DE2512457A1

DE2512457A1 - Verfahren zum texturieren von faeden

Info

Publication number: DE2512457A1
Application number: DE19752512457
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Dr Bauer; Erwin Dipl Phys Dr Lehrer; Wolfgang Dipl Chem Dr Martin
Original assignee: BASF Farben und Fasern AG
Current assignee: BASF Farben und Fasern AG
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1976-10-07
Also published as: NL7602742A; GB1538905A; IT1057039B; CH336076A4; CH596349B5; DE2512457C2; JPS51123344A; FR2304699A1; CA1075856A; FR2304699B1; US4014084A; BE839788A

Description

Unser Zeichen; O. Z. 0062/01008 Rae/L 6700 Ludwigshafen, 17.3.1975

Verfahren zum Texturieren von Fäden

Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, die erlauben, die im allgemeinen endlosen glatten Fäden aus synthetischen organischen linearen hochmolekularen Stoffen zu kräuseln. Beispielsweise kann man hiefür Stauchkammer-, Falschdrall-, Kantenziehverfahren oder schließlich Verwirbelungsverfahren mittels strömender Medien anwenden»

Gemäß dem aus der DDR-Patentschrift 17 786 bekannten Verfahren wird der zu kräuselnde Faden mit Hilfe eines Gasstromes in eine Stauchkammer mit gasdurchlässiger Wandung geführt, darin gestaucht und gekräuselt, mit einem Gasstrom, der in die Kammer eingeblasen wird, gekühlt und mit einer solchen Geschwindigkeit aus der Kammer abgeführt, daß die dem Faden verliehene Kräuselung erhalten bleibte Hier werden die Gasströme zum Aufheizen und zum Kühlen durch eine Trennwand auseinandergehalten. Beide Gasströme werden direkt mit dem Behandlungsgut in Berührung gebrachte

Bezüglich der anzuwendenden Gasgeschwindigkeiten wird lediglich in der Definition angegeben, daß sie so groß sein soll, daß die dem Faden verliehene Kräuselung erhalten bleibt» Wie aus der Beschreibung ersichtlich ist, wird die Behandlungskammer zuerst zu einem gewissen Teil gefüllt, und erst dann wird mit dem Abzug der gekräuselten Fäden bzw» Fadenbündel begonnen» Es ist leicht einzusehen, daß Zuführung und Abführung unter Berücksichtigung eines gewissen Fadenschrumpfes abgestimmt, d»h. geregelt werden müssen, damit kein Leerlaufen oder Überlaufen der Stauchkammer eintritt. Im Falle des Leerlaufens wird nämlich der Faden ohne Kräuselung aus der Stauchkammer herausgezogen, im Falle des Überlaufens käme der Fadentransport zum Erliegen.

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Aus der DT-OS 2 111 163 ist ein Verfahren zum Kräuseln von Fäden bekannt, bei dem die Fäden durch einen Strom erhitzten Gases in eine Kammer gedrückt werden, welche das erhitzte Gas in radialer Richtung verläßt, bei dem entgegen der Abzugsrichtung der Fäden ein Strom kalten Gases in die Kammer selbst geblasen wird, der diese ebenfalls in radialer Richtung verläßt. Hierbei wird der Faden in der Kammer gestaucht und wandert in diesem Zustand durch die Kammer in das Abführungsrohr, in welchem das entgegenströmende kalte Gas den Faden kühlt. Der gekräuselte Faden wird dann durch eine Auslaßdüse abgezogen.

Auch bei diesem Verfahren müssen die zugeführte und die abgezogene Fadenmenge über eine Geschwindigkeitsregelung genau aufeinander abgestimmt werden. Es ergeben sich im Prinzip die gleichen Schwierigkeiten wie zuvor. Ein weiterer Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß der Faden direkt während des KUhIvorganges abgezogen wird. Bei höheren Geschwindigkeiten treten hierdurch im Faden Spannungen auf, durch die die Kräuselung wieder herausgezogen wird« Es hat sich gezeigt, daß bei Geschwindigkeiten von über 800 m/min diese Bedingungen nicht mehr aufeinander abstimmbar sind, was nötig wäre, um einen gleichmäßig gekräuselten Faden zu erzeugen.

Es wurde nun gefunden, daß sich das Kräuseln von Fäden oder Fadenbündeln durch Behandlung der zu kräuselnden, durch ein erhitztes Gas geförderten Fäden in einer Vorheizkammer und durch Kräuseln in einer länglichen Behandlungskammer, aus der das erhitzte Gasmedium durch Längsschlitze seitlich abströmt, auch bei hohen Geschwindigkeiten durchführen läßt, und man gekräuselte Fäden mit gleichmäßigen Kräuselwerten und gleichmäßigen Anfärbeeigenschaften erhalten kann, wenn man von außen gegen das untere Drittel der länglichen Behandlungskammer einen Strom eines kalten Gases führt, ohne daß man wesentliche Mengen dieses kalten Gases in die Behandlungskammer eindringen läßt.

Unter dem Begriff "Fäden" werden im vorliegenden Zusammenhang endlose Gebilde, Einzelfäden oder Fadenbündel, Bänder, Flachfäden oder Spleißfasern aus Folien sowie Folienstreifen verstanden. Der Titer der Einzelfäden kann beispielsweise zwischen

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1 und 32 dtex liegen» Vorzugsweise werden solche Einzelfäden verwendet, deren Titer zwischen 10 und 30 dtex liegt. Die Zahl der Einzelfäden im Fadenbündel kann zwischen 2 und einigen Hundert, z.B., bis zu 800, liegen. Vorzugsweise werden Fadenbündel verwendet, die 60 bis I50 Einzelfäden enthalten. Die Fäden in den Fadenbündeln oder Garnen können sowohl verstreckt als auch teilverstreckt der Kräuselbehandlung zugeführt werden. Ferner ist es möglich, Fäden mit rundem oder profiliertem, beispielsweise trilobalem, Querschnitt zu verwenden.

Als synthetische lineare bzw. praktisch lineare fadenbildende, organische hochmolekulare Stoffe zur Herstellung der Fäden kommen besonders übliche lineare synthetische hochmolekulare Polyamide mit in der Hauptkette wiederkehrenden Carbonamidgruppen, lineare synthetische hochmolekulare Polyester mit in der Hauptgruppe wiederkehrenden Estergruppierungen, fadenbildende Olefin-Polymerisate, fadenbildende Polyacrylnitril- bzw. überwiegend Acrylnitril-Einheiten enthaltende fadenbildende Acrylnitril-Copolymerisate sowie Cellulose-Derivate, als auch Celluloseester in Betracht. Geeignete hochmolekulare Verbindungen sind beispielsweise Nylon-6, Nylon-6,6, Polyäthylenterephthalat, lineares Polyäthylen oder isotaktisches Polypropylen.

Für die Förderung der Fäden und für die Kräuselung werden die hierfür üblichen fluiden Medien verwendet, beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf und - insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen - Luft. Die erforderlichen Temperaturen des Gasmediums können in weiten Grenzen liegen. Ein Temperaturbereich von 80 bis 55O⁰C hat sich als zweckmäßig erwiesen. Im einzelnen hängen die günstigsten Bedingungen von den Schmelzbzw. Plastifizierungstemperaturen der fadenbildenden Materialien ab, sowie von der Zeit, während welcher die Gasmengen auf die Fäden einwirken können, sowie von etwaigen Vorerwärmungen und schließlich von der Dicke der Fäden. Naturgemäß kann man keine Temperaturen anwenden, die unter den angewendeten Bedingungen zu einem Schmelzen der Fäden führen, obwohl die Temperaturen selbst oberhalb der Schmelz- bzw. der Zersetzungspunkte der verwendeten fadenbildenden Materialien liegen, können, vorausgesetzt, daß die Fäden mit entsprechend hoher Geschwindigkeit,

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d.h. kleiner Verweilzeit, durch die Behandlungszone geführt werden. Je höher die Texturiergeschwindigkeit ist, desto höher kann die Temperatur des Textur ie rmediums über dem Schmelz- bzw. .Zersetzungspunkt des verwendeten fadenbildenden Materials liegen.

Eine für das Verfahren geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in DT-OS 20 ΟβΟ 22.4 beschrieben. Eine verbesserte Ausführungsform ist in der deutschen Patentanmeldung P .²^ .¹P. ^R9. . (O.Z. 0062/01005) offenbart. Diese Vorrichtungen bestehen aus einer im Gegenstrom durch das erhitzte Gasmedium beheizten Vorheizkammer und einer daran anschließenden Schlitzdüse, die über ihre ganze Länge oder vorzugsweise nur im oberen Drittel eine Absaugung für das erhitzte Förder- und Kräuselmedium enthalten. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das kalte Gas gegen das untere Drittel der länglichen Behandlungskammer, d.h. bei den genannten Vorrichtungen gegen diese Schlitzdüse, geführt.

Das zum "Kaltblasen" verwendete Gas - hierfür kann man das gleiche Gas verwenden wie für das Fördern und Kräuseln, in der Regel wird man Luft bevorzugen - weist im allgemeinen Temperaturen zwischen 0 und 4O⁰C auf und wird mit einem wirksamen Druck von 0,5 bis 8 bar, vornehmlich 1 bis 4 bar, Überdruck zugeführt.

Die Temperatur der Behandlungskammer (der Schlitzdüse) selbst liegt vorteilhaft bei 60 bis 160⁰C. Man erhält diese Temperatur natürlich nur bei Einhaltung entsprechender Gasgeschwindkeiten (und damit auch Gasmengen). Durch das "Kaltblasen" des unteren Endes der Düse stellt sich in der Behandlungskammer ein Temperaturgefälle ein, wobei der kältere Teil in der Förderrichtung am Ende liegtj es ist vorteilhaft, ein Temperaturgefälle von 50 bis 100⁰C, insbesondere von 70 bis 90⁰C, über die Schlitzlänge einzustellen. Man kann diesen Effekt z.B. durch Zwischenschalten von Materialien mit geringen Wärmeleitzahlen zwischen den oberen und unteren Teil der Düsen verstärken, z.B. von Materialien mit Wärmeleitzahlen zwischen 0,05 und I5 kcal/h.m. grad. Als solche Materialien eignen sich beispielsweise Kohle-Graphit gefüllte Phenolformaldehydharze mit Wärmeleitzahlen von 2,4 bis 3,0 kcal/h.m.grad, wie sie unter dem Handelsnamen' Bascodur oder Epoxidharze mit Wärmeleitzahlen von 0,126 bis 0,45 kcal/h.m.

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grad, wie sie unter dem Handelsnamen Lekutherm bekannt sind. Aber selbst nickellegierte Stähle mit Wärmeleitzahlen bis 9,5 kcal/h, m.grad - sie enthalten im allgemeinen nie mehr als j55 % Nickel - bringen noch immer einen sichtbaren Effekt.

Aus der Temperatur des zum Kaltblasen verwendeten Gases ergibt sich, daß eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit gegeben sein muß, wenn man einen über das natürliche Abkühlen durch die Umgebungsluft hinausgehenden Effekt erreichen will. Diese Geschwindigkeit soll daher zweckmäßig nicht unter J>0 m/sec liegen; sie kann aber bis zu Schallgeschwindigkeit betragen. Vorteilhaft sind Geschwindigkeiten an der Düse von 60 bis 500 m/sec zu verwenden. Da man eine gleichmäßige Kühlung von allen Seiten anstrebt, ist es zweckmäßig, die Kaltluft über mehrere Düsen, beispielsweise zwei bis acht, zuzuführen, die rings um die längliche Behandlungskammer (Schlitzdüse) angeordnet sind. Die Menge des benötigten kalten Gases liegt je nach Düsenart und Durchmesser bei 0,5 bis 5 Nm-Vh, vornehmlich 1 bis 4

Das kalte Gas kann in der senkrechten Ebene zur Laufrichtung des Garnes gegen die Düse geblasen werden oder aber unter einem Win- ■ kel zur Garnlaufrichtung, wobei dieser Winkel 30 bis 90⁰ beträgt, wenn ein Schenkel des Winkels in Garnlaufrichtung zeigt und der andere auf einem Mantel eines Kegels liegt, dessen Spitze gegen die Garnlaufrichtung zeigt und dessen Achse in der Garnlaufrichtung liegt (dieser Winkel wird als Anblaswinkel bezeichnet).

Die Strömungsgeschwindigkeit ist dabei so zu bemessen, daß nur unwesentliche Mengen des kalten Gases durch die Schlitze der länglichen Behandlungskammer in diese selbst eintreten.

Wie bekannt, ist die Durchtrittsmenge eines strömenden Mediums von der Druckdifferenz und damit von der Strömungsgeschwindigkeit und der Durchtrittsfläche abhängig. Die Druckdifferenz kann durch Staudruckmessungen in den beiden hier wirksamen Strömen festgestellt und dann aufeinander abgestimmt werden. Bei Gleichgewicht wird man einen Punkt mit dem Staudruck 0 und bei Überwiegen einer Strömungsrichtung einen positiven oder negativen Staudruck, je nach dem in welcher Richtung die Sonde ge-

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öffnet ist, messen. Beispielsweise kann mit der Staudrucksonde im Abstand von 1 mm von den Schlitzen der Be hand lungs kammer, um 30° geneigt nach der Definition des Anblaswinkels, 18 mm entgegen dem Ende der Schlitzdüse in Garnlaufrichtung gemessen werden.

Die jeweils anzuwendenden Temperaturen sind für die verschiedenen fadenbildenden Polymeren unterschiedlich und hängen auch vom Spinnt lter und der Zahl der Einzelfäden ab. So liegen die Plastifizierungsbereiche beispielsweise für lineares Polyäthylen bei 80 bis 90°C, für Polypropylen bei 80 bis 120⁰C, für Nylon-6 bei 165 bis 190⁰C, für Nylon-6,6 bei 120 bis 240°C, für Polyathylenterephthalat bei I90 bis

Wird ein Fadenbündel z.B. mit 2000 m/min in die Kräuselvorrichtung eingeführt, so kann die Temperatur des Gasmediums I50 bis 250⁰C über der Temperatur des Plastifizierungsbereich.es des verwendeten hochmolekularen Materials liegen.

Für ein Fadenbündel aus Nylon-6 mit dem Spinntiter 4200 dtex und 67 Einzelfäden beispielsweise empfiehlt sich nach der Streckzone eine Einführgeschwindigkeit von 2000 rn/tnin und eine Temperatur von 340 bis 440°C für das Gasmedium, wobei der Faden nach der Verstreckung zweckmäßigerweise über eine Heizgalette mit einer Oberflächentemperatur von l40 bis 18O°C geführt wird. Die obere Grenze der Temperatur des verwendeten Gasmediums liegt bei etwa 55O⁰C und ist von der Belastbarkeit der Werkstoffe der Kräuselvorrichtung abhängig. Für andere polymere Fadensorten sind die optimalen Temperaturen durch Versuche zu ermitteln_o Für die Förderung der Fadenbündel verwendet man im allgemeinen 4 bis 16 Nrrr/h strömendes Medium, vorzugsweise 6 bis 10 Nm-Vh.,

Um das Kaltblasen besonders wirksam werden zu lassen, kann es vorteilhaft sein, den Profilen der Behandlungskammer (der Schlitzdüse) eine besondere Form zu geben, indem man die Stege so gestaltet, daß sie die Wärmsableitung verbessern^ z.B. indem man Kühlbleche oder- Kühlrippen anbringt oder indem man die Stege in Dreikantform ausbildet, aber nicht aus Vollmaterial, sondern aus abgekanteten Profilen bei Wandstärken zwischen 0,2 und 1 ram,

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wobei man die dem Garn abgev/andte Seite ,offen hält, wodurch der zum Kaltblasen verwendete Luftstrom gleichsam eine Führung erhält und die Kühlfläche vergrößert wird.

Der Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß Texturiergeschwindigkeiten von 2000 m/min und mehr, beispielsweise 2500 m/min, erreicht werden, wobei man sehr gute und gleichmäßige Kräuselwerte des Garnes erhält, das außerdem hervorragend gleichmäßige Färbeeigenschaften aufweist. Die große Gleichmäßigkeit des Garnes ist darauf zurückzuführen, daß keinerlei mechanische Elemente für die Übernahme des Garnes oder für das Abziehen des Garnes erforderlich sind, so daß das Garn keiner direkten mechanischen Belastung durch Förderelemente oder durch den angewendeten Luftstrom unterworfen ist«

Als Maßzahl für die Qualität der Kräuselung wird der Kräuselwert verwendet. Zur Bestimmung des Kräuselwertes wird ein Strang Garn 5 Minuten in Wasser gekocht, 20 Minuten spannungslos bei Zimmertemperatur gelagert, dann mit 0,5 p/dtex belastet und bei dieser Belastung die Länge L bestimmt, danach auf 0,001 p/dtex entlastet und danach der Wert 1 bestimmt» Mit diesen Längen errechnet sich der Kräuselwert nach folgender Gleichung?

= 100

Beispiel 1

Ein unverstrecktes Polyamid-6-Garn mit einem Gesamttiter von 4200 f 67 dtex wird von einem Wickelkörper abgenommen und über eine Verstreckvorrichtung einer Texturiervorrichtung mit Behandlungskammer zugeführt. Die Temperatur der Einlaufgalette beträgt 150⁰C. Der vorgewärmte (hier 130⁰C) und jetzt verstreckte Faden wird mit einer Geschwindigkeit von 2000 m/min in die. Texturiervorrichtung eingeführt. Der Texturiervorrichtung wird Luft mit einer Temperatur von 580⁰C bei einem Druck von 7 bar absolut zugeführt. Die Luftmenge beträgt 7,8 Nm^/h. Bei einer Gesamtlänge der Behandlungskammer von 56 mm wird die Blasluft in einem Abstand von 25 mm vom Garnaustritt unter einem Winkel von 30° gegen die Behandlungskammer geblasen. Es

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werden hierfür 3,5 Hrn^/h Luft von 22°C verwendet. Die Geschwindigkeit der Luft beträgt an den jeweiligen Düsen 200 m/sec.

Das hierbei erhaltene Garn hat folgende Eigenschaften:

Titer; 1420 dtex

Dehnung: 45 %

Festigkeit: 2,56 p/dtex

Kochschrumpf: 1,6 %

Kräuselwert: 10,6 %

Hierbei ist die Kräuselung gleichmäßig, räumlich und feinbogig, so daß ein hoher Bausch entsteht.

Läßt man hingegen die Anblasluft weg, dann erhält man bei 2000 m/min Einlaufgeschwindigkeit nur noch einen Kräuselwert von 4,9 $. Will man ohne die zuvor beschriebene Maßnahme wieder ein in der gleichen Größenordnung gekräuseltes Garn bekommen, so muß man auf eine Einlaufgeschwindigkeit von 1200 m/min und weniger zurückgehen.

Beispiel 2

Ein unverstrecktes Polyamid-6-Garn mit einem Gesamttiter von 4200 f 67 dtex wird wie in Beispiel 1 einer Texturiervorrichtung zugeführt. Die Temperatur der Einlaufgalette beträgt 133°C. Der Texturiervorrichtung wird Luft mit einer Temperatur von 38O⁰C bei eine Hi₄ Druck von 5,8 bar absolut zugeführt. Das Garn wird der Behandlungskammer mit einer Geschwindigkeit von 1200 m/ min zugeführt. Mißt man, wie zuvor definiert, mit einer Staudrucksonde, dann erhält man hier bei der Druckführung des Verfahrens ohne Kaltblasen einen Staudruck von 54 mm WS und bei der Druckführung des Verfahrens mit Kaltblasen einen Staudruck von 20 mm Ws. Für das Kaltblasen wurden 3,5 Nm^/h Luft von 22°C verwendet. Die Geschwindigkeit der Luft beträgt an den jeweiligen Düsen 200 m/sec.

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Claims

_ 9 - O.Z. 0062/01008 Patentansprüche

1.) Verfahren zum Kräuseln von Fäden oder Fadenbündeln durch Behandeln der zu kräuselnden, durch ein erhitztes Gas geförderten Fäden oder Fadenbündel in einer Vorheizkammer und durch Kräuseln in einer länglichen Behandlungskammer, aus der das erhitzte Gasmedium durch Längsschlitze austritt, dadurch gekennzeichnet, daß man von außen gegen das untere Drittel der länglichen Behandlungskammer einen Strom eines kalten Gases führt, ohne daß man wesentliche Mengen dieses kalten Gases in die Behandlungskammer eindringen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Behandlungskammer zwischen 60 und 16O°C bei einem Temperaturgefälle von 50 bis 100⁰C, vorzugsweise von 70 bis 90⁰C, gehalten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zugeführten kalten Gases zwischen 0,5 und 5 NnP/h liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten kalten Gases an den Düsen zwischen 30 m/sec und Schallgeschwindigkeit liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Behandlungskammer senkrecht oder unter einem Anblaswinkel von 30 bis 90° angeblasen wird.

BASF Farben + Fasern AG

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ORIGINAL INSPECTED