DE2258342A1

DE2258342A1 - Dampfstrahlkraeuselung

Info

Publication number: DE2258342A1
Application number: DE19722258342
Authority: DE
Inventors: James Macknight Washington
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1971-12-01
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1973-06-14
Also published as: CH559786A; FR2164255A5; IT982368B; BE792154A; CH561305A5; US3763525A; NL7216274A; CH559786B5; CH1741172A4

Description

Allied Chemical Corporation, Kew York» N..Y,, USA

Dampfstrahlkräuselung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Garntexturierung, wobei das Verfahren im wesentlichen eine Dampfstrahlkräuselung mit rückwärtigem Dampfausstoß umfaßt.

Da die Erfindung eine Verbesserung des in der U.S«-Patentschrift 3 409 956 beschriebenen Verfahrens bzw. der dort geschilderten Vorrichtung ist, wird im folgenden auf den Inhalt der vorgenannten Patentschrift bezug genommen. Bei bekannten Verfahren, in denen zur Kräuselung Dampfdüsen mit rückwärtigem Dampfausstoß verwendet werden, führen hohe Garngeschwindigkeiten, d.h. Garngeschwindigkeiten oberhalb 900 m/min, zum Versagen der Düsen, weil- dann Probleme, wie das "Ausblasen" (Blow-out) und das "Ausbrennen" (Burn-out), auftreten. Das sog. "Ausblasen" ■ ist durch die Bildung extrem instabiler Pfropfen gekräuselten Garns im Stauchrohr gekennzeichnet, so daß der Garnpfropfen evtl. aus dem Stauchrohr "ausbläst" und damit ein weiteres Kräuseln verhindert wird. "Ausbrennen" macht sich, durch geschmolzenes Garn, das die Düse teilweise oder völlig blockiert, bemerkbar. Photographische Momentaufnähmen der Pfropfenbildungszone während des Betriebs bekannter Dampfdüsen mit rückwärtigem Dampfaustritt haben gezeigt, daß Garnfäden durch die rückwärtigen Ausstoßöffnungen in der Dampfausgangsplatte dort zurückgeblasen werden, wo das Garn auf den

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ft.

Garnpfropfen trifft und der Wassei-dampf rückwärts entweiche. Dieses Zurückblasen der Fäden ist die Ursache sowohl für das "Ausblasen" als auch für das "Ausbrennen". 2258342

Die bekannte Düse mit rückwärtigem Dampfausstoß, wie sie in der U.S.-Patentschrift 3 409 956 beschrieben wird, wurde insofern verbessert, als die Ausgangsplatte für das Fluid durch eine Blende ersetzt wurde, die eine große Anzahl von Öffnungen aufweist und deren effektive Öffnung wenigstens 35 % der gesamten Platte ausmacht. Ferner wird der Dampfaustritt durch eine Vakuumleitung unterstützt. Die Öffnungen in der Blende sollten vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als 0,254 mm haben. Die Blende sollte eine effektive öffnung von wenigstens 35 %_t vorzugsweise wenigstens 45 %_f aufweisen. Die bevorzugte erfindungsgemäße Blende ist eine kollimierte Lochstruktur (collimated hole structure), die von der Firma Brunswick erhältlich ist. Diese Blende, die etwa 5000 kleine Öffnungen mit einem Durchmesser von 0,127 mm enthält und eine effektive Öffnung von 50 % aufweist, ist in hervorragendem Maße zur Trennung von Wasserdampf und Garn geeignet, obgleich - wie in den bereits bekannten Vorrichtungen - jedes erhitzte Fluid zur Garnkräuselung verwendet werden kann. Wenn Wasserdampf verwendet wird, so sollte die Dampftemperatur zwischen 220 und 350 ⁰C, bevorzugt aber unterhalb etwa 300 ⁰C, liegen. Der Dampfdruck soll zwischen 3,515 und 7,733 kg/cm (50 - 110 psig), vorzugsweise zwischen 5,272 und 6,678 kg/cm² (75 - 95 psig), liegen. Das Vakuum an der Dampfabzugsvorrichtung sollte zwischen etwa 560 und 750 mm Hg betragen.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von texturiertem Garn durch Beaufschlagung des ,Garns mit einem erhitzten Fluid in einer Vorheizzone, Förderung und

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Andrücken des erhitzten Garns unter Lmfluß des Fluids gegen einen bereits in der Texturierzone befindlichen Garnpfropfen, wobei diese Texturierzone einen größeren Durchmesser hat als die Vorheizzone und der innere Umfang der Texturierzone mit dem äußeren Umfang der ■Vorheizzone eine Ringkammer bildet, Aufrechterhaltung eines in bezug auf den Druck in der Vorheizzone reduzierten Drucks in der Texturierzone, kontinuierliches Ausstoßen des Fluids durch eine Vielzahl von in der Ringkammer befindlichen Durchlässen in einer Richtung entgegenge- . setzt zur Garnlaufrichtung in der Texturierzone, wodurch das erhitzte Fluid aus der Texturierzone in die Ringkammer entweicht und gleichzeitig die Vorheizzone erwärmt und Ausstoßen des Garns aus der Texturierzone mit einer Lineargeschwindigkeit, die kleiner ist als die Garnführgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid durch eine Blende mit einer großen Anzahl kleiner Öffnungen, die eine effektive öffnung von wenigstens 35 /ο, bezogen auf die Gesamtfläche der Blende ausmachen, ausgestoßen wird und dieser Fluxdausstoß durch Anlegen eines Vakuums unterstützt wird.^v

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Garntexturierung, bestehend aus einem Injektor (Dampfdüse), der im Innern einen Durchlaß (9) für Garne aufweist und mit einem B'luid-Einlaß (1) zur Beaufschlagung mit einem erhitzten Fluid unter Druck versehen ist, eine konzentrisch am Injektorende angebrachte, zur Aufnahme kompaktierten Garnes geeignete Texturierkammer (7) (Stauchrohr) aufweist, wobei die Texturierkammer (7) aufgrund des größeren Innendurchmessers den Injektor unter Ausbildung einer Ringkammer umgibt, der ferner an dem an die Texturierkammer. (7) anschließenden Ringkammerende Fluid-

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ausgänge (6) besitzt, durun dxe das Fluid entgegengesetzt zur Garnlaufrichtung ausgestoßen wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fluidausgänge als Blende ausgebildet sind, die eine große Anzahl kleiner Öffnungen aufweist, die effektive Öffnung der Blende mindestens 35 %, bezogen auf die Gesamtfläche der Blende, beträgt und die Hingkammer zur Unterstützung des Fluidausstoßes an eine Vakuumleitung angeschlossen ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Fluid-Einlaß (1) einen Durchmesser von 1,14 mm (0,045 inch) bis 2,03 mm (0,080 inch) aufweist, die quer zur Fluid-Richtung verlaufende Zuführung (4) für den Garneintritt einen inneren Durchmesser von 2,03 mm (0,080 inch) bis 3,55 mm (0,140 inch) und eine Länge von 88,90 mm (3,5 inch) bis 139,7 mm (5,5 inch) hat und daß die Texturierkammer (7) einen Durchmesser von 10,16 mm (0,4 inch) bis 15,87 mm (0,625 inch) und eine Länge von 101,6 mm (4,0 inch) bis 228,6 mm (9,0 inch) aufweist.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfstrahlkräuselungsapparatur mit rückwärtigem Dampfausstoß.

Gemäß der Zeichnung tritt ein erhitztes Fluid, beispielsweise Wasserdampf, durch eine Einlaßöffnung (1) (oder durch eine Dampfdüse) in die Vorrichtung ein. Diese Dampfdüse oder Einlaßöffnung (1) wird durch eine Feststellschraube (2) im Düsengehäuse (3) festgehalten. Das Düsengehäuse (3) ist aus einem Stück angefertigt und ist mit einer quer zur Dampfrichtung verlaufenden Zuführung (4) für den Garneintritt versehen. Ferner ist das Gehäuse (3) mit einem Kanal (9) versehen, durch den Wärmeenergie derart auf das Garn einwirkt, daß es in der Texturierkammer (7) (Stauch-

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rohr) gegen einen Pfropfen bereits, gekräuseite-n Garns gedrängt wird. Das Vorheizrohr (10) ist eine weitere Verlängerung des iKtergiezufüJirungsrohrs. (9). Die Dampf zuführung, die in der Zeichnung- nicht gezeigt wird, ist über das Verbindungsstück (8) mit der Vorrichtung verbunden.,

Der Dampf, der durch diev linlaßöffnung (1) eintritt», nimmt das Garn an der quer zur Dampf richtung verlauf enden;, Zuführung (4) aufV erhitzt es im Kanal (S)* danach int; Vor« heizrohr (10). und drückt es gegen den. Pfropfen bereits ge>" kräuselten Garns in der Texturierkammer (7) (Stauehrohr)■« Der Dampf entweicht dann, durch: die Blende (6), die beispielsweise als kollimierte: Lochstruktur ausgebildet sein kann und wird dann rückwärts In die ringförmige Kammer, welche das Vorheizrohr (10;) umgibt, geleitet.. Die das Vorheizrohr (10.) umgebende ringförmige Kammer wird durcii das Abdampfgehäuse, das als T-Abzweigstück ausgebildet sein kann, gebildet. Die Vakuumleitung (in der Zeichnung nicht gezeigt) ist mit dem T-Abzweigstück oder d.em Ab-* dampf gehäuse (5) verbunden«,

Beispiel 1 ,

Dieses Beispiel beschreibt einen direkten Vergleich einer bekannten Dampfdüsenkräuselung mit rückwärtigem Dampfausstoi3 (s. U.S.. Patentschrift 3 409 956) mit der verbesserten Dampfdüsenkräuselung unter Verwendung einer kollimier— ten Lochstruktur als Austrittsblende für das Fluid und unter Verwendung von Vakuum zur Unterstützung des rückwärtigen Dampfaustritts über das Vorheizrohr. Beide Kräuselvorrichtungen wurden mit Garngeschwindigkeiten von 1524 m/min gefahren. Das G:_arn wurde zweistufig auf ein VerStreckungsverhältnis von 3,11 gebracht, wobei die erste Streckwalze auf 50 ⁰C und die zweite auf 180 ⁰C aufgeheizt wurde. Die

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Temperatur der HeizXixierwalzen während des Krause1Verzugs betrug 165 ⁰C. Der Dampfaustritt wurde durch eine unter 740 mm Hg Absolutdruck stehende Vakuumleitung unterstützt. Im folgenden werden die Bedingungen und Ergebnisse für ein Garn mit 1.125 den wiedergegeben.

Tabelle

Vergleich

⁰C 254 260

Druck, kg/cm* (psig) 6,72 (96) 7,35 (105)

CEAB 29,9 15,4

(Kräuseldehnung nach
dem Kochen)

CPI 4,65 (12,1) 3,78 (9,6)

(Kräuselung pro cm

bzw. Kräuselung pro inch)

Wie aus der Tabelle entnommen werden kann, beträgt die Dampftemperatür in der Düse in beiden Fällen etwa 260 ⁰C. Ebenso ist der Wasserdampfdruck in beiden Düsen sehr ähnlich. "CEAB" bedeutet die Kräuseldehnung nach dem Kochen in l/asser ("crimp elongation after boil") und wird ausgedrückt als die Differenz in der Länge in bezug auf die Originallänge, ausgedrückt in %. Diese Größe ist ein Effektivmaß für den Kräuselungsgrad, der durch die Dampfdüsen aufgebracht wird. Der CEAB-Test wird wie folgt ausgeführt:

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Eine Garnprobe wird während 30 Minuten in Wasser gekocht und danach für 10 Minuten in einen auf 150 ⁰C aufgeheizten Ofen gebracht. Daraufhin gibt man dem Garn die Möglichkeit, sich während zwei Stunden bei einer Temperatur von 70 C und bei einer relativen Feuchtigkeit von 65 % zu stabilisieren. Die Originallänge wird so bestimmt, daß das Garn mit einem Gewicht, das 0,002 g/den entspricht, beschwert wird. Darauf wird ein Gewicht, das 0,5 g/den beträgt, an das Garn gehängt. Genau nach 30 Sekunden wird die Länge, auf die das Garn ausgedehnt wurde, bestimmt.

Kräuselungen pro cm ("CPI"; crimps per inch) werden durch Auszählen jeder Garnwindung über eine gegebene Länge be-* stimmt. Dabei entsprechen 2 Garnwindungen einer Kräuselung.

Beispiel 2 . '

Dieses Beispiel beinhaltet einen weiteren Vergleich, wie er bereits in Beispiel 1 beschrieben wurde, mit dem Unterschied, daß nunmehr ein 2.250 den-Garn verwendet wird.
Danach werden folgende Ergebnisse erhalten.

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Tabelle II

	1 371,6	Vergleich
Garngeschwindigkeit m/min	160	1 524,0
Garntemperatür ⁰C	3,11	160
Garnve r s tre c kung sve rhä1tni s	300	3,11
Dampftemperatür am Dampfeinlaß ⁰C	686 (98)	282
Dampfdruck am ~ Dampfeinlaß kg/cm (psig)	2 250	7,14 (102)
Denier (verstreckt, untexturiert)	16,8	2 250
CEAB	24,4

Beispiel 1 zeigt, daß durch die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Garnkräuselung überraschend von 15»4 auf 29,9 % (etwa um das Doppelte) erhöht wird, wobei im Vergleich zum bekannten Verfahren der Druck um etwa 0,42 kg/cm (6 psig) und die Temperatur etwa 9 ° niedriger liegen. Ebenso steigt die Anzahl der Kräuselungen von 9»6 auf 12,1 pro inch an. Demgemäß liefern die verbesserte Vorrichtung und auch das Verfahren überraschend signifikante, verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Texturierung. Zusätzlich wird das Zurückblasen der Filamente vermieden. Ähnlich überraschende Resultate werden gemäß Beispiel 2 erhalten.

Das Verfahren und die Vorrichtung dieser Erfindung eignen sich zur Texturierung von Garnen aus solchen synthetisehen Polymeren, wie sie in der U.S. Patentschrift 3 409 956, insbesondere in der Spalte 4, Zeilen 48-67, beschrieben werden.

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Claims

Patentansprüche; . '

Verfahren zur Herstellung von texturierten! Garn durch Beaufschlagung des Garns mit einem erhitzten Fluid in einer Vorheizzone, Förderung und Andrücken des erhitzten Garns unter Einfluß des Fluids gegen einen bereits in der Texturierzone befindliehen Garnpfropf en, wobei diese Texturierzone einen größeren Durchmess©¹* ka^ als die Vorheizzone und der innere Urofang tier Texturierzofte mit dem äußeren Umfang der Vorheizzone eine Ringkammer bildet, Aufrechterhaltung eines in bezug auf den Druck ' in der Vorheizzone reduzierten Drucks in der Texturiert zone, kontinuierliches Ausstoßen des Fluids durch eine Vielzahl von in der Ringkammer befindlichen Durchlässen in einer Richtung entgegengesetzt zur Garnlaufriehtung in der Texturierzone, -wodurch das erhitzte Fluid aus der Texturierzone in die Ringkammer entweicht und gleichzeitig die Vorheizzone erwärmt und Ausstoßen des Garnes aus der Texturierzone mit einer Linearge schwin^™ digkeit, die kleiner ist als die Garnzuführgeschwindigkeit dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid durch eine Blende mit einer großen Anzahl kleiner Öffnungen, die eine effektive Öffnung von wenigstens 35■%, bezogen auf die Gesamtfläche der Blende, ausmachen, auisgestoßen wird und dieser Fluidausstoß durch Anlegen eines Vakuums unterstützt wird. ,
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen einen Durchmesser von weniger als 0,254 mm (0,01 inch) haben,
3. Verfahren gemäß Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Blende eine effektive Öffnung von mindestens

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45 So, bezogen auf die Gesamtfläche der Blende, aufweist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende eine kollimierte Lochstruktur aufweist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Wasserdampf ist, dessen Temperatur zwischen etwa 220 C und etwa 350 °C beträgt, dessen Druck zwischen 3,5 kg/cm² (50 psig) und 7,7 kg/cm² (110 psig) beträgt und wobei das Vakuum in der Dampfausstoßzone zwischen 560 und 750 mm Hg absolut liegt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

die Wasserdampftemperatür unterhalb 300 ⁰C liegt und der

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Dampfdruck zwischen 5,25 kg/cm (75 psig) und 6,65 kg/cm (95 psig) beträgt.
7. Vorrichtung zur Garntexturierung, bestehend aus einem Injektor (Dampfdüse), der im Innern einen Durchlaß (9) für Garne aufweist und mit einem Fluid-Einlaß (1) zur Beaufschlagung mit einem erhitzten Fluid unter Druck versehen ist, eine konzentrisch am Injektorende angebrachte, zur Aufnahme kompaktierten Garnes geeignete Texturierkammer (7) (Stauchrohr) aufweist, wobei die Texturierkammer (7) aufgrund des größeren Innendurchmessers den Injektor unter Ausbildung'einer Ringkammer umgibt, der ferner an dem an die Texturierkammer (7) anschließenden Ringkammerende Fluidausgänge (6) besitzt, durch die das Fluid entgegengesetzt zur Garnlaufrichtung ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidausgänge als Blende ausgebildet sind, die eine große Anzahl kleiner Öffnungen aufweist, die effektive Öffnung der Blende mindestens 35 /«,

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bezogen auf die Gesamtfläche der Blende, beträgt und die Ringkammer zur Unterstützung des PluidausStoßes an eine Vakuumleitung angeschlossen ist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7»dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in der Blende einen Durchmesser von unterhalb 0,254 mm (0,01 inch) aufweisen.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende eine effektive Öffnung von wenigstens 45 %, bezogen auf die Gesamtfläche der Blende, aufweist.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,, daß die Blende eine kollimierte Lochstruktur aufweist.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluid-Einlaß (1) einen Durchmesser von 1,14 mm (0,045 inch) bis 2,03 mm (0,080 inch) aufweist, die quer zur Fluid-Richtung, verlaufende Zuführung (4) für den Garneintritt einen inneren Durchmesser von 2,03 nun (0,080 inch) bis 3,55 mm (O,14O inch) und eine Länge von 88,90 mm (3,5 inch) bis 139,7 mm (5,5 inch) hat und daß die Texturierkammer (7) einen Durchmesser von 10,16 mm (0,4 inch) bis 15,87 mm (0,625 inch) und eine Länge von 101,6 mm (4,0 inch) bis 228,6 mm (9,0 inch) aufweist.

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