DE3141490A1

DE3141490A1 - Verfahren und vorrichtung zur fuehrung des heissgases beim trockenspinnverfahren

Info

Publication number: DE3141490A1
Application number: DE19813141490
Authority: DE
Inventors: Hans-Josef 4047 Dormagen Behrens; Heiko 4040 Neuss Herold; Edgar Prof. Dr. Muschelknautz; Roland Dr.-Phys. 5090 Leverkusen Vogelgesang
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1981-10-20
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1983-05-05
Also published as: US4431602A; JPS58132104A; DE3141490C2

Description

BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk

Zentralbereich 1 9» OHt. BSI

Patente, Marken und Lizenzen Jo/Hö/ABc

Verfahren und Vorrichtung zur Führung des Heißgases beim Trockenspinnverfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Führung des Heißgases bei der Herstellung von Fäden nach dem Trockenspinnverfahren, wobei das Heißgas unmittelbar unter der Spinndüse auf die Fadenschar trifft«

Die zur Herstellung von Fasern nach dem Trockenspinnverfahren verwendeten Spinnschächte bestehen aus zwei Funktionsbereichen, dem Fallschacht mit meist rundem Querschnitt und dem darauf aufgesetzten Spinnkopf, Querschnitt und Länge des FallSchachtes hängen vom Polymerdurchsatz, von der Lösungsmittelmenge sowie von der Menge des Heißgases, mit dem das Lösungsmittel aus den Fäden ausgedampft wird, ab. Der Fallschacht ist allgemein mit Temperaturen, die gewöhnlich oberhalb der Siedetemperatur des Lösungsmittels liegen, mantelbeheizt„

Als Heißgas kann Luft eingesetzt werden, bevorzugt wird jedoch ein Inertgas verwendet. Die Beaufschlagung der Fäden mit dem Heißgas erfolgt gewöhnlich im Gleichstromverfahren. Gasmenge und Temperatur hängen von der Art des Polymers bzw. des Lösungsmittels sowie von der Spinnleistung ab und müssen im allgemeinen experimentell

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nach für das jeweilige Spinngut geltenden Qualitätskriterien bestimmt werden. Üblich sind Temperaturen zwischen 150 und 400⁰C.

Der Spinnkopf enthält das Spinndüsenpaket mit Spinndüsen, eine Vorrichtung zur Zuführung und Verteilung der Spinnlösung sowie Filtrationselemente. Die Anzahl der Spinnbohrungen sowie deren Durchmesser und Gestaltung hängen von der Art der zu verspinnenden Polymerlösung sowie von der Spinnleistung ab.

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Ringspinndüse verwendet, bei der sich die Düsenbohrungen auf einem Kreisring befinden. Bekannt sind daneben Topfdüsen, die eine Kreisfläche aufweisen, bei denen sich die Düsenbohrungen auf der ganzen Kreisfläche oder einem äußeren Kreisring der Kreisfläche befinden.

Im Spinnkopf sind ferner Einrichtungen enthalten, durch die das Heißgas in den Fallschacht eingeleitet wird. Bei Ringspinndüsen ist es bekannt, Heißgas innerhalb und außerhalb des Kreisringes ausströmen zu lassen.

Die Spinndüse wird so temperiert, daß die Temperatur der darin befindlichen Spinnlösung deutlich unter der Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels liegt. Die Temperatur des Heißgases muß dagegen höher als die Verdampfungstemperatur sein, damit direkt unter der Spinndüse die Ausdampfung des Lösungsmittels beginnen kann.

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Das Heißgas wird, in Strömungsrichtung gesehen, üblicherweise bereits im Spinnkopf, und zwar noch oberhalb der Spinndüse, axial geführt. Die Gasgeschwindigkeit ist dabei so gering, daß an den die Luftdurchtrittsbereiche zum Fallschacht hin abschließenden Metallgewebematten nur ein minimaler Druckverlust auftritt, der nicht ausreicht, um eine nennenswerte Ausgleichswirkung von Turbulenzen und Temperaturunterschieden zu erzielen. Die Strömungsgeschwindigkeiten sind so gering, daß eine ausreichende Mischung nicht stattfindet.

Nicht-ausgeglichene Gasströmungen bewirken unterhalb der Spinndüse eine unruhige Strömung, durch die es an den extrudierten Einzelfäden, in denen noch große Mengen von Lösungsmittel enthalten sind, zu Querbewegungen kommt, die zu Titerschwankungen in den Einzelfäden und zu Verklebungen von mehreren Fäden führen. Derartige Spinnfehler führen bei der Nachbehandlung der Fäden und im anschließenden Garnherstellungsprozeß zu Störungen und sind daher unerwünscht.

Es ist bekannt, zur Verbesserung der Vergleichmäßigung der Gasströmung das Gas oberhalb der Spinndüse mit hoher Geschwindigkeit quer zur allgemeinen Fadenrichtung radial oder tangential einzuspeisen und eine kreisringförmige Rotationsströmung zu erzeugen (US 2 615 198, US 3 509 244, US 3 111 368, US 4 123 208). Dazu ist die Verwendung einer Topfdüse nötig, da eine bis zur Mitte reichende Rotationsströmung im Zentrum einen starken Unterdruck erzeugt, der jedoch durch die Düse abgedeckt

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wird. Bei einer Topfdüse besteht aber grundsätzlich, auch wenn die Spinnbohrungen auf einem Kreisring angeordnet sind, der Nachteil, daß die innen laufenden Fäden schlechter vom Heißgas erreicht werden und somit einer mangelnden Austrocknung unterliegen. Bei einer in der Mitte offenen Ringdüse würde andererseits der bei der Rotationsströmung auftretende Unterdruck zu einer starken Rückströmung innerhalb der Fadenschar und somit auch zu Spinnfehlern führen.

Um die Austrocknung der innen und außen liegenden Fäden zu vergleichmäßigen, wird in der US 4 123 208 vorgeschlagen, durch Radialbohrungen im Düsenpaket der Topfdüse Heißgas nach innen zu führen. Durch die Bohrungen können aber nur ganz geringe Gasmengen nach innen gelangen. Das Gas kommt dabei durch das Düsenpaket, kühlt sich selbst ab, und heizt das Düsenpaket zwangsläufig auf. Die Wirkung einer Ringspinndüse wird nicht annähernd erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, das durch eine Rotationsströmung gut vorgemischte Heißgas in einer Ringspinndüse so zu führen, daß innen ausreichende Heißgasmengen für die Trocknung der inneren Fäden zur Verfügung stehen, ohne daß eine Rückströmung und ohne daß eine nennenswerte Bewegung der Fäden durch Turbulenzen auftreten.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der rotierende Heißgasstrom in zwei in der Menge einstellbare Teilströme außerhalb und innerhalb der Ring-

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Spinndüse zerlegt wird und diese Heißgasströme in zur Fadenabzugsrichtung parallele Störme umgelenkt und beruhigt werden.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe durch einen Spinnkopf, dessen Spinndüsenpaket als Ringspinndüse ausgebildet ist, gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er um die Spinndüse einen Ringraum mit tangentialem Eintritt aufweist, wobei die Innenwand des Ringraumes im oberen Bereich durch Gleichrichter und die Unterseite in Höhe der Spinndüsenunterkante durch Gleichrichter und Metallgewebe abgeschlossen wird,und der innerhalb der Ringspinndüse einen Kreisraum aufweist, der mit dem äußeren Ringraum über die oberen Gleichrichter verbunden ist, und der an der Unterkante mit zusätzlichen Gleichrichtern und Metallgeweben in Höhe der Ringspinndüsenunterkante versehen ist. In einer abgewandelten Vorrichtung ist zusätzlich eine ringförmige Vorkammer vorhanden, in die der tangentiale Eintritt mündet, und die sowohl mit dem Ringraum durch einstellbare Eintrittsöffnungen als auch mit dem Kreisraum direkt in Verbindung steht, wobei aber keine direkte Verbindung zwischen Ringraum und Kreisraum mehr vorhanden ist und sich in der Mitte des Kreisraumes ein zylindrischer Verdränger befindet.

Zwischen den Metallgeweben, die in Strömungsrichtung den Gleichrichtern nachgeschaltet sind, und den Gleichrichtern befindet sich vorzugsweise ein schmaler Freiraum.

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Als Gleichrichter eignen sich z.B. Rohrpakete, senkrecht stehende Wellblechpakete oder Alu-Waben (honeycomb).

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und das erfindungsgemäße Verfahren daran beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Spinnkopf im Querschnitt; Fig. 2 Spinnkopf mit zusätzlicher Vorkammer im Querschnitt.

Fig. 1 zeigt den tangentialen Eintritt 1, den äußeren Ringraum 2, der mit dem inneren Kreisraum 3 in Verbindung steht. Beide sind zum Fallschacht 4 durch Gleichrichterpakete 5 und Metallgewebe 6 begrenzt. Zwischen der Spinndüsenabschirmung 7, die das Spinndüsenpaket 8 abdeckt, und dem Spinnkopfdeckel 9 befindet sich ein Gleichrichterpaket 10 und Schutzrohre 11, welche die Düsenanschlüsse 12 (Lösungsanschluß, Kühlmittelzu- und -ablauf) ummanteln.

Fig. 2 zeigt die abgewandelte Vorrichtung mit der dem äußeren Ringraum 2 vorgeschalteten Vorkammer 13, die mit dem inneren Kreisraum 3 direkt verbunden ist. Ringraum 2 und Vorkammer 13 sind über schräge Schlitze 14 miteinander verbunden. Die Mitte des inneren Kreisraums ist durch den zylindrischen Verdränger 15 ausgefüllt.

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In Fig. 1 tritt das Heißgas durch den tangentialen Ein tritt 1 in den äußeren Ringraum 2 ein und rotiert dort mit hoher Geschwindigkeit, über das Gleichrichterpaket 1.0 wird ein Teilstrom oberhalb der Spinndüsenabschirmung 7 abgeschält und radial dem inneren Kreisraum zugeführt. Damit keine Wärme auf die durch den Spinnkopfdeckel 9 geführten Düsenanschlüsse 12 übergehen kann, sind diese durch im Durchmesser größere Schutzrohre 11 ummantelt. Das Heißgas in dem inneren Ringraum 3 wird noch einmal durch ein Gleichrichterpaket 5 geführt, um eventuelle Restrotation geradezurichten. Der im äußeren Ringraum 2 verbleibende rotierende Reststrom wird durch das Gleichrichterpaket 5 ebenfalls so umgelenkt, daß das Heißgas nach Verlassen des Gleichrichterpakets 5 parallel zu den aus dem Spinndüsenpaket 8 austretenden Fäden strömt. Um die im Heißgas vorhandenen Turbulenzen zu glätten, wird dieses vor Erreichen des FallSchachtes 4 durch das Metallgewebe 6 geführt.

In der Fig. 2 wird die für die Vergleichmäßigung des Heißgases notwendige Rotationsströmung zunächst in einer Vorkammer 13 erzeugt, die mit dem inneren Ringraum 3 direkt verbunden ist. Das Zentrum des Ringraumes 3, in dem sich durch die Rotationsströmung ein hoher Unterdruck einstellen würde, ist durch den zylindrischen Verdränger 15 ausgefüllt. Dadurch wird eine Rückströmung aus dem Fallschacht 4 vermieden. Das Abschälen eines Teilstromes in den äußeren Ringraum erfolgt über Schlitze 14, dabei bleibt die Rotations-

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Strömung zunächst weitgehend erhalten. Die zu den Fäden parallele Ausrichtung der Strömung erfolgt außen und innen durch die Gleichrichterpakete 5, denen wiederum Metallgewebe 6 zur Glättung der Turbulenzen nachgeschaltet sind. Die Rotationsgeschwindigkeit in der äußeren Ringkammer sollte 10 bis 200 mal, bevorzugt 20 bis 80 mal größer als die mittlere Geschwindigkeit des Heißgases im Fallschacht sein.

Die äußere Luftdurchtrittsflache ist gewöhnlich 4 bis 7 mal so groß wie die zentrale Luftdurchtrittsflache. Beide Flächen zusammen nehmen etwa 30 bis 40 % des
gesamt zur Verfügung stehenden Fallschachtquerschnittes ein.

Bei der erfindungsgemäßen Heißgasführung ist an den
Spinnfäden im Spinnschacht äußerlich kaum noch Bewegung zu erkennen; die Fadengleichmäßigkeit ist
verbessert.

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Beispiel 1

Eine Lösung eines Acrylnitrilpolymeren (94 Gew.-% Acrylnitril, 6 Gew.-% Acrylsäuremethylester) in Dimethylformamid mit einem Feststoffgehalt von 30 Gew.-% wurde aus einer 700 Loch-Düse mit einem Durchsatz von 10,2 kg Feststoff/h versponnen. Die Lösung hatte eine Temperatur von 135°C. Die extrudierten Fäden mit einem Einzeltiter von 10 dtex wurden mit ca, 40 Nm /h Luft beaufschlagt. Die Luft hat eine Temperatur von 350⁰C gemessen unmittelbar unterhalb der inneren Luftdurchtrittsflache. Die Schachttemperatur betrug 180⁰C

Verwendet wurde im ersten Versuch ein üblicher Spinnkopf mit einer Ringspinndüse mit axialer Anströmung der die Luftdurchtrittsbereiche abschließenden Metallgewebe. Die Strömungsgeschwindigkeiten betrugen im äußeren Luftdurchtrittsbereich ca. 0,6 m/s, im inneren etwa 1 m/s.

Im zweiten Spinnversuch kam ein Spinnkopf mit Ringspinndüse mit Rotationsströmung zum Einsatz. Gewählt wurde der in Fig. 2 gezeigte mit einer Vorkammer,,

Dabei betrug die Rotationsgeschwindigkeit in der Drallkammer rund 31 m/s. Die Axialgeschwindigkeit außen und innen wurden im wesentlichen beibehalten.

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Der Freiraum zwischen Gleichrichtern und Metallgewebe war 5 mm hoch. Als Gleichrichter wurden Pakete aus gewelltem Blech eingesetzt.

Die Fehlerrate bei dem herkömmlichen Spinnkopf lag mit 1 0/00 10 mal höher als bei dem Drallspinnkopf.

Beispiel 2

Es wurde eine elastische Polyurethanfaser mit Diamin-Verlänger ersponnen. Der Feststoffanteil lag bei 22 %, als Lösungsmittel wurde Dimethylacetamid verwendet. Die Fadenstärke betrug 400 dtex/f 36.

Sowohl beim konventionellen Spinnverfahren mit axialer Anströmung als auch bei der Verwendung des Verfahrens mit Rotationsströmung mit einem Spinnkopf nach Fig. 1 wurden zur Trocknung des Fadens etwa 30 Nm /h Luft mit einer mittleren Temperatur von 27O⁰C eingeblasen.

Beim Drallspinnkopf ergeben sich bei dieser Luftmenge Rotationsgeschwindigkeiten von 22 m/s. Als Gleichrichten wurde ein Wabengitter eingesetzt. Der Freiraum zwischen Gleichrichter und Sieb war 5 mm hoch.

Beim konventionellen Spinnkopf lagen die max. Temperatur abweichungen 100 mm unter der Spinndüse mit 60⁰C etwa 3 mal höher als beim Drallspinnkopf nach Fig. 1.

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Eine Auswertung der Titergleichmäßigkeit brachte beim konventionellen Verfahren max. Abweichungen von +10 dtex, bei Anwendung des Verfahrens mit Rotationsströmung reduzierten sich diese Abweichungen auf + 6 dtex, bezogen auf Solltiter.

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Leerseite

Claims

3UU90 •-12 - Patentansprüche

1) Verfahren zur Führung des Heißgases bei der Herstellung von Fäden nach dem Trockenspinnverfahren mit einer Ringspinndüse, wobei das Heißgas oberhalb der Ringspinndüsen in eine Rotationsströmung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgas in zwei in der Menge einstellbare Teilströme außerhalb und innerhalb der Ringspinndüse zerlegt wird, die in zur Fadenabzugsrichtung parallel gerichtete Ströme umgelenkt und anschließend beruhigt werden.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit parallel zu den Fäden 10 bis 200 mal kleiner als die minimalen Rotationsgeschwindigkeiten sind.

3) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, enthaltend eine Ringspinndüse in einem Spinnkopf, gekennzeichnet durch einen mit tangentialem Rohreintritt versehenen Ringraum außerhalb der Rinspinndüse, dessen Innenwand im oberen Bereich durch Gleichrichter von einem Kreisraum und dessen Unterseite in Höhe der Ringspinndüsenunterkante durch Gleichrichter und Metallgewebe vom Spinnschacht abgegrenzt ist, und durch einen innerhalb der Ringspinndüse befindlichen Kreisraum, der mit dem äußeren Ringraum über die oberen Gleichrichter verbunden ist, und der an der Unterseite mit zusätzlichen Gleichrichtern und Metallgeweben

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in Höhe der Ringspinndüsenunterkante vom Spinnschacht abgegrenzt ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, enthaltend eine Ringspinndüse in einem Spinnkopf, gekennzeichnet durch einen Ringraum außerhalb der Ringspinndüse, eine dem Ringraum außen vorgeschaltete ringförmige Vorkammer mit tangentialem Rohreintritt und einem inneren Kreisraum, wobei die Vorkammer direkt mit dem inneren Kreisraum und über schräge, einstellbare Eintrittsöffnungen oder Bohrungen mit dem Ringraum außerhalb der Ringspinndüse verbunden ist, und daß in der Mitte des Kreisraumes sich ein zylindrischer Verdrängerkörper befindet, und daß Ringraum und Kreisraum unten auf Höhe der Ringspinndüsenunterkante durch Gleichrichter und Metallgewebe vom Spinnschacht abgegrenzt werden.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß in Strömungsrichtung die Metallgewebe den Gleichrichtern nachgeschaltet sind, wobei sich zwischen beiden ein schmaler Freiraum befindet.

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