DE2835599A1 - Spinnverfahren mit hoher produktivitaet - Google Patents
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Description
DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR
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MONSANTO COMPANY, St. Louis, Mo. USA
Spinnverfahren mit hoher Produktivität
- Ansprüche -
909809/0903
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Postscheck Manchen 65343-80« (BLZ 70010080)
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Produktivität beim Spinnen von partiell orientierten,;
teilweise geordneten
Polyestergarnen, welche gewöhnlich in einem Falschdrahtverfahren
texturiert werden.
Der Ausdruck "Polyester" bezeichnet hier Polymere mit einem
zur Faserbildung geeigneten Molekulargewicht, welche zu wenigstens 85 Gew.% aus einem Ester eines zweiwertigen
Alkohols und Terephthalsäure zusammengesetzt sind. Polyester kann in bekannter Weise durch direkte Veresterung
der Säure mit dem Alkohol oder durch Umesterung " hergestellt werden. Zur Bestimmung der effektiven Viskosität
wird als Lösungsmittel ein Gemisch aus 132 Gewichtsteilen Phenol und 88 Gewicht st eilen Tetrachloräthan verwendet.
Die relative Viskosität ^r-el wird durch Messung der
Durchflußzeiten des Lösungsmittels und der Lösung in einem Viskositätsmesser bei 25 °C bestimmt und durch die
Beziehung ·
ausgedrückt, wobei ts'die Durchflußzeit der Lösung und
to die Durchflußzeit des Lösungsmittels angibt. Die spezifische Viskosität qsp ist definiert als f^rel - 1.
Die effektive Viskosität ist dann definiert als
σ_0
worin C die Konzentration des Polymers im Lösungsmittel, ausgedrückt in Gramm pro Deziliter der Lösung angibt. Bei
Annäherung dsr Konzentration an Null ist die effektive
Viskosität somit der begrenzende Faktor.
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Die Herstellung von partiell orientlertenPolyestergaraen
geschieht gewöhnlich durch Extrudieren bzw. Schmelzspinnen von Polyester-Polymer in eine herkömmliche Kühlzone, in
welcher die schmelzflüssigen Ströme mit einer Querströmung von Luft mit einer Temperatur von ca. 21 0C beaufschlagt
werden, worauf die durch Erstarrung der schmelzflüssigen JSt rj5m_e_Jent stehenden Fasern mit einer zur Erzielung der
größtmöglichen Produktivität geeigneten Geschwindigkeit abgezogen werden. Das Maß für die Produktivität ist bei
einem gegebenen Polymer das Produkt aus der Extrusionsgeschwindigkeit
und dem Streckverhältnis, welches zur Verringerung der Dehnung des Garns auf einen vorbestimmten
Wert von beispielsweise 25 bis 30% erforderlich ist. Beim Versuch, die Produktivität des Spinnverfahrens durch
Erhöhung der Extrusionsgeschwindigkeit zu steigern, würde sich das zur Erzielung einer Dehnung des texturierten Garns
von 25 bis 30% notwendige Streckverhältnis verringern. Es
wäre daher notwendig, die Fasern dünner zu spinnen, um die gewünschte Faserstärke im fertigen Garn zu erhalten.
Durch das Spinnen dünnerer Fasern würde die Wirkung der höheren Extrusionsgeschwindigkeit im wesentlichen aufgehoben,
so daß sich nur eine geringe Steigerung der Produktivität ergibt. Die Erfindung schafft ein Spinnverfahren
mit einer gegenüber herkömmlichen Verfahren erheblich gesteigerten Produktivität.
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In einer ersten Ausführungsform eines solchen Verfahrens zum Herstellen von partiell orientierten Polyestergarnen
ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß ein schmelzflüssiges Polyester-Polymer mit einer effektiven Viskosität
von 0,65 bis 0,95 in Form einer Anzahl schmelzflüssiger
Ströme durch eine Spinndüse hindurch in eine sich wenigstens 15 cm unterhalb der Spinndüse erstreckende, eine
gasförmige Atmosphäre mit einer Temperatur von 255 bis 350 0C enthaltende obere Zone extrudiert wird und die
schmelzflüssigen Ströme anschließend in einer eine gasförmige
Atmosphäre mit einer unterhalb der Schmelztemperatur des Polymers lie'genden Temperatur enthaltenden, von
Querströmungen mit Geschwindigkeiten von mehr als ca.
5 m/min im wesentlichen freien unteren Zone zu Fasern erstarren, daß die Fasern mit einer solchen Geschwindigkeit
aus der unteren Zone abgezogen werden, daß sie nach dem Zusammenführen eine Dehnung von 100 bis 150%
haben,.daß die Fasern zu einem Garn zusammengeführt werden,
und daß das Garn in geordneter Weise aufgenommen wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung hat das Polymer eine effektive Viskosität von 0,70 bis 0,90.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung enthält das Polymer
wenigstens 100 ppm eines mehrwertigen. Vernetzungsmittels. .
Gemäß noch einem anderen Merkmal der Erfindung enthält das Polymer 200 ais 750 ppm des multifunktionellen vernetzungs-
909809/090 3 ·
mittels.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die obere Zone auf einer Temperatur von 265 bis 325 0C
gehalten.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird die untere Zone auf einer (Temperatur von 12 bis 30 0C gehalten.
Gemäß noch einem anderen Merkmal der Erfindung ist die Oberfläche um wenigstens 1 m unterhalb der oberen Zone
angeordnet.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Oberfläche um wenigstens 2 m unterhalb der oberen Zone
angeordnet.
Gemäß noch einem anderen Merkmal der Erfindung werden die Fasern auf einer mit· einer flüssigen Spinn-Appretur versehenen
Oberfläche zu einem Garn zusammengeführte Gemäß
einem anderen Merkmal der Erfindung wird die Appretur der-Oberflache
in dosierter Menge zugeführt.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung erstreckt sich die obere Zone wenigstens 30 cm und höchstens 150 cm
unterhalb der Spinndüse.
Gemäß noch einem Merkmal der Erfindung ist die gasförmige Atmosphäre in der kühlren unteren Zone Luft.
Gemäß noch oinsm weiteren Merkmal der Erfindung ist die
gasförmige Atmosphäre in der oberen Zone luft.
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- jy
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die
Querströmung in der unteren Zone gleich Null.
Somit schafft die Erfindung ein Verfahren zur Erzielung
einer gesteigerten Produktivität beim Spinnen von partiell
gerichteten Polyestergarnen durch Verwendung eines Polyesters mit einer höheren effektiven Viskosität, einer
unterhalb der Spinndüse angeordneten Warmzone zum Verzögern der Erstarrung und einer unterhalb der Warmzone angeordneten
Kühlzone, in welcher die schmelzflüssigen Ströme
in Abwesenheit der üblichen Eühlluft-Querströmung zum
Erstarren gebracht werden, worauf die dabei entstehenden Pasern auf einer mit einer flüssigen Spinn-Appretur versehenen
Oberfläche zu einem Garn zusammengeführt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, deren einzige Figur eine schematisierte
Seitenansicht einer Schmelzspinnvorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
Durch eine Spinndüse 20 hindurch extrudiertes, schmelzflüssiges
Polyäthylenterephthalat gelangt in Form einer Anzahl von schmelzflüssigen Strömen 22 in eine obere
Zone 24·, welche eine gasförmige Atmosphäre mit einer
peratur von 255 bis 350 0C, vorzugsweise 265 bis 325 0C
enthält. Die gasförmige Atmosphäre kann beispielsweise Luft mit einer Temperatur von 300 0C sein. Die obere
Zone erstreckt sich wenigstens 15 cm, vorzugsweise
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30 bis 150 cm und insbesondere 60 cm unterhalb der Spinndüse
20. Eine Verlängerung der oberen Zone über 150 cm
hinaus erbringt nur geringe Vorteile.
Von der oberen warmen Zone 24 gelangen die schmelzflüssigen
Ströme abwärts in eine untere, kühlere Zone 26, welche eine gasförmige Atmosphäre mit einer unter der Schmelztemperatur
des Polymers liegenden Temperatur enthält, in welcher die schmelzflüssigen Ströme zu Fasern erstarren.
Die gasförmige Atmosphäre in der unteren Zone 26 ist vorzugsweise Luft mit einer Temperatur von 12 bis 30 0C,
z.B. 20 0C. Die Zone 26 ist im wesentlichen frei von
einer Querströmung. Es hat sich überraschend gezeigt, daß Querströmungen der Kühlluft zu verstärkten Schraikungen
der Fas erstarke führen, und daß eine optimale Gleichmäßigkeit der Faserstärke bei im wesentlichen vollständig
fehlender Querströmung erzielbar ist. Dies im Gegensatz zu herkömmlichen Schmelzspinnverfahren, in denen die Kühlluft
in einer Querströmung mit einer mittleren Geschwindigkeit von ca. "10 bis 30 m/min zugeführt wird. Für die
Erzielung möglichst gleichmäßiger Faserstärken liegt die praktische Begrenzung der Geschwindigkeit der Querströmung
im Rahmen der Erfindung bei ca. 5 m/min, wobei die geringsten Schwankungen der Faserstärken beim Fehlen
jeglicher Querströmung erzielbar sind.
Mittels einer Abzieh- und Aufnahmevorrichtung 30 werden die erstarrten Fasern mit einer solchen Geschwindigkeit
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aus der unteren Zone 26 abgezogen, daß die Fasern nach dem Zusammenführen eine Bruchdehnung von 100 bis 150%
aufweisen. Diese Geschwindigkeit ist beträchtlich höher als sie in bekannten Verfahren zur Erzielung einer vergleichbaren
Bruchdehnung angewendet wird, so daß sich eine gesteigerte Produktivität ergibt»
Die erstarrten Fasern werden vorzugsweise auf einer mit
einer flüssigen Spinn-Appretur versehenen Oberfläche 28 zu einem Garn zusammengeführt. Die günstigsten Ergebnisse
sind erzielbar, wenn die Appretur der Oberfläche 28 in dosierter Menge zugeführt wird«. Die Oberfläche 28 ist vorzugsweise
um wenigstens 1 m unterhalb der oberen Zone 24-angeordnet, wobei die besten Ergebnisse mit einer Anordnung
der Oberfläche 28 um wenigstens 2 m unterhalb der oberen Zone 24 erzielbar sind.
Das Beispiel dient der Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen von partiell gerichteten Garnen
in einer Stärke von 125 Denier aus 34- Fasern mit einer
Dehnung von 130%, welches anschließend in einem Faischdrahtverfahren
zu einem Garn von 70 Denier mit einer Dehnung von 25 bis 30% texturiert wird. Polyethylenterephthalat
mit einer effektiven Viskosität von 0,65 wird bei einer Temperatur von 292 0C in Form von 34- schmelzflüssigen
Strömung durch eine Spinndüsee extrudiert. Unmittelbar
uDterhalb der Spinndüse werden die schmelzflüssigen Ströme mit in einer Querströmung mit einer mittleren
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Geschwindigkeit von ca. 16 m/rain zugeführter Luft mit einer
Temperatur von 20 0C gekühlt, so daß sie zu Fasern erstarren.
Die entstehenden Fasern werden mit einer Geschwindigkeit von 2920 m/min aus dem kühlenden Luftstrom
abgezogen und auf einer keramischen Führung zu einem Garn zusammengeführt. Das Garn wird dann mit einer
flüssigen Spinn-Appretur benetzt und auf eine Spule gewickelt.
Würde die Extrusionsgeschwindigkeit erhöht, so würde sich die Dehnung verringern. Es wäre dann erforderlich, die
Spinnstärke der Fasern zu verringern, um nach dem Texturieren das gewünschte. Garn von 70 Denier mit einer
Dehnung von 25 bis 30% zu erhalten. Die notwendige Verringerung der Spinnstärke würde die erhöhte Extrusions- '
geschwindigkeit weitgehend ausgleichen, so daß sich, wenn überhaupt, nur eine geringe Steigerung der Produktivität
ergibt.
Dies Beispiel dient der Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in welchem die Produktivität gegenüber dem
Verfahren nach Beispiel I erheblich gesteigert ist. Polyalkylenterephthalat
mit einem Gehalt von 500 ppm/Gew. Pentaerythritol und einer effektiven Viskosität von 0,70
wird mit einer Temperatur von 292 0C in Form von 34· schmelzflüssigen
Strömen durch die Spinndüse in die obere Zone 24-extrudiert, welche Luft mit einer Temperatur von 300 0C
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enthält. Die obere Zone 24- erstreckt sich von der Spinndüse
60 cm abwärts. Die noch schmelzflüssigen Ströme durchlaufen anschließend die untere kühlere Zone 26, welche
Luft mit einer Temperatur von ca. 20 0C enthält, und erstarren
darin zu fasern. Abgesehen von durch die Bewegung der Fasern hervorgerufenen Störungen ist die Luft in der
Zone 26 unbewegt, d.h. es wird keine Kühlluft-Querströmung zugeführt. Auf einer kombinierten Führungs- und Auftragseinrichtung 28, welcher an der Berührungsstelle mit den
Fasern eine flüssige Spinn-Appretur zugeführt wird, werden die Fasern zu einem Garn zusammengeführt.
Die Führung 28 ist 2,5 m unterhalb der Spinndüse 20 angeordnet.
Bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 4000 m/min und einer Einstellung der Extrusionsgeschwindigkeit zur
Erzielung einer Garnstärke von 125 Denier ergibt sich eine
Dehnung des Garns von 130%. Das Verfahren gemäß diesem Beispiel erbringt somit eine um 37% höhere Produktivität
als das herkömmliche Verfahren.
Ein Großteil der Produktivitätssteigerung kommt durch das Extrudieren des Polyester-Polymers in die obere Warmzone
und die untere Kühlzone zustande. Ein anderer Teil der Produktivitätssteigerung ergibt sich aus der Verwendung
einer Polymers mit einer effektiven Virkosität von wenigstens 0,7, welche durch den Zusatz einer mehrwertigen
..- Vernetzungsmittels erzielbar ist. Ein weiterer Teil
der Produktivitätssteigerung ergibt sich aus dem Zusammen-
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führen der Fasern auf einer mit einer flüssigen Spinn-Appretur benetzten Oberfläche. Die vorteilhafteste Wirkung
ist somit durch die Anwendung aller dieser Merkmale * gleichzeitig erzielbar.
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Claims (12)
1. Hochgeschwindigkeits-Spinnverfahren zum Herstellen
organischen
von partiell gerichtetenYGarnen aus Polyester, dadurch gekennzeichnet, daß ein schmelzflüssiges Polyester-Polymer mit einer effektiven Viskosität von 0,65 bis 0,95 in· Form einer Anzahl schmelzflüssiger Ströme durch eine Spinndüse hindurch in eine sich wenigstens 15 cm unterhalb der Spinndüse erstreckende, eine gasförmige Atmosphäre mit einer Temperatur von 255 bis 550 0C enthaltende obere Zone extrudiert wird und die schmelzflüssigen Ströme anschließend in einer eine gasförmige Atme Sphäre mit einer unterhalb der Schmelztempera-
von partiell gerichtetenYGarnen aus Polyester, dadurch gekennzeichnet, daß ein schmelzflüssiges Polyester-Polymer mit einer effektiven Viskosität von 0,65 bis 0,95 in· Form einer Anzahl schmelzflüssiger Ströme durch eine Spinndüse hindurch in eine sich wenigstens 15 cm unterhalb der Spinndüse erstreckende, eine gasförmige Atmosphäre mit einer Temperatur von 255 bis 550 0C enthaltende obere Zone extrudiert wird und die schmelzflüssigen Ströme anschließend in einer eine gasförmige Atme Sphäre mit einer unterhalb der Schmelztempera-
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INSPECTED -zn—
tür des Polymers liegenden Temperatur enthaltenden, von
Querströmungen mit Geschwindigkeiten von mehr als ca.
5 ra/min im wesentlichen freien unteren Zone zu Pasern .
erstarren, daß die Fasern mit einer solchen Geschwindigkeit aus der unteren Zone abgezogen werden, daß sie nach
dem Zusammenführen eine Dehnung von 100 bis 150 % haben,
daß die Pasern zu einem Garn zusammengeführt werden und
daß das Garn in geordneter Weise aufgenommen wird.
Querströmungen mit Geschwindigkeiten von mehr als ca.
5 ra/min im wesentlichen freien unteren Zone zu Pasern .
erstarren, daß die Fasern mit einer solchen Geschwindigkeit aus der unteren Zone abgezogen werden, daß sie nach
dem Zusammenführen eine Dehnung von 100 bis 150 % haben,
daß die Pasern zu einem Garn zusammengeführt werden und
daß das Garn in geordneter Weise aufgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymer eine effektive Viskosität von 0,70
bis 0,90 hat.
bis 0,90 hat.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymer mindestens 100 ppm eines mehrwertigen (multifunktionellen) Vernetzungsmittels enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymer 200 bis 750 ppm des mehrwertigen Vernetzungsmittels enthält.
5. Verfahren nach Anspruch ls dadurch gekennzeichnet,
daß die obere Zone auf einer Temperatur von 265 bis
325° C gehalten wird.
325° C gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die untere Zone auf einer Temperatur von 12 bis
30° e gehalten wird.
30° e gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekejinzeichn
e t , daß die Oberfläche um wenigstens 1 m
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unterhalb der oberen Zone angeordnet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche um wenigstens 2 m
unterhalb der oberen Zone angeordnet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern auf einer mit einer
flüssigen Spinn-Appretur versehenen Oberfläche zu einem Garn zusammengeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Appretur der Oberfläche in dosierter
Menge zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Zone sich wenigstens 30 cm
und höchstens 150 cm unterhalb der Spinndüse erstreckt.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die gasförmige Atmosphäre in der
kühleren unteren Zone Luft ist.
13- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch, gekennzeichnet, daß die gasförmige Atmosphäre in der
oberen Zone Luft ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, ge k e η η zeichnet,
daß die gasförmige Querströmung in der unteren Zone gleich Null ist.
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