DE3540181C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1. It also relates to a device according to Preamble of claim 9.

Das Verfahren ist durch die DE 31 45 828 A1 bekannt.The method is known from DE 31 45 828 A1.

Bekannt sind Zweistufenverfahren zur Herstellung von Polyäthylen-Fäden aus Schmelzen. Bei diesen Verfahren wird konventionell gesponnen (bis ca. 1000 m/min) und aufgewickelt. Daran schließt sich ein Verstreckvorgang an, um die mechanischen Eigenschaften der Fäden zu verbessern. Das Einleiten des Fadens in die Streckzone erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die bis zu 120 m/min betragen kann und damit wesentlich niedriger ist als die Spinngeschwindigkeit.Two-stage processes for the production of Polyethylene threads from melts. With these procedures conventionally spun (up to approx. 1000 m / min) and wound up. This is followed by a stretching process in order to to improve the mechanical properties of the threads. The The thread is introduced into the drawing zone with a Speed that can be up to 120 m / min and thus is much lower than the spinning speed.

Bei dem durch die DE 31 45 828 A1 bekannten Verfahren werden die aus einem thermoplastischen Harz schmelzgesponnenen Fäden einem mehrstufigen Streckverfahren unterworfen. Dabei wird die erste Streckstufe in Wasser bei 100°C oder weniger als Verjüngungsstrecken durchgeführt, bei dem Einschnürungsverformungen auftreten.In the method known from DE 31 45 828 A1 threads melt-spun from a thermoplastic resin subjected to a multi-stage stretching process. Doing so the first stretch in water at 100 ° C or less than Tapered stretches performed at the necking deformations occur.

In der ersten Streckstufe erfolgen mindestens 85% der Gesamtverstreckung. Die restliche Verstreckung verteilt sich auf weitere Stufen und erfolgt trocken zwischen beheizten Walzen, deren Temperaturen bis zu 140°C betragen und damit im Bereich der Schmelztemperatur des Fadenmaterials liegen. Der erforderliche regel- und maschinentechnische Aufwand sowie der Platzbedarf sind erheblich. At least 85% of the total drawing takes place in the first drawing stage. The remaining stretch is distributed to further stages and is done dry between heated Rollers whose temperatures are up to 140 ° C and thus are in the range of the melting temperature of the thread material. The required control and mechanical engineering effort and the space requirement are considerable.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem bekannten verbessertes Verfahren zur Herstellung hochfester Polyäthylenfäden zur Verfügung zu stellen, das bei größerer Schonung von der Verstreckung unterworfenen Fäden einen erheblich verringerten baulichen und anlagetechnischen Aufwand erfordert und außerdem in der Verfahrensführung erheblich vereinfacht und dadurch weniger störanfällig ist. Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.The invention has for its object one over known improved process for the production of high strength To provide polyethylene threads that are larger Protection from the threads subjected to stretching one significantly reduced structural and technical engineering effort requires and also significant in the conduct of the procedure simplified and therefore less prone to failure. The Task is in a generic method by Characteristic of claim 1 solved.

Zur Erreichung der gewünschten Festigkeiten und Modulwerte hat das Wasserbad eine Temperatur, die zwischen 60°C und 100°C gewählt ist. Höhere Verstreckungen und damit höhere Werte hinsichtlich Festigkeit und Elastizitätsmodul lassen sich erreichen, wenn die Umlenkstäbe zu Beginn des Wasserbades, am Fadeneinlauf, angeordnet sind. To achieve the desired strength and module values the water bath has a temperature between 60 ° C and 100 ° C is selected. Higher stretching and thus higher values in terms of strength and modulus of elasticity can be achieved if the deflecting rods at the beginning of the Water bath, at the thread inlet, are arranged.  

Die HDPE-Fäden werden aus dem beheizten Wasserbad mit einer 13- bis 20fachen erhöhten Geschwindigkeit abgezogen. Beim Austritt aus dem Wasserbad werden sie mit einer Schlichte aviviert. Die Galetten der Abzugsvorrichtung haben eine Temperatur von 100 bis 120°C. Dadurch kann der Schrumpf eingestellt und die Filamente getrocknet werden. Vor dem Aufspulen oder ggf. Schneiden der Filamentfäden zu Spinnfasern werden diese über gekühlte Galetten auf Raumtemperatur abgekühlt.The HDPE threads are taken from the heated water bath subtracted from a 13 to 20 times higher speed. When you exit the water bath, you will see a Simple aviv. The godets of the extractor have a temperature of 100 to 120 ° C. This can the shrinkage stopped and the filaments dried will. Before winding or cutting the filament threads if necessary These are turned into staple fibers by means of cooled godets cooled to room temperature.

Die weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der das zuvor beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann, ist im Kennzeichenteil des Anspruchs 9 angegeben. Danach weist die erfindungsgemäße Anlage eine Verstreckeinrichtung auf, bei der zwischen zwei Walzenanordnungen ein beheizbares Wasserbad angeordnet ist, in dem senkrecht zur Fadenlaufrichtung untere und obere Umlenkstäbe höhenverstellbar angeordnet sind. Gegenüberliegende Umlenkstäbe sitzen dabei in einer solchen Weise auf Lücke, daß durch eine Relativbewegung der oberen Umlenkstäbe zu den unteren Umlenkstäben, insbesondere auf die Lücken zu oder aus diesen heraus, die Umschlingung an den Umlenkstäben stark verändert wird. Vorzugsweise sind die Umlenkstäbe nicht drehbar an Gestellen gelagert, und die Abstände können gruppenweise eingestellt werden.The further object of the invention is a device create with which the procedure described above is carried out can be, is in the characterizing part of claim 9 specified. Thereafter, the system according to the invention Stretching device on, between two roller arrangements a heatable water bath is arranged in the lower and upper deflection bars perpendicular to the thread running direction are arranged adjustable in height. Opposite Deflection rods sit in such a way to gap that by a relative movement of the upper deflecting rods to the lower deflection bars, especially on the gaps to or from these, the looping on the deflecting rods is greatly changed. Are preferred the deflecting rods are not rotatably mounted on racks, and the distances can be set in groups.

Der entstehende Polyäthylenfaden hat einen Filamenttiter zwischen 2 und 50 dtex und eine Festigkeit von 7 cN/dtex bis 12 cN/dtex und/oder einen hohen E-Modul. Der sogenannte sonische E-Modul des erfindungsgemäß hergestellten Fadens liegt zwischen 40 und 50 GPa.The resulting polyethylene thread has a filament titer between 2 and 50 dtex and a strength of 7 cN / dtex up to 12 cN / dtex and / or a high modulus of elasticity. The so-called sonic modulus of elasticity of the thread produced according to the invention is between 40 and 50 GPa.

Die erfindungsgemäß hergestellten Polyäthylenfäden, insbesondere HDPE-Fäden, sind für eine große Reihe von neuen Anwendungen geeignet. Man kann sie vor allem als Verstärkungsmaterial einsetzen, wenn ein geringes Gewicht in Verbindung mit hoher Festigkeit und hohem E-Modul verlangt wird. So sind die Fäden auch als Ersatz für Asbestfasern von großer Bedeutung, insbesondere zur Herstellung von Baumaterialien wie z. B. Platten oder Polymerbeton.The polyethylene threads produced according to the invention, in particular HDPE threads are for a wide range of new ones Suitable applications. You can use them mainly as reinforcement material use when a light weight in  Connection with high strength and high modulus of elasticity is required becomes. So the threads are also a substitute for asbestos fibers of great importance, especially for manufacturing of building materials such as B. slabs or polymer concrete.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfinung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die schematisch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens wiedergibt:
Die HDPE-Schmelze wird vom Extruder 1 und einer Spinnpumpe durch eine Spinndüse 2 gepreßt. Die austretenden HDPE-Fäden werden senkrecht nach unten in ein Wasserbad 3 mit einer Temperatur von etwa 20 bis 40°C geleitet. Die Aggregate 4 und 5 dienen der Prozeßüberwachung und -einstellung. Die abgekühlten Fäden werden über die Abzugsvorrichtung 6 und eine Umlenkrolle 13 in das auf 60°C bis 100°C beheizte Wasserbad 8 geleitet. Die Abzugsvorrichtung besteht aus mehreren mit derselben Umfangsgeschwindigkeit angetriebenen, nicht beheizten Walzen, durch die die Filamente mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 5 bis 30 m/min von der Spinndüse 2 abgezogen werden. Am Fadeneinlauf in das Wasserband 8 werden sie über die Umlenkrolle 13 um ins Wasser getauchte Umlenkstäbe 7 mit teilweiser Umschlingung geführt. Die Fig. 2 zeigt die Umlenkstäbe (7.1 bis 7.5), die von oben und unten umschlungen werden, wobei die gewählte Umschlingung und die gewählte Zahl der Umlenkstäbe so eingestellt wird, daß z. B. eine fünfstufige Verstreckung stattfindet. Durch Kippen des Gestells (7.6) kann die Eintauchtiefe der Umlenkstäbe (7.3, 7.4 und 7.5) unterschiedlich eingestellt werden. Dadurch läßt sich das in den einzelnen Verstreckstufen stattfindende Verstreckverhältnis variieren. Das obere Gestell 7.6 ist in Pfeilrichtung beweglich und höhenverstellbar und in ausgewählten Positionen feststellbar. Das untere Gestell 7.7 ist fest. Die Fäden werden durch eine auf 110° bis 120°C beheizte Abzugsvorrichtung 9, bestehend aus sieben mit in Fadenlaufrichtung abnehmender Geschwindigkeit angetriebenen Walzen über eine Umlenkrolle 14 aus dem Wasserbad abgezogen. Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt 100 bis 300 m/min. Anstelle der Aufwicklung 10 können die Fäden mit einer Faserschneidmaschine 11 zerschnitten und mit einer Ballenpresse 12 zu Ballen gepreßt werden (Fig. 3).Further details and features of the invention emerge from the following description in conjunction with the drawing, which schematically represents an apparatus for carrying out the method:
The HDPE melt is pressed by extruder 1 and a spinning pump through a spinneret 2 . The emerging HDPE threads are passed vertically downwards into a water bath 3 with a temperature of approximately 20 to 40 ° C. The units 4 and 5 are used for process monitoring and setting. The cooled threads are passed through the take-off device 6 and a deflection roller 13 into the water bath 8 heated to 60 ° C. to 100 ° C. The take-off device consists of a plurality of unheated rollers which are driven at the same peripheral speed and through which the filaments are drawn off the spinneret 2 at a take-off speed of 5 to 30 m / min. At the thread inlet into the water belt 8 , they are guided over the deflecting roller 13 around deflecting rods 7 immersed in water with partial wrap. Fig. 2 shows the deflecting rods ( 7.1 to 7.5 ), which are wrapped from above and below, the selected wrapping and the selected number of deflecting rods is set so that, for. B. a five-stage drawing takes place. The immersion depth of the deflecting rods ( 7.3, 7.4 and 7.5 ) can be set differently by tilting the frame ( 7.6 ). This allows the stretching ratio taking place in the individual drawing stages to be varied. The upper frame 7.6 can be moved and adjusted in the direction of the arrow and can be locked in selected positions. The lower frame 7.7 is fixed. The threads are drawn off from the water bath via a deflection roller 14 by a take-off device 9 , heated to 110 ° to 120 ° C., consisting of seven rollers driven at a speed decreasing in the direction of the thread. The take-off speed is 100 to 300 m / min. Instead of the winding 10 , the threads can be cut with a fiber cutting machine 11 and pressed into bales with a baler 12 ( FIG. 3).

Der in der vorliegenden Beschreibung verwandte sonische E-Modul ist wie folgt definiert.The sonic related in the present description Modulus of elasticity is defined as follows.

Der sonische Modul (E_son) wird berechnet aus der Schallgeschwindigkeit einer Welle (Dehnungs-Kompressionswelle) hoher Frequenz (15 KHz) und kleiner Amplitude:The sonic module (E _son ) is calculated from the speed of sound of a wave (expansion-compression wave) high frequency (15 KHz) and small amplitude:

ρ: Dichte (kg/m³)
c: = Schallgeschwindigkeit (m · sec^-1)ρ: density (kg / m³)
c: = speed of sound (m · sec ^-1 )

Der sonische Modul hat eine materialabhängige Beziehung zu dem aus der Kraft-Dehnungskurve bestimmtenThe sonic module has a material-dependent relationship to that determined from the force-elongation curve

Initialmodul: E_son/E_init = K.Initial module: E _son / E _init = K.

Es ist ein guter Maßstab für die Molekularorientierung.It is a good measure of molecular orientation.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Fäden aus Polyäthylen (PE), insbesondere aus Niederdruckpolyäthylen (HDPE), durch Schmelzspinnen und unmittelbar anschließendes Verstrecken, wobei die Fäden in ein Kühlbad gesponnen und abgekühlt werden, anschließend durch ein beheiztes Wasserbad geführt, in diesem einer Verstreckung unterzogen und hinter dem beheizten Wasserbad, ggf. nach einer Weiterbehandlung, der Aufwicklung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 30 m/min von der Spinndüse abgezogenen und durch das Kühlbad geführten Fäden in dem auf einer Temperatur zwischen 60°C und 100 °C gehaltenen beheizten Wasserbad vollständig und in mindestens zwei Stufen verstreckt werden, indem die Fäden über mindestens drei in dem beheizten Wasserbad eingetauchte Umlenkstäbe, diese teilweise umschlingend, derart geführt werden, daß in jeder Stufe das Verstreckverhältnis unter 8 : 1 bleibt und daß die verstreckten Fäden mit einer Geschwindigkeit aus dem Wasserbad abgezogen werden, welche dem 13- bis 20fachen der Einlaufgeschwindigkeit in das beheizte Wasserbad entspricht. 1. Process for the production of threads from polyethylene (PE), in particular from low-pressure polyethylene (HDPE), by melt spinning and immediately following stretching, the threads being spun in a cooling bath and cooled, then passed through a heated water bath, subjected to stretching in the latter and after the heated water bath, possibly after further treatment, the winding is fed, characterized in that the threads drawn off from the spinneret at a speed of 5 to 30 m / min and passed through the cooling bath in the threads at a temperature between 60 ° C and 100 ° C kept heated water bath completely and stretched in at least two stages by the threads over at least three deflecting rods immersed in the heated water bath, partially wrapping them around, so that the stretching ratio remains below 8: 1 in each stage and that the drawn threads with a Gesc speed are withdrawn from the water bath, which corresponds to 13 to 20 times the inlet speed into the heated water bath. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des ersten Wasserbades zwischen 10°C und 60°C, vorzugsweise unterhalb 35°C liegt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature of the first water bath between 10 ° C and 60 ° C, preferably below 35 ° C.   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Wasserbad höhenverstellbar unter den Spinndüsen angeordnet ist, so daß der Abstand zwischen der Unterkante der Spinndüse und der freien Oberfläche des Wasserbades zwischen 1 bis 100 mm, vorzugsweise 4 bis 20 mm einstellbar ist.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the first water bath adjustable in height under the spinnerets is arranged so that the distance between the Lower edge of the spinneret and the free surface the water bath between 1 to 100 mm, preferably 4 to 20 mm is adjustable. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkstäbe im Bereich des Fadeneinlaufes in das zweite Wasserbad angeordnet sind.4. The method according to claim 1 or 3, characterized in that the deflection bars in the area of the thread inlet in the second water bath are arranged. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Umlenkstäbe zwischen 3 und 10 liegt.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the number of deflection bars is between 3 and 10. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Wasserbad ein Entspannungsmittel zur Verringerung der Oberflächenspannung zugegeben wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first water bath a relaxation agent to reduce is added to the surface tension. 7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden durch eine Abzugseinrichtung aus dem zweiten Wasserbad abgezogen werden, deren Walzen eine Temperatur zwischen 100° und 120°C aufweisen.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the threads through a take-off device from the second Water bath are pulled off, the rollers of which have a temperature between 100 ° and 120 ° C. 8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Fäden nach dem Auslauf aus dem zweiten Wasserbad eine Schlichte aufgetragen wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on the threads after the outlet from the second water bath a size is applied.   9. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, mit Einrichtungen zum Aufschmelzen und Verspinnen von Polyäthylen durch Spinndüsen, einem Kühlbad, Verstreck- und Aufspul- oder Faserschneideinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstreckeinrichtung zwischen zwei Walzenanordnungen (6, 9) ein beheizbares Wasserbad (8) aufweist, in dem senkrecht zur Fadenlaufrichtung untere (7.1, 7.2) und obere Umlenkstäbe (7.3, 7.4, 7.5) höhenverstellbar angeordnet sind.9. Device for carrying out the method according to claims 1 to 8, with devices for melting and spinning polyethylene through spinnerets, a cooling bath, drawing and winding or fiber cutting devices, characterized in that the drawing device between two roller assemblies ( 6, 9 ) has a heatable water bath ( 8 ), in which the lower ( 7.1, 7.2 ) and upper deflecting rods ( 7.3, 7.4, 7.5 ) are arranged vertically adjustable to the direction of thread travel. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkstäbe (7.1, 7.2 und 7.3 bis 7.5) an Gestellen (7.6, 7.7) ortsfest gelagert sind, die zur Einstellung der Umschlingung und der Verstreckung kippbar oder zur Einstellung des gegenseitigen Abstandes der Umlenkstäbe (7.1 bis 7.5) gruppenweise höhenpositionierbar sind.10. The device according to claim 9, characterized in that the deflecting rods ( 7.1, 7.2 and 7.3 to 7.5 ) on racks ( 7.6, 7.7 ) are fixed in place, which can be tilted to adjust the looping and the stretching or to adjust the mutual spacing of the deflecting rods ( 7.1 to 7.5 ) can be positioned in groups in height.