Vliesen, wobei als Material
thermoplastische Kunststoffe, insbesondere PET, aber auch Polyester (PES),
Polyamid (PA), Polyamid 6.6 (PA 6.6), Polypropylen (PP) oder
Polybutylenterephthalat (PBT) in Frage kommen. Die Filamente können auch
aus mehreren verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei bekannte
Spinntechniken verwendet werden.
Claims (21)
1. Verstreckvorrichtung zur Herstellung von verstreckten Kunststoffilamenten
(2, 3), umfassend eine Spinnvorrichtung (1), und eine pneumatische Mittel
(11) zur Erzeugung einer Zugkraft an den Kunststoffilamenten (2, 3)
umfassende Abzugsvorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Spinnvorrichtung (1) und der Abzugsvorrichtung (10) eine
Heizvorrichtung (5) mit einem im Gegenstrom zu den Kunststoffilamenten
(2, 3) geführten Heizmittelstrom (8) angeordnet ist.
2. Verstreckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel zur Herstellung eines Spinnvlieses vorgesehen sind.
3. Verstreckvorrichtung Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel zur Erzeugung von Stapelfasern, beispielsweise für die
Herstellung von Faservliesen vorgesehen sind.
4. Verfahren zur Herstellung von verstreckten Kunststoffilamente (2, 3),
wonach schmelzgesponnene Filamente (2, 3) mit einem Einzeltiter von
größer 1 dTex hinter einer Spinnvorrichtung (1) zumindest auf
Erstarrungstemperatur abgekühlt und mittels eines pneumatischen
Abzugsvorrichtung (10) verstreckt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Filamente anschließend zum Zwecke des Verstreckens in einer
Heizvorrichtung (5) erwärmt werden, wobei die Filamente in der
Heizvorrichtung (5) von einem gasförmigen, auf eine Temperatur oberhalb
des Erstarrungspunktes erhitzten Fluids (8) im Gegenstrom angeblasen
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der
Heizvorrichtung (5) und der Abzugsvorrichtung (10) eine
Nachverstreckung in einem Streckverhältnis von 1,1 bis 1,5 erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Filamente (2, 3) bei einer Temperatur von 200°C bis 350°C, vorzugsweise
225°C bis 300°C, im Gegenstrom angeblasen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Filamente mit einer Luftmenge von 5 m3/h bis 25 m3/h im
Gegenstrom angeblasen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Filamente mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 2000 m/min bis
4700 m/min durch den Gegenstrom geführt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Luftmenge und die Temperatur der Gegenstromluft so eingestellt
werden, daß eine Fadendehnung kleiner 60%, erzielt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abzugsgeschwindigkeit der Filamente, die Luftmenge und die
Temperatur der Gegenstromluft so eingestellt werden, daß bei gleicher
Abzugsgeschwindigkeit eine relative Erhöhung der Zugfestigkeit des
nachverstreckten Filaments von mindestens 20% gegenüber einem
einfach verstreckten Filament erzielt wird, wobei vorzugsweise eine
Zugfestigkeit der Filamente von mindestens 32 cN/Tex, besonders
vorzugsweise 40 bis 50 cN/Tex erzielt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abzugsgeschwindigkeit der Filamente, die Luftmenge und
Temperatur der Gegenstromluft so eingestellt sind, daß der Übergang des
Bereichs elastischer Verformung in den Bereich plastischer Verformung
erst unter einer um mindestens 20% erhöhten Kraft erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Luftmenge und die Temperatur der Gegenstromluft so eingestellt
werden, daß ein Heißluftschrumpf von höchstens 6% (bei 180°C, 15 min)
erzielt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Filamente im Anschluß an die Gegenstrombehandlung
kontinuierlich oder in einer getrennten Behandlungsstufe nachverstreckt
werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kunststoffilamente (2, 3) zur Erzeugung eines Vlieses auf einem
Träger abgelegt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kunststoffilamente (2, 3) zur Herstellung von Stapelfasern
geschnitten werden.
16. Vlies, aufweisend unter Verwendung einer Verstreckvorrichtung nach
einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 4 bis 15 hergestellte verstreckte Kunststoffilamente, dadurch
gekennzeichnet, daß die Filamente eine Zugfestigkeit von mindestens
32 cN/Tex und eine Dehnung kleiner als 60% aufweisen.
17. Vlies nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kunststoffilamente als Endlosfäden abgelegt sind.
18. Vlies nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kunststoffilamente als Stapelfasern vorliegen.
19. Garn, aufweisend unter Verwendung einer Verstreckvorrichtung nach
einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 4 bis 15 hergestellte verstreckte Kunststoffilamente, dadurch
gekennzeichnet, daß die Filamente eine Zugfestigkeit von mindestens
32 cN/Tex und eine Dehnung kleiner als 60% aufweisen.
20. Garn nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kunststoffilamente Endlosfäden sind.
21. Garn nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kunststoffilamente als Stapelfasern vorliegen.
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