DE2500949C2 - Schmelzspinnverfahren - Google Patents
SchmelzspinnverfahrenInfo
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- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/08—Melt spinning methods
- D01D5/088—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmelzspinnverfahren, bei dem die aus der Spinndüse vertikal nach
unten austretenden Filamente direkt nach dem Austritt durch einen schräg zur Horizontalen und entgegen der Abzugsrichtung der Filamente angeordneten so
Kühlmittelstrom abgekühlt werden, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Maschinen, die nach diesem Verfahren arbeiten, können beispielsweise in kontinuierlich arbeitenden
Faserstraßen eingesetzt werden, da in diesen Straßen die Produktionsgeschwindigkeit durch die mit der geringsten Geschwindigkeit arbeitende Maschine bestimmt wird. Dies ist allgemein die Texturiermaschine,
die mit maximal 160 m/min arbeitet, wodurch bei einem maximalen Verstreckungsverhältnis von 1:5 bis ■&>
1:6 für die Sptahgeschwindjgkeit Werte von 20 bis
m/min erforderlich-slnd. Dabei ist es notwendig,
daß die schmelzgesponnenen Filamente nach dem -Austritt aus der Spinndüse mit Hufe von Luft oder
Wasser gekühlt werden, um zu erstarren. Dabei wird
Luft als Kühlmittel meistens dann eingesetzt, wenn der Durchmesser der Filamente kleiner als 0,1 mm
ist. Beim bzw. nach dem Austritt der Filamente aus
der Spinndüse läuft folgender physikalischer Vorgang
ab:
Die aus der Spinndüse mit der Geschwindigkeit V1
austretenden Filamente werden von einer Aufspuleinricbtung mit der Geschwindigkeit V2, die größer
ist als die erste Geschwindigkeit V1, auf den erforderliches Durchmesser verzogen. Dieses Verziehen geschieht in der sogenannten »Verzugszone«, die kurz
hinter der Spinndüse liegt und in der der Schmelzpunkt des Polymeren noch nicht unterschritten ist. In
der »Verzugszone« werden die wirr beieinanderliegenden Kettenmoleküle vorgeordnet bzw. vororientiert und beim Verziehen auf Scherung beansprucht.
Je kürzer die Zeit ist, in der die Scherung stattfindet, um so größer ist sowohl die Schergeschwindigkeit der
Kettenmoleküle als auch ihr Orientierungsgrad, mit dem wiederum die Reißfestigkeit der Filamente im
plastisch festen Übergangsbereich, der das Ende der Verzugszone bildet, bzw. im erstarrten Zustand ansteigt Die entstehende Scherspannung hängt sowohl
von der Schergeschwindigkeit als auch von der Viskosität des Polymeren ab, wobei mit steigender Scherspannung wiederum die Stabilität der Filamente in der
Kühlstrecke steigt, so daß bei einer kurzen Scherzeit die Filamente weniger durch das Kühlmittel aus ihrer
Laufrichtung abgelenkt werden können.
Bisher sind mc hrere Verfahren zum Kühlen der Filamente mh Luft bekannt. In der DT-OS 2201519
wird ein Schmelzspinnverfahren genannt, bei dem die Kühlluft radial nach innen durch ein hohles Filamentbündel geleitet wild, wobei ein Teil der Strömung nach
oben durch den hohlen Teil des Bündels geführt wird und vor der Spinndüse radial nach außen durch das
Filamentbündel strömt. Die restliche Strömung wird sofort in Abzugsrichtung der Filamente mitgerissen.
Eine Anblasung der Spinndüse durch die Kühlluft ist bei diesem Verfahren nicht vorgesehen.
In der US-PS 3115385 wird ein Verfahren erwähnt, bei dem die Filamente nach dem Austritt aus
der Spinndüse innerhalb eines Abstandes von 2" von der Spinndüse mit einem Kühlmittelstrom, beispielsweise Dampf oder Luft, auf eine Temperatur von
15° C unterhalb des Schmelzpunktes abgekühlt werden. Die Blasdüse, aus der der Kühlmittelstrom auf
die Filamente gerichtet wird, ist in einem Winkel von 20° gegen die Horizontale entgegen iei Abzugsrichtimg der Filamente geneigt. Bei diesem Verfahren sind
die produzierten Filamente nicht gleichmäßig, da sich das Kühlmittel beim Durchdringen des Filamentbündels aufheizt, wodurch eine unterschiedliche Abkühlung der Filamente entsteht.
Versuche, die nach den Lehren dieser Verfahren durchgeführt wurden, haben ergeben, daß die Spinngeschwindigkeit wegen der Kühlverfahren nicht auf
die Werte abgesenkt werden kann, die in kontinuierlich arbeitenden Faseranlagen verlangt werden, da
sonst die Filamente im Verzugsbereich abreißen.
Die US-PS 3118012 gibt ein Spinnverfahren wieder, bei dem es möglich ist, mit extrem geringer Geschwindigkeit zu spinnen, wobei Aufspulgeschwindigkeiten von minimal 10 m/min genannt werden. Bei
diesem Verfahren werden die aus der Spinndüse austretenden Filamente durch einen Kühlmittelstrom bei
dem Austritt aus dler Spinndüse abgekühlt, wobei die Blasdüse an oder sehr nahe an der Oberfläche des
Spinnkopfes angeordnet ist. Dabei wird die Spinndüsenplatte ebenfalls, mit angeströmt. Bei diesem Verfahren ist es bekannt, daß die ausgesponnene Poly-
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mennenge pro cm7· effektiver Spinndüsenfläche
mindestens 4 g/min betragen muß, da sonst bei dieser
Schraelzemenge die zugeführte Wärmemenge geringer
ist als die durch die Kühlluft abgeführte, so daß die Schmelze schon in den Düsenbohrungen erstarrt
und somit nicht mehr gesponnen werden kann. Ebenfalls hat sich herausgestellt, daß bei relativ hoher FiIajnentanzahl
und der damit verbundenen hohen FiIamentdichte die Filamente unterschiedlich gekühlt
werden, da §-scb hier ein Aufheizen des Kühlmittel-Stromes
beim Durchdringen des Filamentbündels geschieht. Bei der vorgeschlagenen Anordnung der
Blasdüse zur Spinndüscnplatte wirkt sich der nur enge
Einstellbereich der Blasdüse nachteilig aus, da anderenfalls einige Filamente, bedingt durch zu unterschiedliche
Abkühlung, mehr oder weniger stark krävseln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem
die minimal ausspinnbare Polymermenge kleiner als 4 g/min cm2 effektiver Spinndüsenfläche ist, und die
Spinngeschwindigkeit extrem geringe Werte - vorzugsweise im Bereich von 20 m/min - annehmen
kann.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß der das Filamentbündel durchströmende und dabei erwärmte Kühlmittelstrom nach dem Verlassen
des Filamentbündels zur Spinndüse umgelenkt i'ird. Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen insbesondere
darin, daß, bedingt durch die relativ geringe ausgesponnene Polymermenge pro cm2 Düsenfläche, die
üblicherweise in dem Spinndüsenpaket eingebauten Schmelzefilter pro cm2 Filterfläche von der Polymermenge
relativ gering beaufschlagt bzw. durchströmt werden. Dadurch wird eine beträchtliche Erhöhung
der Spinndüsenstandzeit erreicht, was besonders dann vorteilhaft ist, wenn das Polymer mit Farbpigmenten
durchsetzt ist, und Ablagerungen von Pigmenten in mehr oder weniger hohem Maße in den Spinnfiltern
stattfinden. Weiterhin ist vorteilhaft, daß eine relativ hohe Filamentanzahl auf relativ kurzem Wege hinter
der Spinndüse gleichmäßig abgekühlt wird, wodurch eine hohe Gleichmäßigkeit der physikalischen Faserdaten
erreicht wird.
Als weiteren Vorteil ist bei diesem Verfahren die Möglichkeit anzusehen, daß, bedingt durch das indirekte
Anblasen der Spinndüsenplatte mit der erwärmten Kühlluft, das Temperaturgefälle zwischen der
Schmelze und der Düsenplatte einerseits so gering ist, daß selbst beim Ausspinnen geringere Schmelzemengen
die Düsenbohrungen nicht zufrieren, andererseits so groß ist, daß in der Düsenplatte ein Temperaturgefälle
erzeugt wird, welches zur Schmehedruckerhöhung in der Düsenplatte und damit zur besseren
Schmelzeverteilung bzw. Filamentvergleichmäßigung führt. Ebenfalls wird durch die Viskositätserhöhung
die molekulare Scherspannung im Verzugsbereich und damit die Stabilität der Filamente im anschließenden
Kühlbereich erhöht, so daß keine Filamentverklebungen eintreten können.
Weiterhin ist es möglich, nach diesem Verfahren arbeitende Maschinen in einer kontinuierlich arbeitenden
Faseranlage einzusetzen. Dadurch entfallen die für den diskontinuierlichen Prozeß notwendigen
Zusatzeinrichtungen, wie beispielsweise Kannenablage und Kannenablaufgatter, wodurch sich die Investitionen
für eine Faseranlage verringern. Außerdem ist die Aufstellfläche and damit der Raumbedarf einer
kontinuierlich arbeitenden Anlage wesentlich geringer als bei einer diskontinuierlich arbeitenden Faserstraße,
die dazu noch einen höheren Einsatz von Arbeitskräften verlangt.
Als vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, den Kühlmittelstrom von der Spinndüse
auf der zur ersten Umlenkung gegenüberliegenden Seite abzulaufen und von dieser wieder in das FiIamentbündel
zurückzuwerfen. Dadurch wird sowohl die homogene Abkühlung, als auch die Gleichmäßigkeit
der physikalischen Faserdaten weiter gesteigert. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
1S aui der Austrittsseite der Filamente seitlich außerhalb
des Spinndüsenfeldes und parallel zur äußeren Längsreihe der Düsenöffnungen gegenüber der Austrittsöffnung der Blasdüse eine auf die Blasdüsenöffnung
ausgerichtete Umlenkfläche angeordnet ist.
*o Eine weitere vorteilhafte Anordnung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sieht vor, daß parallel zur ersten Umlenkfläche eine zweite Umlenkfläche an
dem anderen Spinndüsenfeldrand angeordnet ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines
*5 bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Aufriß,
Fig. 2 eine Draufsicht dieser Vorrichtung.
Fig. 2 eine Draufsicht dieser Vorrichtung.
In Fig. 1 wird von einer nicht dargestellten Austragseinrichtung beispielsweise einem Extruder,
Schmelze durch Düsen vertikal nach unten extrudiert, anschließend gekühlt und durch einen ebenfalls nicht
dargestellten Fadenumlenkstab umgelenkt. In dem
Spinnkopf 1 ist eine Rechteckspinndüsenplatte 2 mit einer Vielzahl eng beieinanderliegender Düsenöffnungen
in an sich bekannter Weise befestigt. Die Anordnung der einzelnen Düsenöffnungen zueinander ist
dabei nicht erfindungswesentlich. Sie sollten allerdings
wegen der besseren Kühlmöglichkeit leicht versetzt angeordnet sein, wie in Fig. 2 dargestellt. Beidseitig
sind parallel zu der äußeren Reihe der Düsenöffnungen an der Längsseite der Spinndüsenplatte
2 neben den austretenden Filamenten S die
Umlenkeinrichtungen 3 und 4 am Spinnkopf 1 befestigt. Die beiden Breitseiten der Spinndüsenplatte 2
sind ebenfalls durch seitliche Abdeckplatten 9 und 10 begrenzt, so daß sich ein nur nach unten geöffneter
Hohlraum ergibt. Die Abdeckplatten 9 und 10 sind
als ebene Platten parallel zur Abzugsrichtung der Filamente ausgebildet, wobei ihre Nahtstellen mit den
Umlenkeinrichtungen 3 und 4 gerundet sind, wie in Fig. 2dargestellt.Die Umlenkflächen 3a und Aa sind
einander gegenüberliegend angeordnet, wobei ihre
Länge mindestens der der Spinndüsenplatte 2 entspricht. Die spezielle Ausführung der Umlenkflächen
3a und Aa läßt sich leicht durch strömungstechnische Versuche ermitteln.
Die fertig gekühlten Filamente werden von einem
hier nicht dargestellten Fadenumlenkstab, der zweckmäßigerweise 500 mm unterhalb der Spinndüse angeordnet
ist, zu den einzelnen Bearbeitungsstationen weitergeführt. An Stelle des Fadenumlenkstabes kann
auch eine Aufwickeleinrichtung zum Aufwickeln der unverstreckten Fäden angeordnet sein.
Unterhalb der Spinndüsenplatte 2 ist auf der Seite der Umlenkeinrichtung 4 die Blasdüse 6 schräg zur
Horizontalen und entgegen der Abzugsrichtung der
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Filamente 5 angeordnet. Ihr Anstellwinkel α zur Horizontalen
muß so ausgerichtet werden, daß der aus der Blasdüse 6 austretende Kühlmittelstrom 8 auf die
gegenüberliegende Umlenkfläche 3 a trifft, wobei der Abstand der Blasdüse 6 von der Spinndüsenunterkante
2a von der Breite des Filamentbündels abhängt. Die Länge der Blasdüse 6 entspricht der der Umlenkfläche
3a, so daß die Blasdüse 6 zweckmäßigerweise als Breitschlitzdüse ausgebildet ist. Sie wird durch eine
Schlauchverbindung 7 an ein hier nicht dargestelltes Kühlmittelversorgungssystem angeschlossen, wobei
sichergestellt werden muß, daß der aus der Blasdüse 6 austretende Kühlmittelstrom 8 sowohl eine Parallelströmung
als auch keine irgendwie gearteten Festkörperpartikel aufweist.
Im folgenden wird das Verfahren an Hand der oben beschriebenen Anordnung unter Bezugnahme auf die
gewonnenen Meßwerte näher erläutert. Die Rech»- eckspinndüsenplatte 2 besaß eine effektive Düsenfläche
von 340 cm2, durch die Polypropylen als Polymer zu Fäden gesponnen wurde. Dabei wurden 832 g/min
durch 5000 Düsen extrudierf, somit betrug die ausgesponnene Polymermenge pro effektiver Düsenfläche
2,45 g/min · cm2. Die Abzugsgeschwindigkeit der Filamente 5 wurde zu 20 m/min gewählt. Die Umlenkflächen
3fl und Aa für den Kühlmittelstrom 8 wurden als konkav gewölbte Flächen in der zur Zeichnungsebene parallelen Ebene ausgebildet, wobei die Wölbung
vorzugsweise als Teil eines Paraboloids geformt war. Die Höhe der Umlenkflächen 3a und 4a betrug
90 mm.
Die Blasdüsenöffnung wurde 150 mm unterhalb der Spinndüsenplatte 2 und 90 mm seitlich von der
Symmetrieachse angeordnet, wobei der Anstellwinkel α der Blasdüse zur Horizontalen zweckmäßigerweise
- bei den obengenannten Koordinaten für die Blasdüsenöffnung und der Anordnung und Ausbildung
der Umlenkflächen - Werte zwischen 40 und 50° annimmt. Dadurch war sichergestellt, daß, da der
Kühlmtttelstrom 8 auf einer genügend großen Strecke das Filamentbündel 5 durchquerte, die Fäden nach
dem Verlassen der Kühlstrecke homogen abgekühlt wurden. Aus der Blasdüse trat der Kühlmittelstrom 8
mit einer Geschwindigkeit von 5,2 m/s aus. Als Kühlmittel wurde bei diesem Versuch Luft verwendet, die
mit einer Temperatur von TLX = 30° C in das Filamentbündel
5 geblasen wurde. Beim Austritt aus dem Filamentbündel 5 betrug die Kühllufttemperatur
TL? = 82° C. Diese erwärmte Luft traf unterhalb des
Spinnkopfes 1 auf die erste Umlenkfläche 3 a, die sie in Richtung der Spmndüsenplatte 2umlenkte,sie aber
im wesentlichen in ihrer Strömungsebene beließ. Da Polypropylen bei einer Temperatur von ungefähr
280° C ausgesponnen wird, ist es verständlich, daß direkt unterhalb der Spinndüsenplatte 2 in dem Hohlraum
zwischen den Umlenkeinrichtungen 3 und 4 und den Abdeckplatten 9 und 10 Temperaturen herrschen,
die ausreichen, den Kühlluftstrom 8 während des ersten Umlenkvorganges weiter zu erwärmen, so
daß er mit einer Temperatur von TL3 = 91° C wieder
ίο in das Filamentbündel eintrat.
In der Mitte der Spinndüsenplatte 2 wies der Kühlluftstrom 8 eine Temperatur von TL4 = 102° C auf.
Da der Kühlluftstrom 8 so auf die Spinndüsenplatte 2 gelenkt wurde, daß diese ihn weiter in Richtung zur
zweiten Umlenkeinrichtung 4 leitete, steigerte sich seine Temperatur bis zum Verlassen des Filamentbündels
5 auf rL5 = 112°C. Während des dritten
Umlenkvorganges wurde der Kühlluftstrom 8 ebenfalls - wie schon bereits beim ersten - weiter erwärmt,
ao so daß er mit einer Temperatur von TLb= 118° C
wieder in das Filamentbündel eintrat.
Da das Durchdringen des Filamentbündels 5 und die Umlenkvorgänge nicht verlustlos ablaufen, steht
je Umlenkvorgang immer weniger Kühlluft zur Veras fügung. Dies ist so lange nicht von Bedeutung, wie
noch eine ausreichende Kühlluftmenge beim letzten Umlenkvorgang zur Verfügung steht. Diese Menge
darf allerdings nicht zu groß sein, da sonst beim letzten Umlenkvorgang eine Verwirbelung des erwärmten
Kühlluftstromes mit dem kalten eintritt, was zur Folge hat, daß der Kühleffekt des kalten Kühlluftstroms
vermindert wird, und er aus seiner Strömungsrichtung abgelenkt wird.
Zur Kontrolle der homogenen Abkühlung wurde
die Temperatur des Filamentbündels 5 in zwei Ebenen überprüft. Die Meßstellen jeder Meßebene lagen
jeweils an den beiden Außenkanten des Filame .nbündels
5, wobei die erste Meßebene oberhalb der Blasdüse 6 lag, in der nur ein Teil des Filamentbündels 5
bereits fertig abgekühlt war, und die zweite ein wenig unterhalb der Blasdüsenöffnung, nachdem das gesamte
Filamentbündel S gekühlt war. Wie die Meßwerte zeigten, war in der oberen Meßebene noch eine
Temperaturdifferenz zwischen den beiden Außenkanten des Filamentbündels von 11 ° C vorhanden, da
Tn = 138° C und Tn - 149° C betrug. In der zweiten
Meßebene verringerte sich die Temperaturdifferenz auf 1° C (7>3 = 136° C und TFA = 135° C), wodurch
erwiesen ist, daß eine homogene Abkühlung
der Filamente durch das Verfahren gewährleistet wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Scnmelzspinnverfahren, bei dem die aus der Spinndüse vertikal nach unten austretenden FiIa- S
rnente direkt nach dem Austritt durch einen schräg zur Horizontalen und entgegen der Abzugsrichtung der Filamente angeordneten Kühlmittelstrom abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der das Filamentbündel durch-
strömende und dabei erwärmte Kühlmittelstrom nach dem Verlassen des Filamentbündels zur
Spinndüse umgelenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelstrom von der »5
Spinndüse auf der zur ersten Umlenkung gegenüberliegenden Seite abgelenkt wird und von dieser
wieder in das Filamentbündel zurückgeworfen wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus einem
Spinnbalken, in dem eine Vielzahl eng beieinanderliegender Düsen vorhanden ist, deren Öffnungen vertikal nach unten gerichtet sind, einer unterhalb des Spinnbaikens in einem Abstand angeord- *5
neten Abzugsvorrichtung und einer schräg zur Horizontalen und entgegen der Abzugsrichtung
der Filamente angeordneten Blasdüse zum Anblasen der Filamente mit einem Kühlmittelstrom,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der Austrittsseite der Filamente seitlich außerhalb des Spinndüsenfeldes und parallel zur äußeren Längsreihe
der Düsenöffnungen gegenüber der Austrittsöffnung der Blasdüse (6) eine auf die Blasdüsenöffnung ausgerichtete Umlenkfläche (3 a) angeord-
net ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur ersten Umlenkfläche (3a) eine zweite Umlenkfläche (4a) an dem
anderen Spinndüsenfeldrand angeordnet ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752500949 DE2500949C2 (de) | 1975-01-11 | 1975-01-11 | Schmelzspinnverfahren |
GB47476A GB1532821A (en) | 1975-01-11 | 1976-01-07 | Melt spinning process and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752500949 DE2500949C2 (de) | 1975-01-11 | 1975-01-11 | Schmelzspinnverfahren |
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ID=5936273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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---|---|
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GB (1) | GB1532821A (de) |
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1975
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-
1976
- 1976-01-07 GB GB47476A patent/GB1532821A/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2500949B1 (de) | 1976-06-16 |
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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