DE2512457C2

DE2512457C2 - Verfahren zum Kräuseln von Fäden

Info

Publication number: DE2512457C2
Application number: DE2512457A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Dr. 6900 Heidelberg Bauer; Erwin Dipl.-Phys. Dr. 6702 Bad Dürkheim Lehrer; Wolfgang Dipl.-Chem. Dr. 6700 Ludwigshafen 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: 1984-02-16
Also published as: NL7602742A; GB1538905A; IT1057039B; CH336076A4; CH596349B5; JPS51123344A; FR2304699A1; CA1075856A; DE2512457A1; FR2304699B1; US4014084A; BE839788A

Description

- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kräuseln von Fäden entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, vgl. DD-PS 17 786.

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

Gemäß dem aus der DD-PS 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 im unteren Teil in die Kammer eingeblasen wird, gekühlt und mit einer solchen Geschwindigkeit aus der Kammer abgeführt, daß die dem Faden verliehene Kräuselung erhalten bleibt Hier werden die Gasströme zum Aufheizen und zum Kühlen durch eine Trennwand auseinandergehalten. Beide Gasströme werden direkt mit dem Behandlungsgut in Berührung gebracht Bezüglich der anzuwendenden Gasgeschwindigkeiten wird lediglich angegeben, daß sie so groß sein sollen, 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 Oberlaufens käme der Fadentransport zum Erliegen. Bei höheren Texturiergeschwindigkeiten wird die erforderliche Regelung schwierig, bei ungleichmäßigen Texturierbedingungen werden Fäden mit ungleichmäßigen Kräuselwerten und/oder ungleichmäßigen Anfärbeeigenschaften erhalten.
Aus der DE-OS 21 11 163 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 gegen das zuströmende kalte Gas durch eine Auslaßdüse abgezogen, weshalb eine beträchtliche Kraft erforderlich ist Auch bei diesem Verfahren müssen die zugeführte und die abgezogene Fadenmenge Ober 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 Kühlvorganges 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 ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren zum Kräuseln von Fäden oder Fadenbündeln der eingangs genannten Art anzugeben, das auch bei hohen Texturiergeschwindigkeiten gekräuselte Fäden mit gleichmäßigen Kräuselwerten und gleichmäßigen Anfärbeeigenschaften ergibt und das keinen hohen Regelauiwand erfordert Diese Aufgaben werden durch ein entsprechendes Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der. Vorteil des neuen Verfahrens beisteht 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 gekräuselten Garnes oder für das Abziehen des Garnes erforderlich sind, so daß das Garn keiner direkten mechanischen Belastung durch Förderelemente oder durch den angewendeten Kühlluftstrom unterworfen ist.

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 1 und 32 dtex liegen. Üblicherweise 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. Üblicherweise werden Fadenbündel verwendet, die 60 bis 150 Einzelfäden enthalten. Die Fäden in den Fadenbündeln oder Garnen können sowohl verstreckt als auch teilver-' streckt der Kräuselbehandlung zugeführt werden. Ferner ist es möglich, Fäden mit rundem oder profilievtem, 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-Polymersate, fadenbildende Polyacrylnitril- bzw. überwiegend Acrylnitril-Einheiten enthaltende fadenbildende Acrylnitril-Copolymerisate sowie Celluiose-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 550⁰C hat sich als zweckmäßig erwiesen. Im einzelnen hängen die günstigsten Bedingungen von den Schmelz- bzw. 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, d. h. kleiner Verweilzeit, durch die Behandlungszone geführt werden. Je höher die Texturiergeschwindigkeit ist, desto höher kann die Temperatur des Texturiermediums über dem Schmelz- bzw. Zersetzungspunkt des verwendeten fadenbildenden Materials liegen.

Eine für das Verfahren geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in DE-OS 20 06 022 beschrieben. Eine verbesserte Ausführungsform ist in der deutschen Patentanmeldung P 2410 429 offenbart (vgl. entsprechende DE-OS). Diese Vorrichtungen bestehen aus einer im Gegenstrom durch das erhitzte Gasmedium beheizten Vorheizkammer und einer daran anschließenen 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 kaltes 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 40⁰C 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 Gasgeschwindigkeiten (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 iiegt; es ist vorteilhaft, ein

ίο Temperaturgefälle von 50 bis 100⁰C insbesondere von 70 bis 90⁰C über die Schlitzlänge einzustellen. Man kann diesen Effekt z. 0. durch Zwischenschalten von Materialien mit geringen Wärmeleitzahlen zwischen den oberen und unteren Teil der Düsen verstärken, z. B.

is von Materialien mit Wärmeleitzahlen zwischen 0,05 und 13 kcal/h · m ■ grad. Als solche Materialien eignen sich beispielsweise mit Kohle-Graphit gefüllte Phenolformaldehydharze mit Wärmeleitzahlen von 2,4 bis 3,0 kcal/ h · m · grad, wie sie unter dem Handelsnamen Bascon dur oder Epoxidharze mit Wärmeleitzahlen von 0,126 bis 0,45 kcal/h · m · grad, wie sie unter dem Handelsnahmen Lekutherm bekannt sind. Aber selbst nickellegierte Stähle mit Wärmeleitzahlen bis 93 kcal/ h · m ■ grad — sie enthalten im allgemeinen nie mehr als 35% Nickel — bringen noch immer einen sichtbaren Effekt

Aus der Temperatur des zum Kaltblasen verwendeten Gases ergibt sich, daß man das kalte Gas mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit zuführen muß, wenn man einen über das natürliche Abkühlen durch die Umgebungsluft hinausgehenden Effekt erreichen will. Diese Geschwindigkeit soll daher zweckmäßig nicht unter 30 m/sec liegen; sie kann aber bis zu Schallgeschwindigkeit betragen. Vorteilhaft sind Geschwindigkeiten an der Düse von 60 bis 300 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) angcord net sind. Die Menge des benötigten kalten Gases liegt je nach Düsenart und Durchmesser bei 0,5 bis 5 NmVh, vornehmlich 1 bis 4 NmVh.

Das kalte Gas kann in der senkrechten Ebene zur Laufrichtung des Garnes gegen die Düse geblasen wer den oder aber unter einem Winkel zur Garnlaufrich tung, wobei dieser Winkel 30 bis 90° 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

so 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 Staudruck messungen in den beiden hier wirksamen Strömen fest gestellt 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 geöffnet ist, messen. Beispielsweise kann mit der Staudrucksonde im Abstand von 1 mm von den Schlitzen der Behandlungskammer, um 30° geneigt nach der Definition des Anblaswinkels,

18 mm entgegen dem Ende der Schlitzdüse in Gamlaufrichtung gemessen werden.

Die jeweils anzuwendenden Temperaturen sind für die verschiedenen fadenbildenden Polymeren unterschiedlich und hängen auch vom Spinntiter und der Zahl der Einzelfäden ab. So liegen die Plastifizierungsbereiche beispielsweise für lineares "Polyäthylen bei 80 bis 90⁰C, für Polypropylen bei 80 bis 120" C für Nylon-6 bei 165 bis 190⁰C₁ für Nylon-6,6 bei 120 bis 240°C für Polyethylenterephthalat bei 190 bis 230⁰C

Wird ein Fadenbündel ζ. B. mit '2000 m/min in die Kräuselvorrichtung eingeführt, so kann die Temperatur des Gasmediums 150 bis 250°C über der Temperatur des Plastifizierungsbereiches 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 m/min und eine Temperatur von 340 bis 440⁰C für das Gasmedium, wobei der Faden nach der Verstreckung zweckmäßigerweise über eine Heizgalette mit einer Oberflächentemperatur von 140 bis 180⁰C geführt wird. Die obere Grenze der Temperatur des verwendeten Gasmediums liegt bei etwa 550⁰C und ist von der Belastbarkeit der Werkstoffe der Kräuselvorrichtung abhängig. Für andere polymere Fadensorten sind die ο nimalen Temperaturen durch Versuche zu ermitteln. Für die Förderung der Fadenbündel verwendet man im allgemeinen 4 bis 16 NmVh strömendes Medium, vorzugsweise 6 bis 10 NmVh.

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 Wärmeableitung 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 mm, wobei man die dem Garn abgewandte Seite offen hält,- wodurch der zum Kaltblasen verwendete Luftstrom gleichsam eine Führung erhält und die Kühlfläche vergrößert wird.. '

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 folgener Gleichung:

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 15C°C Der vorgewärmte (hier 130°C) und jetzt verstreckte Faden wird mit einer Geschwindigkeit von 2000 m/min in die Texturiervorrichtung eingeführt Der Texturiervorrichtung wird Luft mit einer Temperatur von 380⁰C bei einem Druck von 7 bar absolut zugeführt Die Luftmenge beträgt 7,8 NmVh. Bei einer Gesamtlänge der Behandlungskammer von 56 mm wird die Blas- luft aus einem Abstand von 25 mm vom Garnaustritt unter einem Winkel von 30° gegen die Behandlungskammer geblasen. Es werden hierfür 3,5 NmVh 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: ι	1420 dtex
Dehnung:	45%
Festigkeit:	2^6 p/dtex
Kochschrumpf:	1,6%
Kräuselwert:	10,6%

1-1

100 = %.

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 43%· 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 Ge-

samttiter 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 380⁰C bei einem 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 Durchführung des Verfahrens ohne Kaltblasen einen Staudruck von 54 mm WS und bei der Durchführung des Verfahrens mit Kaltblasen einen Staudruck von 20 mm WS. Für das Kaltblasen wurden 3,5 NmVh Luft von 22° C verwendet Die Geschwindigkeit der Luft beträgt an den jeweiligen Düsen 200 m/sec.

Claims

; : "■ Patentansprüche:- .

1. Verfahren zuai Kräuseln von Fäden oder Fadenbündeln durch Behandeln der zu kräuselnden, durch ein jrtiWes Gas geförderten Fäden oder Fadenbündel in einer Vorheizkammer und durch Kräuseln in einer länglichen Behandlungskammer, aus der das erhitzte Gasmedium durch öffnungen austritt und gegen deren unteren Teil man von außen einen Strom eines kalten Gases führt, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen ,der Behandlungskammer als Längsschlitze ausgebildet sind und daß man das kalte Gas gegen das untere Drittel der Behandlungskammer führt, ohne daß man wesentliche Mengen dieses kalten Gases in die Behandlungskammer eindringen läßt
' Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Behandlungskammer zwischen 60 und 56O°C bei einem Temperaturgefälle von 50 bis 100⁰C, insbesondere von 70 bis 90° C, 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 Nm³Zh liegt

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das kalte Gas über Düsen mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 30 m/sec und Schällgeschwindigkeit zuführt

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