DE2558481C2

DE2558481C2 - Verfahren zur Herstellung von texturierten Fadenbündeln

Info

Publication number: DE2558481C2
Application number: DE19752558481
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Dr. 6900 Heidelberg Bauer; Dieter Dr. 6710 Frankenthal Herion; Hans Dr. 6700 Ludwigshafen Knopp; Hermann Dr. 6719 Carlsberg Linge; Wolfgang Dr. 6700 Ludwigshafen Martin
Original assignee: BASF Farben und Fasern AG
Current assignee: BASF Farben und Fasern AG
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1975-12-24
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE2558481A1; BE849805A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von texturierten Fadenbündeln, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (siehe DE-OS 2006 022).

Es ist bekannt, ilaß man multifile Endlosfäden zum besseren Zusammenhalt der Einzelfäden kapillar verwirbelt, d. h. daß man einen sogenannten Fadenschlußeffekt herbeiführt. Solche kapillarverwirbelten Fadenbündel sind beispielsweise aus den US-PSen 2985 995 und 3 846 968 bekannt. Andere Beispiele für Verfahren für die Kapillarverwirbelung und hierfür geeignete Vorrichtungen sind beispielsweise in der CH-PS 415939, den US-PSen 3 187 847 und 3543 358 und der DE-OS 1660 176 beschrieben. Ferner sind texturierte Garne bekannt, insbesondere solche, die durch Verwirbelungskräuselung hergestellt worden sind (z.B. DE-OS 2006022). Bisher hat man Kräuselung (Texturierung) und Kapillarverwirbelung (Fadenschluß, englisch entanglement oder interlacing) in zwei getrennten Arbeitsgängen vorgenommen.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren anzugeben, bei dem ein Fadenbündel in einem Arbeitsgang texturiert und kapillarverwirbclt wird. Es ist weiter eine Aufgabe der Erfindung, Texturierung und Kapillarverwirbelung mit hohen Durchsätzen durchzuführen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Volumenmassestromfaktor VM ist dabei definiert als

wobei V₁ des Volumen des Fadenführungsrohres in der Längeneinheit bedeutet und G_n definiert ist als

und G₁₁₁ definiert ist als
I

wobei C₁ die Menge des Fluids und C₁₁ die Menge des Fadens in der Zeiteinheit bedeuten und ir, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Fadeniuhrungsrohr und ir,, die Geschwindigkeit des Fadenbündels im Fadenführungsrohr bedeuten. Die Größen C₁ und C₁₁ sind proportional den Geschwindigkeiten ir, und W₁₁. so daß die Größen G_n und G,_(I nicht explizit von den Geschwindigkeiten ir, und ir„ abhängen. Die Größen G_n bzw. G₁₁₁ erhalten die Dimension eines Gewichts je Längeneinheit. Für die Zahienwerte wird dabei das ke-ni-h-Maßsystem verwendet.

Es sind zwar schon Versuche bekannt, das Kräuseln und Kapillarverwirbeln in einem Arbeitsgang durchzuführen. So wird z. B. in der DE-AS 21 10 394 ein Verfah- !5 ren beschrieben, bei dem man eine besondere Appretur verwendet, und einen bestimmten Mindestzufuhrüberschuß. wobei das Fadenbündel beim Fördern durch die Texturierdüse von mindestens 2 gegeneinander gerichteten in einem Winkel zur Fadenbündelachse von 30 bis 90° eingeblasenen Strahlen von feuchtigkeitsfreien heißen Gasen oder Dämpfen beaufschlagt wird. Dieses Verfahren wird mit Geschwindigkeiten von etwa 180 m/min ausgeführt, woraus sich bei den angegebenen Titem ein Durchsatz von nur etwa ! kg je Stunde errechnen läßt. Zur Oualität der so erhaltenen Fadenbündel wird lediglich festgestellt, daß es sich um hochgradig gebauschte, eine regellos dreidimensionale Kräuselung aufweisende Ware mit »hochgradigem Zusammenhalt« handelt. Quantitative Angaben über den »Zusammenhalt« feh'en.

Als Ausgangsmaterial verwendet man synthetische hochmolekulare Stoffe, wie sie für die Herstellung von Fäden verwendet werden, insbesondere lineare fadenbildende, beispielsweise lineare synthetische hochmolekulare Polyamide mit in der Hauptkette wiederkehrenden Carbonamidgruppen, lineare synthetische hochmolekulare Polyester mit in der Hauptgruppe wiederkehrenden Estergruppierungen, fadenbildende Olefinpolymerisate, fadenbildende Polyacylnitril- bzw. überwiegend Acrylnitrileinheiten enthaltende fadenbildende Acrylnitril-Copolymerisate und schließlich auch Cellulosederivate z. B. Celluloseester. Geeignete vollsynthetische hochmolekulare Verbindungen sind beispielsweise Nylon-6, Nylon-6.6, Polyäthylenterephthalat, lineares Polyäthylen und isotaktisches Polypropylen.

Unter dem Begriff »Fadenbündel« werden im vorliegenden Zusammenhang Bündel endlosei Gebilde von Einzelfäden, Flachfäden, Spleißfasern aus Folien, Folienstreilen und Bänder verstanden. Der Titer der Einzelfilamente kann beispielsweise zwischen 1 und 32dtex liegen. Vorzugsweise werden solche Einzelfäden verwendet, deren Titer zwischen 5 und 30 dtex liegt. Die Zahl der einzelnen Fadenbündel kann zwischen 2 und einigen hundert z. B. bis zu 800 liegen. Vorzugsweise werden Fadenbündel verwendet, die 60 bis 150 Einzelfäden enthalten. Die Fäden in den Fadenbündeln können verstreckt oder teilverstreckt sein. Aus dem Vorstehenden geht auch hervor, daß die Fäden verschiedene Querschnitte haben können, beispielsweise können sie rund sein oder einen profilierten Querschnitt, beispielsweise einen trilobalen, aulweisen.

Als strömendes gasförmiges Medium verwendet man die hierfür üblichen Gase, beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf, und insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen, Luft. Die erforderlichen Temperaturen des strömenden Mediums können innerhalb weiter Bereiche liegen. Ein Temperaturbereich von 80 bis 55O°Chat sich im allgemeinen als zweckmäßig erwiesen.

wobei die günstigsten Bedingungen für das jeweilige Material von den Schmelz- bzw. Plastifizierungstemperaturen dieser Materialien, der Schallgeschwindigkeit des strömenden Mediums bei der jeweiligen Temperatur und dem angewendeten Druck, der Zeit, während welcher das strömende Medium auf die Fadenbündel einwirkt, der Temperatur, mit der die Fadenbündel zugeführt werden, und auch von der Dicke der Einzelfaden, d. h. dem Titer abhängt. Naturgemäß kann man keine Temperaturen anwenden, die unter den gewählten Bedingungen zu einem Schmelzen der Fäden führen, obwohl die Temperaturen selbst eberhalb der Schmelz- bzw. der Zersetzungspunkte der verwendeten fadenbildenden Materialien liegen können, vorausgesetzt, daß die Fäden mit entsprechend hoher Geschwindigkeit (kleiner Verweilzeit) durch die Behandlungszone geführt werden. Je höher die Durchlaufgeschwindigkeit ist, desto höher kann die Temperatur des Fluids über dem Schmelz- bzw. Zersetzungspunkt des verwendeten fadenbildenden Materials liegen.

Die jeweils anzuwenden Temperaturen sind für die verschiedenen fadenbildenden Polymeren unterschiedlich und hängen, wie bereits erwähnt, auch vom Spinntiter sowohl der Einzelfäden, als auch des Fadenbündels (Einzeltiter bzw. Gesamttiter) ab. So liegen die Plastifizierungsbereiche beispielsweise für lineares Polyäthylen bei 80 bis 90⁰C. für Polypropylen bei 80 bis 12O⁰C, für Nylon-6 bei 165 bis 190° C, für Nylon-6.6 bei 120 bis 240⁰C und für Polyäthylenterephthalat bei 190 bis 230⁰C.

Für das Verfahren geeignete Vorrichtungen sind an sich bekannt, allerdings eignen sich nur solche, in denen man die erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen einhalten kann. Das Fadeneinführungsrohr führt den Faden in einer ersten Behandlungskammer, die als Düse ausgebildet ist. und das Weiterführen der Fadenbündel durch ein Fadenführungsrohr mit Hilfe des erhitzten strömenden Mediums ermöglicht. Die Kräuselung erfolgt dann in einer länglichen zweiten Behandlungskammer, aus der das erhitzte strömende Medium durch in Strömungsrichtung verlaufende Längsschlitze radial abströmt. Um den Massestromfaktor in dem angegebenen Bereich zu halten, ist es vorteilhaft, ein Durchmesserverhältnis zwischen Fadenführungsrohr und Fadeneinführungsrohr von 0,9 bis 1,1 einzuhalten, wobei das Längenverhältnis zwischen Fadenführungsrohr und Fadeneinführungsrohr zwischen 0,45 und 5,5 liegt. Für den Abstand zwischen Fadeneinführungsrohr und Fadenführungsrohr haben sich das 0,2- bis 10-fache des Fadenführungsrohrdurchmtssers bewährt. Für das Verfahren ist nun auch wesentlich, daß das strömende Medium beim Zusammentreffen mit dem Fadenbündel keine wesentliche Geschwindigkeitsveränderung erfährt, d.h. daß der Querschnitt der Düse weder dazu führt, daß die Geschwindigkeit deutlich vermindert noch daß sie deutlich erhöht wird, wobei als wesentliche Abweichung solche von etwa 10% angesehen werden.

Da man Geschwindigkeiten des strömenden Mediums verwendet, die bei 50 bis 95 % der Schallgeschwindigkeit unter den gewählten Bedingungen liegen, insbesondere bei 70 bis 90%, kann man nicht, wie das vielfach üblich ist, durch Verengung des Fadenführungsrohres eine höhere Geschwindigkeit herbeiführen, sondern man muß das strömende Medium mit der gewünschten Geschwindigkeit bereits mit dem Fadenbündel zusammenführen. Solern das strömende Medium diese Geschwindigkeit nicht von vornherein hat, kann man es unter Umständen durch eine Vorbeschleunigungsdüse (die im konkreten Fall einfach in einer Querschnittsverengung besteht) auf diese Geschwindigkeit bringen.

Eine Vorrichtung, wie sie sich für das erfindungsgemäße Verfahren bewährt hat, ist in der Zeichnung schematisch wiedergegeben. Das strömende Medium wird über ein Zuführungsrohr 1 einer Vorbeschleunigungsdüse 2 zugeführt, von dort strömt es über einen Ringkanal 3 zur Düse 4, in welcher Fadenbündel und strömendes Medium zusammengeführt werden. Die Düse 4 wird zusammen mit dem Fadeneinführuiigsrohr 6 uiid dem Fadenführungsrohr 7 gebildet. Der Raum zwischen dem Fadeneinführungsrohro und dem Fadeniuhrungsrohr 7 ist als erste Behandlungskammer im engeren Sinn anzusehen. Tatsächlich erfolgt die Behandlung bereits am Ende des Fadeneinführungsrohrs 6 und erstreckt sich in gewissem Umfang in Fadenlaufrichtung 5 in das Fadenführungprohr 7.

Das Fadeneinführungsrohr 6 kann zur genauen Justierung gegen den Ringkanal 3 mit einem Abstandshaltelement 8 versehen sein. Die Vorbeschleunigungsdüse 2 und die Düse 4 sind unabhängig voneinander justierbar. An das Fadenführungsrohr 7 schließt sich die zweite Behandlungskammer 9 mit den radialen Längsschlitzen an.

Für den Erfolg des Verfahrens sind zwei Bedingungen einzuhalten:

1. Das strömende Medium und das Fadenbündel sollen beim Zusammenführen bzw. beim Eintritt in das Fadenführungsrohr in einer solchen Weise zusammengeführt werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums sich nicht wesentlich ändert. Das bedeutet, daß beim Zusammenführen von gasförmigem Medium und Fadenbündel die freien Querschnitte in den Düsen so gewählt werden, daß das gasförmige Medium weder eine wesentliche Geschwindigkeitserhöhung, noch eine deutliche Geschwindigkeitserniedrigung erfährt. Das ist primär von den Geschwindigkeitsverhältnissen im Ringkanal 3 und Fadenführungsrohr 7 in der ersten Behandlungszone abhängig, aber auch von dem Querschnitt, den das durch die erste Behandlungszone geförderte Fadenbündel einnimmt (und damit den freien Querschnitt in dieser Behandlungszone vermindert). Das Querschniltsverhalten ist allerdings nicht allein maßgebend, denn es spielen noch Reibungseffekte zwischen gasförmigem Medium und Wand der Behandlungszone, zwischen gasförmigem Medium und Fadenbündel, und zwischen Fadenbündel und Wand der Behandlungszone eine Rolle. Außer der Gasgeschwindigkeit spielt auch die Fadengeschwindigkeit eine Rolle, die man zweckmäßig als Menge je Zeiteinheit angibt. Zweckmäßig verwendet man Mengendurchsätze G₉ von 6 bis 25 kg/h bei Durchmessern des Fadenführungsrohres 7 von l,0-10"^Jm bis 2,7-10-³m.

2. Grundsätzlich ist allerdings erforderlich, den Volumenmassestromfaktor von 50 bis lSOikg/mVnr¹ einzuhalten, weil nur auf diese Weise der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt wird, nämlich daß man Verwirbelung und Kräuselung in einem Arbeitsschritt erreicht.
Außerdem sind hohe Arbeitsgeschwindigkeiten möglich.

Als Maßstab für die Qualität der Kräuselung kann der Kräuselwert verwendet werden. Ein Strang Garn wird Minuten in Wasser gekocht. 20 Minuten spannungslos bei Zimmertemperatur gelagert, dann mit 0,5 pond, dtex belastet und bei dieser Belastung die Länge L bestimmt, danach auf 0.001 pond/dlex entlastet und danach der

Wert I bestimmt. Aus diesen Längen errechnet sich der Kräuselwert nach der Gleichung

L-I I.

χ 100=%

Zur Bestimmung des Vernechtungsabstandes wird die HakenprüTung angewandt: Auf einen Maßstab mit Millimeterteilung wird eine Garnprobe von 500 mm Länge an einem Ende eingespannt und am anderen Ende mit einer Zugkraft, die. ausgedrückt in pond, dem 0.2-fachen Zahlenwert des Fadenbündelliters in dtex. aber insgesamt nicht mehr als 100 pond beträgt. Beginnend mit der Prüfung am Einspannende, etwa 10 mm nach der Einspannstelle wird der Faden so geleilt, daß jeweils mindestens 1/3 der Kapillaren links und 1/3 rechts der Einstichstelle liegen. Die Einstichstelle selbst soll im mittleren Drittel liegen. Zur Prüfung des Zusammenhalts wird ein Haken verwendet, der mit 10 bis 20mm pro Sekunde durch den Faden gezogen wird, bis die Zugkraft 10 pond erreicht. Diese Stelle wird als Stoppstelle markiert. Nach jeder Stoppstelle wird der Haken im Abstand von 10 mm neu angesetzt und der Vorgang wie zuvor wiederholt, bis das Fadenende erreicht ist. Als Maßzahl dient der Absland von Stoppstelle zu .Stoppstelle. Für einen Meßwert werden insgesamt 5 Fadenproben ausgemessen und die Einzelergebnisse arithmetisch gemittelt. Der so erhaltene Mittelwert wird als Verflechtungsabstand definiert und hat die Dimension mm.

Beispiel 1

Ein Polyamidfaden mit einem Tiler 1450f67dtex wurde in einer Vorrichtung entsprechend der Fig. 1 behandelt. Es wurden folgende Arbeitsbedingungen eingestellt:

Texlurierluft 6.5 kgh

Fadendurchsatz 9.6 kg/h

Volumen-Masseslronifaklor 73 kg/m⁴

Lufttemperatur 330 °C

Temperatur der Galette

vor dem Einlauf in die

Vorrichtung 133 "C.

Der Verllechtungsabstand betrug 54 mm.

Beispiel 2

Es wird wie in Beispiel 1 verfahren, zusätzlich wird die zweite Behaiidlungskammer mit 3,5 Nm'h Luft von 22° C von außen angeblasen. Man erhält ein gekräuseltes Garn mit einem Verfiechiungsabstand von 47mm.

Beispiel 3

Zum Vergleich wird dasselbe Ausgangsmalerial unter folgenden Bedingungen durch die Vorriehtungder Fig. 1 behandelt:

Texturierkift
Fadendurchsatz
Volumen-Massestromfaktor
Lufttemperatur
Temperatur der Galette

6.5 kg.h

8.6 kg/h 28 kg/m⁴

330 ⁰C

vor dem Einlauf in die

Vorrichtung 110 ⁰C.

Der Verflechtungsabstand beträgt in diesem FaI 68 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von texturierten Fadenbündeln aus verstreckten oder teilweise verstreckten Fäden synthetisch hochmolekularer Stoffe, in dem man diese mittels eines erhitzten, mit hoher Geschwindigkeit strömenden gasförmigen Mediums durch eine rohrförmige erste Behandlungszone führt, und danach durch eine zweite rohrförmige Behändlungszone, aus der das gasförmige Medium radial durch in Längsrichtung verlaufende Schlitze entweichen kann, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Zusammenführen des erhitzten, mit 50 bis 95 % der Schallgeschwindigkeit strömenden Mediums mit dem zu behandelnden Fadenbündel am Eintritt in die erste Behandlungszone die Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums im wesentlichen unverändert beläßt und in der ersten Behandlungszone einen Volumenmassestromfaktor im Bereich von 50 bis 150 (kg/m )/πτ* einhält.

2. Verfahren zur Herstellung von texturierten Fadenbündeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Medium mit 70 bis 90% der Schallgeschwindigkeit strömt.