WO2014026902A1

WO2014026902A1 - Schmelzspinnverfahren und schmelzspinnvorrichtung zur herstellung eines gekräuselten fadens

Info

Publication number: WO2014026902A1
Application number: PCT/EP2013/066607
Authority: WO
Inventors: Mathias STÜNDL; Friedrich Lennemann; Kirsten PREHN
Original assignee: Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2014-02-20
Also published as: US20150218733A1; EP2885447A1; CN104583471A; CN104583471B; JP2015529287A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schmelzspinnverfahren und eine Schmelzspinnvorrichtung zur Herstellung eines gekräuselten Fadens. Mittels einer Spinneinrichtung wird ein Filamentbündel aus einem thermoplastischen Polymer erzeugt, das nach einer Abkühlung verstreckt und in einer Stauchkammer zu einem Fadenstopfen komprimiert wird. Der Fadenstopfen wird zu einem gekräuselten Faden aufgelöst und zu einer Spule aufgewickelt. Um eine möglichst hohe Kräuselbeständigkeit des Fadens zu erhalten, werden nach dem Verstrecken amorphe Anteile in der Molekularstruktur des Fadenmaterials vermieden. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Relaxationsbehandlung nach dem Verstrecken und vor dem Komprimieren erreicht, wobei eine Mindestfadenzugkraft von >0,05 c N/dtex bei einer Relaxationstemperatur im Bereich von 120°C bis 245°C eingehalten wird.

Description

Schmelzspinnverfahren und Schmelz spinn Vorrichtung zur Herstellung eines gekräuselten Fadens

Die Erfindung betrifft ein Schmelz spinn verfahren zur Herstellung eines ge- kräuselten Fadens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Schmelzspinnvorrichtung zur Herstellung eines gekräuselten Fadens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung sind aus der WO 2011/138 302 AI bekannt.

Bei der Herstellung von gekräuselten Fäden in einem Schmelzspinnprozess, die vorzugsweise für die Herstellung von Teppichen verwendet werden, erfolgen alle Behandlungs schritte zur Ausbildung der gewünschten physikali- sehen Eigenschaften des Garnes üblicherweise nacheinander. Somit wird zunächst aus einer Schmelze eines Polymeres eine Vielzahl von Filamenten extrudiert, die als ein Filamentbündel nach einer Abkühlung zusammengeführt, präpariert und verstreckt werden. Nach der Verstreckung des Filamentbündels erfolgt eine Komprimierung des Filamentbündels innerhalb einer Stauchkammer, so dass sich die einzelnen Filamente zu Bögen und Schlingen innerhalb eines Fadenstopfens ablegen. Anschließend wird der Fadenstopfen zu einem Faden aufgelöst, wobei sich die Schlingen und Bögen der Filamente nicht vollständig zurückbilden und dem Faden eine gekräuselte Struktur verleihen. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Polymer werden die einzelnen Behandlungs schritte unter Einfluss von Wärme vorgenommen, um insbesondere die Kristallmorphologie des Fadenmaterials in gewünschter Weise zu beeinflussen. So wird beispielsweise eine hohe Kräuselbeständig- keit des Faden gewünscht. Die Kräuselbeständigkeit ist die Fähigkeit des Garnes, die vorhandene Kräuselung bei einer mechanischen Belastung zu konservieren. So führt eine geringe Kräuselbeständigkeit dazu, dass nach einer mechanischen Belastung sich ein Großteil der in den Filamenten kon- servierten Schlingen und Bögen zurückbilden.

Bei dem bekannten Schmelzspinnverfahren und der bekannten Schmelzspinnvorrichtung wird das Filamentbündel vor dem VerStrecken und nach dem VerStrecken erwärmt, so dass sich eine orientierte Molekül struktur in- nerhalb des Fadenmaterials ausbilden kann. Die nach dem Verstecken durchgeführte Wärmebehandlung des Filamentbündels führt jedoch dazu, dass ein unkontrollierte Entspannung an den Filamenten wirkt, die zu einer teilweisen Rückbildung zu nicht orientierten und amorphen Anteilen des Polymermaterials führen. Derartige nicht kristalline Molekül strukturen im Fadenmaterial besitzen jedoch den Nachteil einer sehr geringen Kräuselbeständigkeit.

Grundsätzlich ist aus dem Zweistufenprozess zur Herstellung von texturier- ten und gekräuselten Garnen bekannt, dass diese Garne eine hohe Kräuselbe- ständigkeit aufweisen. Hierbei erfolgen die Kräuselung und die Verstreckung des Fadens in einem überlagerten Behandlungsschritt, so dass man auch versucht hat, diese Technik auf den einstufige Schmelz spinn verfahren anzuwenden. So ist beispielsweise aus der DE 199 20 177 AI ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines gekräuselten Fadens bekannt, bei welcher eine klassische Falschdrallzone mit einer Heiz Vorrichtung, einer Kühlvorrichtung und einem Falschdrallaggregat zwischen mehreren Galettenduos angeordnet ist. Damit lassen sich zwar ähnlich Effekte wie bei einem Zweistufenprozess nachbilden, jedoch mit dem Nachteil, dass bei höheren Pro- zessgeschwindigkeiten die Drallerzeugung an dem Filamentbündel zu erheblichen Problemen führt. Daher hat sich das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung in der Herstellung von Teppichgarnen nicht bewährt. Desweiteren ist aus der DE 10 2008 051 738 AI ein Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Fadens aus einem Polytrimethylenterephthalat (PTT) bekannt. Hierbei erhält das Filamentbündel unmittelbar vor Eintritt in die Kräuselkammer keine Wärmebehandlung. Bei herkömmlichen Polyestermaterialien führt die fehlende Wärmebehandlung jedoch unweigerlich dazu, dass sich die beim Verstrecken entstandenen inneren Spannungen erst beim Kräuseln auswirken können. Insoweit nimmt das PTT-Material eine Sonderstellung mit einer besonderen Molekülstruktur ein.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Schmelz spinn verfahren sowie eine Schmelzspinnvorrichtung der gattungsgemäßen Art zur Herstellung eines gekräuselten Fadens derart weiterzubilden, dass gekräuselte Fäden aus herkömmlichen Polymermaterialien wie beispielsweise PET mit verbesserter Kräuselbeständigkeit herstellbar sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Schmelzspinnverfahren dadurch gelöst, dass das Filamentbündel nach dem Verstrecken und vor dem Komprimieren eine Relaxationsbehandlung bei einer Relaxationstemperatur im Bereich von 120°C bis 245°C und einer Mindestfadenzugkraft von >0,05 cN/dtex erhält.

Die erfindungsgemäße Schmelz spinn Vorrichtung bietet die Lösung damit, dass die beheizten Galetten des Streckgalettenduos jeweils einen stufenförmigen oder konischen Galettenmantel aufweisen, durch welche eine Relaxa- tionsbehandlung an einem mit mehreren Umschlingungen geführten Filamentbündel mit einer Mindestfadenspannung von >0,05 cN/dtex und einer Relaxationstemperatur im Bereich von 120°C bis 245 °C ausführbar ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei den herkömmlichen Schmelzspinnverfahren der gattungsgemäßen Art beim Übergang des Filamentbündels von dem Streckgalettenduo zu der Kräuseleinrichtung ein völliger Zusammenbruch der Fadenspannung an dem Filamentbündel eintritt. Derartige Spannungseinbrüche an dem Filamentbündel führen unmittelbar dazu, dass sich das Fadenmaterial beim Entspannen in einen energetisch günstigen Zustand umstrukturiert, so dass vermehrt amorphe und semi- amorphe Anteile in der Molekülstruktur auftreten. Derartige fehlende Kristallinität begünstigt somit eine mangelnde Kräuselbeständigkeit. Bei dem erfindungsgemäßen Schmelz spinn verfahren und der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung wird an dem Filamentbündel vor Eintritt in die Kräuseleinrichtung eine Relaxationsbehandlung vorgenommen, die eine Mindestfadenzugkraft von >0,05 cN/dtex gewährleistet. Hierbei liegen die Relaxationstemperaturen je nach Polymertyp im Bereich zwischen 120°C bis 245°C.

Die erfindungsgemäße Schmelz spinn Vorrichtung bietet insbesondere den großen Vorteil, dass die Relaxationsbehandlung mit einer Mindestfadenzugkraft unmittelbar an dem Streckgalettenduo ausführbar ist. Hierzu weisen die Galettenmäntel der Galetten des Streckgalettenduos eine konische oder eine stufenförmige Form auf, so dass mit jeder Umwindung des Filamentbündels am Umfang der Galettenmäntel eine Mindestfadenzugkraft erhalten bleibt. Damit ist eine Aufheizung des Fadenmaterials im gespannten Zustand des Filamentbündels auf die Relaxationstemperatur im Bereich zwischen 120°C bis 245 °C möglich. Je nach Anzahl der Umschlingungen an den Galettenmäntel, Fadengeschwindigkeit und Gesamtfadentiter des Filamentbündels liegt die eingestellte Oberflächentemperatur der Galettenmäntel etwas höher als die Relaxationstemperatur. Üblicherweise sind die Temperaturen an der Galettenoberfläche um ca. 5°C bis 15°C über den gewünschten Fadentemperaturen eingestellt.

Um trotz der an dem Filamentbündel wirkenden Fadenzugkraft eine ausreichende Entspannung zu erhalten, ist die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher während der Relaxationsbehandlung die an den Filamentbündel wirkende Fadenzugkraft im Bereich von 0,1 cN/dtex bis 2,0 cN/dtex vorzugsweise im Bereich von 0,2 cN/dtex bis 0,7 cN/dtex liegt. Damit können die gewünschten Entspannungseffekte zum Abbau innerer Spannungen an den Filamenten des Filamentbündels realisiert werden.

Die Relaxationsbehandlung des Filamentbündels unmittelbar vor der Komp- rimierung lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Schmelzspinnverfahren mit allen bekannten Einrichtungen zur Erzeugung von Mindestfadenzugkräften und zur Wärmebehandlung des Fadens ausführen. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verfahrensvariante, bei welcher das Filamentbündel zur Relaxationsbehandlung in mehreren Umschlingungen an einem Galettenduo mit be- heizten Galetten und konischen Galettenmänteln geführt wird. Durch die Konizität der Galettenmäntel ist gewährleistet, dass bei mehreren Umwindungen des Filamentbündels eine definierte Fadenzugkraft während des Aufheizens des Fadenmaterials vorherrscht. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Umwandlung der Molekülstruktur des Fadenmaterials während der Relaxation noch durch eine anschließende Fixierbehandlung stabilisiert werden kann. Insoweit ist die Verfahrensvariante bevorzugt eingesetzt, bei welcher das Filamentbündel nach der Relaxationsbehandlung unter Beibehaltung einer Mindestfadenzug- kraft von >0,05 cN/detx eine Fixierbehandlung mit einer Fixiertemperatur im Bereich von 60°C bis 240 °C erhält. Dieser Vorgang wird bevorzugt durch Führung des Filamentbündels an kalten Galetten eines Galettenduos erreicht. Grundsätzlich sollte die Fixiertemperatur mindestens um 5°C unter der Rela- xationstemperatur liegen.

Je nach Polymertyp des Fadenmaterials wird alternativ oder zusätzlich eine weitere Wärmebehandlung an den Filamentbündel unmittelbar vor dem Komprimieren ausgeführt. So ist es erforderlich, dass die Filamente mög- liehst eine Duktilität aufweisen, um in Bögen und Schlingen gelegt zu werden. Hierzu ist die Verfahrensvariante besonders geeignet, bei welcher das Filamentbündel vor dem Komprimieren unter Beibehaltung einer Mindestfa- denzugkraft von >0,05 cN/dtex eine Wärmebehandlung bei einem unterhalb der Relaxionstemperatur liegenden Behandlungstemperatur erhält. Die Be- handlungstemperatur sollte im Bereich zwischen 5 und 100 °C unterhalb der jeweils zuvor eingestellten Relaxationstemperatur liegen. Damit ist sichergestellt, dass sich keine ungewünschten Umstrukturierungen in der Molekülstruktur des Fadenmaterials ausbilden können. Auch dieser Verfahrensschritt wird vorzugsweise durch beheizte Galetten eines Galettenduos ausgeführt, an dem das Filamentbündel zur Wärmebehandlung in mehreren Umschlingungen geführt ist. Um den Vorgang der Temperierung bei der Kräuselung des Filamentbündels zu unterstützen, wird das Filamentbündel bevorzugt zum Komprimieren durch einen heißen Luftstrom in die Stauchkammer gefördert. Je nach Fadenmaterial besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Filamentbündel mit einem kalten Luftstrom zu führen.

Bei der erfindungsgemäßen Schmelz spinn Vorrichtung wird die Flexibiltät zur Ausführung des erfindungsgemäßen Schmelzspinnverfahrens dadurch erhöht, dass gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung zwischen der Verstreck- einrichtung und der Kräuseleinrichtung ein oder mehrere Galettenduos angeordnet sind. So lässt sich bei einem zusätzlichen Galettenduo zwischen der Verstreckeinrichtung und der Kräuseleinrichtung wahlweise eine Fixierbehandlung oder eine Wärmebehandlung an einem mit mehreren Umschlingungen geführten Filamentbündel ausführen. Zur Fixierbehandlung weist das Galettenduo bevorzugt kalte Galetten auf. Dagegen wird die Wärmebehandlung mit einem beheizten Galettenduo ausgeführt.

Für den Fall, dass das jeweils verwendete Fadenmaterial eine Fixierbehandlung und eine Wärmebehandlung des Filamentbündels vor dem Komprimie- ren erfordert, ist die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung vorgesehen, bei welcher mehrere Galettenduos zwischen der Verstreckeinrichtung und der Kräuseleinrichtung angeordnet sind. So lassen sich die Fixierbehandlung und die Wärmebehandlung nacheinander ausführen.

Zum Komprimieren des Filamentbündels wird die Kräuseleinrichtung bevorzugt mit einer Förderdüse ausgeführt, die auf der Auslassseite mit einer Stauchkammer zusammenwirkt. Derartige Kräuseleinrichtungen haben sich insbesondere bei hohen Prozessgeschwindigkeiten bewährt, um eine kontinuierliche und gleichmäßige Kräuselung des Filamentbündels zu erzeugen.

Um die unter Temperatureinfluss erzeugten Bögen und Schlingen der Fila- mente zu fixieren, wird der Fadenstopfen bevorzugt zur Abkühlung am Umfang einer Kühltrommel geführt.

Das erfindungsgemäße Schmelzspinnverfahren und die erfindungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung sind geeignet, um gekräuselte Fäden in einem Einstufenprozess mit einer hohen Kräuselbeständigkeit herzustellen, die ansonsten nur bei einem zweistufigen Prozess an Fäden erreicht werden können.

Das erfindungsgemäße Schmelz spinn verfahren wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schmelz spinn Vorrichtung unter Bezug der beigefügten Figuren näher erläutert.

Es stellen dar: Fig. 1 schematisch eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der er- f indung sgemäßen S chmelz spinn Vorrichtung

Fig. 2 schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erf indung sgemäßen S chmelz spinn Vorrichtung

Fig. 3 schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schmelz spinn Vorrichtung

Fig. 4 schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erf indung sgemäßen S chmelz spinn Vorrichtung In der Fig. 1 ist schematisch eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schmelz spinn Vorrichtung zur Herstellung eines gekräuselten Fadens dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelz spinn Vorrichtung ist am Beispiel eines Fadenlaufs gezeigt, wo- bei derartige Schmelz spinn Vorrichtungen auch zur Herstellung mehrere Fäden parallel nebeneinander eingesetzt werden.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist eine Spinneinrichtung 1, eine Abkühleinrichtung 5, eine Verstreckeinrichtung 11, eine Kräuseleinrich- tung 15, eine Nachbehandlungseinrichtung 20 sowie eine Aufwickelein- richtung 24 auf, die zu einem Fadenlauf hintereinander angeordnet sind. Die Spinneinrichtung 1 wird in diesem Ausführungsbeispiel nur durch einen Spinnkopf 2 dargestellt. Der Spinnkopf 2 weist zumindest eine Spinnpumpe (hier nicht dargestellt) und eine Spinndüse 3 auf, die an der Unterseite eine Düsenplatte mit einer Vielzahl von Düsenbohrungen aufweist. Die innerhalb des beheizten Spinnkopfes 2 angeordnete Spinndüse 3 ist mit der Spinnpumpe gekoppelt, die über einen Schmelzezulauf 4 an der Oberseite des Spinnkopfes 2 mit einer hier nicht dargestellten Schmelzequelle beispielsweise einem Extruder verbunden ist.

Bei der Herstellung mehrerer Fäden parallel nebeneinander trägt der Spinnkopf 2, der auch in der Fachwelt als Spinnbalken bezeichnet wird, mehrere Spinndüsen nebeneinander.

Unterhalb der Spinneinrichtung 1 ist eine Abkühleinrichtung 5 vorgesehen, die einen Kühlschacht 6 zur Aufnahme frisch extrudierter Filamente bildet, wobei dem Kühlschacht 6 ein Blasmittel 7 zur Erzeugung eines Kühlluftstromes zugeordnet ist. Die Kühlluft kann hierbei von außen nach innen durch eine Querstromanblasung oder eine Radialanblasung erfolgen. Grund- sätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen Kühlluftstrom radial von innen nach außen durch das Filamentbündel zu leiten.

Die durch die Spinndüsen 3 erzeugten Filamente 8 werden nach der Abküh- lung zu einem Filamentbündel 10 zusammengeführt. Hierzu ist unterhalb der Abkühleinrichtung 5 eine Präparationseinrichtung 9 vorgesehen. Die Präparationseinrichtung 9 weist üblicherweise einen Sammelf adenführer sowie ein Benetzungsmittel auf. Als Benetzungsmittel können Präparations stifte oder Präparationswalzen verwendet werden.

Unterhalb der Präparationseinrichtung 9 ist eine Verstreckeinrichtung 11 vorgesehen, die aus einem Abzug sgalettenduo 12 mit zwei beheizten Galetten 12.1 und 12.2 sowie einem Streckgalettenduo 14 mit den beheizten Galetten 14.1 und 14.2 gebildet ist. Die beheizten Galetten 12.1 und 12.2 des Abzugsgalettenduos 12 sowie die beheizten Galetten 14.1 und 14.2 des Streckgalettenduos 14 sind jeweils in einer Galettenbox 13 angeordnet.

Im Gegensatz zu den beheizten Galetten 12.1 und 12.2 des Abzugsgalettenduos 12, die einen konventionellen zylindrischen Galettenmantel aufweisen, sind die beheizten Galetten 14.1 und 14.2 des Streckgalettenduos 14 mit jeweils einem konischen Galettenmantel ausgeführt. Die Konizität der Galettenmäntel an den beheizten Galetten 14.1 und 14.2 ist derart gewählt, dass nach dem Verstecken des Filamentbündels 10 in jeder Umwindung eine Mindestfadenzugkraft von oberhalb 0,05 cN/dtex, vorzugsweise 0,1 cN/dtex an dem Filamentbündel wirkt.

Die Kräuseleinrichtung 15 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Förderdüse 16 und eine auf der Auslassseite der Förderdüse 16 angeordnete Stauchkammer 17 gebildet, die mit einer nachgeordneten Kühltrommel 19 zusammenwirken. Die Förderdüse 16 ist mit einer Druckluftquelle gekoppelt, um das Filamentbündel 10 mittels eines Luftstromes in die Stauchkammer 17 zu fördern und zu einem Fadenstopfen zu komprimieren. Der Fadenstopfen 18 wird am Umfang der Kühltrommel 19 durch eine Kühlluft gekühlt.

Der Kräuseleinrichtung 15 ist eine Nachbehandlungseinrichtung 20 nachgeordnet, die einerseits den Fadenstopfen 18 durch Abzug eines gekräuselten Fadens am Umfang der Kühltrommel 19 auflöst und andererseits eine Verwirbelung des Fadens zur Erhöhung des Fadenschlusses vornimmt. Hierzu ist eine Verwirbelungsdüse 22 zwischen zwei Führungsgaletteneinheiten 23.1 und 23.2 angeordnet. Jede der Führungsgaletteneinheiten 23.1 und 23.2 weist eine Galette und eine Beilaufrolle auf. Am Ende wird der gekräuselte Faden 21 mittels der Aufwickeleinrichtung 24 zu einer Spule 25 aufgewickelt. Hierzu werden üblicherweise Aufwickeleinrichtungen eingesetzt, die einen Spulrevolver 28 mit zwei auskragenden Spulspindeln 29.1 und 29.2 aufweist, die nacheinander in einen Wickelbereich geführt werden und somit zu einem kontinuierlichen Aufwickeln des gekräuselten Fadens führen. Derartige Aufwickeleinrichtungen sind allgemein bekannt, so dass hierzu keine weitere Beschreibung erfolgt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Schmelz spinn Vorrichtung wird beispielsweise über einen Extruder ein Granulat eines Polymermaterials beispielsweise ein Polyester aufgeschmolzen und über den Schmelzezulauf 4 dem Spinnkopf 2 zugeführt. Innerhalb des Spinnkopfes 2 wird die Schmelze mit einer Spinnpumpe zur Spinndüse 3 unter Druck gefördert, so dass an der Unterseite der Spinndüse 3 eine Vielzahl von Filamenten 8 extrudiert werden. Die frisch extrudierten Filamente 8 werden innerhalb der Abkühleinrichtung 5 mit einem Kühlluftstrom gekühlt und am Ende zu einem Filamentbündel 10 zusammengeführt. Hierzu erhalten die Filamente 8 eine Benetzung, die vorzugsweise eine Öl- Wasser-Emulsion ist. Das Filamentbündel 10 wird durch das Abzugsgalettenduo 12 aus der Spinneinrichtung 1 gezogen. Die Galetten 12.1 und 12.2 des Abzugsgalettenduos 12 weisen eine Oberflächentemperatur an den Galettenmänteln auf, um das Fadenmaterial auf eine gewünschte Fadentemperatur im Bereich von 80°C bis 120°C zu erwärmen. Dabei wird das Filamentbündel mit 10 bis 15 Um- schlingungen an dem Abzugsgalettenduo 12 geführt.

Zum Verstrecken des Filamentbündels 10 wird das Streckgalettenduo 14 mit einer Geschwindigkeitsdifferenz angetrieben, so dass das Filamentbündel 10 in der Fadenstrecke zwischen dem Abzugsgalettenduo 12 und dem Streck- galettenduo 13 ver streckt wird.

Um nach der Verstreckung unmittelbar eine Relaxationsbehandlung an dem Filamentbündel 10 ausführen zu können, sind die Galetten 14.1 und 14.2 des Streckgalettenduos 14 derart beheizt, dass eine Fadentemperatur an dem Filamentbündel im Bereich von 120 bis 245°C vorzugsweise 170 bis 230°C erreicht wird. Um die bei der Aufheizung des Fadenmaterials entstehenden Längenänderungen zu kompensieren, können die beiden Galettenmäntel der Galetten 14.1 und 14.2 leicht konisch ausgebildet werden. Die Veränderung des Führungsdurchmessers der Galettenmäntel der Galetten 14.1 und 14.2 ist in der Abhängigkeit von den 8 bis 12 Umschlingungen des Filamentbündels derart gewählt, dass in jeder Umschlingung mindestens eine Fadenzugkraft von 0,05 cN/dtex, vorzugsweise von 0,1 cN/dtex wirkt. Die Durchmesserveränderung der Galettenmäntel bei den Galetten 14.1 und 14.2 ist derart bemessen, dass eine maximale Fadenzugkraft von 2,0 cN/detex nicht überschritten wird. Es hat sich gezeigt, dass in einem Bereich von 0,2 bis 0,7 cN/detx eine vorteilhafte Relaxationsbehandlung möglich ist. Die Relaxationstemperatur der Fadenbehandlung, die von der Oberflächentemperatur der Galettenmäntel der Galetten 14.1 und 14.2 bestimmt ist, wird auf eine Temperatur zwischen 120°C bis 245°C eingestellt. Die Relaxationsbehandlung an dem Filamentbündel 10 führt zu einer gleichmäßigen Umstrukturierung der Molekülstruktur ohne größere Anteile von amorphen oder semiamorphen Bereichen. Die hohe Kristallinität des Fadenmaterials gewährleistet ein stabi- les Kräuselungsverhalten mit entsprechend hoher Kräuselungsbeständigkeit in dem gekräuselten Faden.

Zum Kräuseln wird das Filamentbündel 10 durch die Förderdüse 16 in die Stauchkammer 17 gefördert und zu einem Fadenstopfen komprimiert. Je nach Temperatur der Relaxationsbehandlung kann die Förderung des Filamentbündels mit einem Heißluftstrom oder mit einem Kaltluftstrom erfolgen. Die gekräuselten Filamente des Filamentbündels 10 werden als Fadenstopfen 18 aus der Stauchkammer 17 gefördert und am Umfang der Kühltrommel 19 abgekühlt. Die Auflösung des Fadenstopfens 18 zu dem gekräu- selten Faden 21 erfolgt durch die Nachbehandlungseinrichtung 20, die eine erste Führungsgaletteneinheit 23.1 aufweist. Im weiteren Verlauf wird der gekräuselte Faden 21 in der Verwirbelungsdüse 22 verwirbelt und anschließend über die zweite Führungsgaletteneinheit 23.2 zur Aufwickeleinrichtung 24 geführt. In der Aufwickeleinrichtung 24 wird der gekräuselte Faden 21 zu der Spule 25 gewickelt.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung ermöglicht somit die Durchführung des erfin- dungsgemäßen Schmelzspinnverfahrens, wobei das Filamentbündel in dem durch die Relaxationsbehandlung vorgegebene Temperierung in die Kräuseleinrichtung einläuft. Wie bereits zuvor erwähnt, besteht dabei die Möglichkeit, das Filamentbündel 10 mittels eines Kaltluftstromes in die Stauch- kammer 17 zu führen. Damit lassen sich insbesondere die Effekte der Relaxationsbehandlung in dem Fadenmaterial fixieren. Um dennoch eine ausgeprägte Kräuselung des Filamentbündels zu erhalten, wird bevorzugt der Fadenstopfen innerhalb der Stauchkammer beheizt. Um eine für den Kräuselungsvorgang besonders geeignete Temperierung des Filamentbündels zu erhalten, wird alternativ bei dem in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung und Verfahren die Förderdüse 16 mit einem Heißluftstrom betrieben. Dabei lassen sich jedoch nur begrenzte Temperaturänderungen des Fadenmaterials erzielen.

Um die Relaxation des Filamentbündels und das Komprimieren des Filamentbündels unabhängig voneinander einstellen zu können, ist das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelz spinn Vorrichtung nach Fig. 2 besonders geeignet. Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der er- findung sgemäßen Schmelz spinn Vorrichtung ist vom Aufbau im Wesentlichen identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung sind die Spinneinrichtung 1, die Verstreckeinrichtung 11, die Kräuseleinrichtung 15, die Nachbehandlungseinrichtung 20 und die Aufwickeleinrichtung 24 identisch zu den Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ausgebildet. Insoweit wird zu der vorgenannten Beschreibung Bezug genommen.

Zwischen der Verstreckeinrichtung 11 und der Kräuseleinrichtung 15 ist ein weiteres Galettenduo vorgesehen, das in diesem Fall als Temperier- galettenduo 27 bezeichnet ist. Das Temperiergalettenduo 27 weist zwei beheizte Galetten 27.1 und 27.2 mit zylindrischen Galettenmänteln auf. Die Galetten 27.1 und 27.2 sind in einer Galettenbox 13 angeordnet. Zur Temperierung des Filamentbündels 10 wird dieses ebenfalls mit mehreren Um- schlingungen vorzugsweise 10 bis 15 Umschlingungen am Umfang der Galettenmäntel der Galetten 27.1 und 27.2 geführt.

Mit dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens be- treiben, bei welcher nach der Relaxation des Filamentbündels eine zusätzliche Wärmebehandlung vor dem Komprimieren des Filamentbündels erfolgt. Die Galetten 27.1 und 27.2 des Temperiergalettenduo s 27 sind auf eine Behandlung stemperatur eingestellt, die unterhalb der Relaxationstemperatur liegt. Die Differenz ist je nach Polymertyp zwischen 5°C und 100°C zu wäh- len. Wesentlich hierbei ist, dass die bei der Relaxation eingestellte Relaxationstemperatur nicht überschritten wird. Bei Überschreitung der Relaxationstemperatur bei der anschließenden Wärmebehandlung besteht die Gefahr, dass eine erneute Umstrukturierung der Molekularstruktur des Fadenmaterials einsetzt. Durch die Wärmebehandlung des Filamentbündels unmittelbar vor der Komprimierung lässt sich die Herstellung der Kräuselung unabhängig von der Relaxationsbehandlung durchführen. So können mit der Wärmbehandlung gezielte Temperierungen am Fadenmaterial des Filamentbündels ausgeführt werden, um eine gleichmäßige und intensive Schlingenbildung der Filamente zu erhalten.

Bei der Wahl der Behandlungstemperaturen ist jedoch darauf zu achten, dass die Differenzen zwischen der Behandlungstemperatur und der Relaxationstemperatur nicht zu gering ausfällt, so dass keine Fixiereffekte zur Stabilität der umstrukturierten Molekularstruktur des Fadenmaterials eintreten können. Um die nach dem VerStrecken und Relaxieren erzeugten Molekularstrukturen des Fadenmaterials zu fixieren, hat sich das Ausführungsbeispiel der er- findung sgemäßen Schmelz spinn Vorrichtung nach Fig. 3 besonders bewährt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind zwischen der Verstreckeinrichtung 11 und der Kräuseleinrichtung 15 zwei Galettenduos vorgesehen. Ein erstes Galettenduo unmittelbar auf der Auslassseite der Verstreckeinrich- tung 11 ist als Fixiergalettenduo 26 bezeichnet. Das Fixiergalettenduo 26 weist die Galetten 26.1 und 26.2 auf, deren Galettenmäntel unbeheizt sind. Das nachfolgende Galettenduo ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls ein Temperiergalettenduo 27 mit den beheizten Galetten 27.1 und 27.2. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein weiterer Verfahrens- schritt zwischen der Relaxation und der Komprimierung des Filamentbündels vorgesehen. So wird das Fixiergalettenduo 26 mit den kalten Galetten 26.1 und 26.2 dazu genutzt, um das Fadenmaterial des Filamentbündels 10 abzukühlen. Die Oberflächentemperaturen der Galettenmäntel der Galetten 26.1 und 26.2 sind hierzu auf eine Faden temperatur zwischen 60 und 240° C ein- gestellt. Damit lässt sich die Materialstruktur des Fadenmaterials vor dem Komprimieren vorteilhaft fixieren. Wesentlich bei dem in Fig. 2 und dem in Fig. 3 beschriebenen zusätzlichen Verfahrensschritten der Fixierung und Temperierung ist, dass eine Mindest- fadenzugkraft von >0,05 cN/dtex, vorzugsweise >0,1 cN/dtex während der gesamten Behandlung erhalten bleibt. Damit wird sichergestellt, dass die im spannungsfreien Zustand eintretenden und ungewünschten Rückbildungen der Molekular struktur vermieden werden. Für den Fall, dass bei großer Umschlingung szahl des Filamentbündels an dem Fixiergalettenduo 26 oder dem Temperiergalettenduo 27 ein Spannungsabbau stattfindet, besteht ebenfalls die Möglichkeit, die Galetten 26.1 und 26.2 des Fixiergalettenduos und die Galetten 27.1 und 27.2 des Temperiergalettenduos 27 mit einem konischen Galettenmantel auszuführen.

An dieser Stelle sei ausdrücklich erwähnt, dass die Durchmesserveränderungen an den Galettenmänteln der Galetten 14.1 und 14.2 des Streckgalettenduos 14 auch durch andere Formgebung der Galettenmäntel erreicht werden kann. So könnte beispielsweise bei mehrfacher Umschlingung durch mehrere Fäden eine stufige Formgebung der Gallettenmäntel der Galetten 14.1 und 14.2 vorteilhaft zur Sicherstellung einer Mindestzugkraft genutzt werden. Ebenso können Zonen von konischen Mantelabschnitten an den Galettenmänteln und zylindrischen Mantelabschnitten wechselweise genutzt werden, um einen Spannungsabbau an den Filamenten des Filamentbündels zu vermeiden. Da stufige und konische Galettenmäntel bei Galetten zur Führung von Fäden hinlänglich bekannt sind, wird an dieser Stelle auf eine weitere Erläuterung verzichtet.

In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 3 ist das erfindungsgemäße Schmelzspinnverfahren sowie die erfindungsgemäße Schmelz spinn Vorrichtung am Beispiel eines gekräuselten Fadens dargestellt, der aus einem Filamentbündel erzeugt wird. Derartige gekräuselte Fäden werden bevorzugt als einfarbige Fäden hergestellt. Zur Erzeugung von mehrfarbigen Fäden, die bevorzugt für die Herstellung von Teppichen verwendet werden, werden bevorzugt mehrere Filamentbündel aus unterschiedlich eingefärbter Polymer- schmelze oder unterschiedlichen Querschnittsformen, Filamentzahlen oder Filamenttitern erzeugt und vor dem Aufwickeln zu einem gekräuselten Verbundfaden kombiniert. Ein derartiges Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelz spinn Vorrichtung ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung weist die Spinneinrichtung 1 einen Spinnkopf 2 auf, an dessen Unterseite drei Spinndüsen nebeneinander gehalten sind. Jede der Spinndüsen 3 ist mit einer hier nicht dargestellten Spinnpumpe verbunden, die über einen separaten Schmelzezulauf 4 mit jeweils einem separaten Extruder gekoppelt ist. Die durch die Spinndüsen 3 extrudierten Filamente 8 werden gemeinsam durch einen Abkühlschacht 6 der Abkühleinrichtung 5 geführt und mittels eines Kühlluftstromes abgekühlt.

Unterhalb der Abkühleinrichtung 5 ist eine Präparationseinrichtung 9 vorge- sehen, die zu jeder Spinndüse 3 jeweils die extrudierten Filamente zu einem separaten Filamentbündel 10 zusammenführt. Die Filamentbündel 10 werden anschließend durch eine pro Spinndüse 3 vorgesehene Spinngaletteneinheit 30 aus der Spinneinrichtung 1 abgezogen und einer Verstreckeinrichtung zugeführt.

In der Verstreckeinrichtung 11 werden die durch die drei Spinndüsen 3 erzeugten Filamentbündel 10 parallel nebeneinander geführt und gemeinsam verstreckt. Hierzu weist die Verstreckeinrichtung 11 ein Abzugsgalettenduo 12 und ein Streckgalettenduo 14 auf. Das Abzugsgalettenduo 12 ist in diesem Fall durch eine beheizte Galette 12.1 und eine Beilaufrolle 12.3 gebildet. Das Streckgalettenduo 14 weist die beheizten Galetten 14.1 und 14.2 auf, die jeweils einen konischen Galettenmantel besitzen. Insoweit ist das Streckgalettenduo 14 identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispielen ausgeführt und innerhalb einer Galettenbox 13 angeordnet.

Unterhalb der Verstreckeinrichtung 11 ist ein Temperiergalettenduo 27 vorgesehen, das ebenfalls identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ausgebildet ist.

Ebenso sind die nachfolgenden Einrichtungen 15, 20 und 24 identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, so dass an dieser Stelle auf die vorgenannte Beschreibung Bezug genommen wird.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung werden die Filamentbündel 10 gemeinsam mittels der Förderdüse 16 zu einem Fadenstopfen 18 komprimiert. Insoweit wird der Fadenstopfen 18 aus unterschiedlich farbigen Filamentbündeln erzeugt und nach der Abkühlung zu dem gekräuselten Faden aufgelöst. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die unterschiedlich farbigen Filamentbündel separat zu jeweils einem separaten Fadenstopfen zu komprimieren und zu mehreren gekräuselten Fäden aufzulösen, die anschließend in der Nachbehandlungseinrichtung 20 mit Hilfe der Verwirbelungsdüse 22 zu einem Verbundfaden kombiniert werden. Hierbei könnten die Filamentbündel auch unterschiedliche Einzeltiter und unterschiedliche Filamentquerschnitte aufweisen und zusätzlich auch noch aus unterschiedlichen Polymermaterialien gebildet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung erstrecken sich somit auf gekräuselte Monocolorfäden als auch auf gekräuselte Multicolorfäden. Wesentlich hierbei ist, dass die Filamente des Filamentbündels nach dem Verstrecken und vor dem Komprimieren eine Relaxationsbehandlung bei einer Mindestfadenzugkraft erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ist grundsätzlich für alle thermoplastischen Polymere geeignet, die zur Faserherstellung eingesetzt werden. Besonders gute Ergebnisse der Kräuselbeständigkeit lassen sich jedoch insbesondere bei der Herstellung von gekräuselten Polyes- terfäden erreichen.

B ezug szeichenliste

1 Spinneinrichtung

2 Spinnkopf

3 Spinndüse

4 Schmelzezulauf

5 Abkühleinrichtung

6 Kühlschacht

7 Blasmittel

8 Filament

9 Präparationseinrichtung

10 Filamentbündel

11 Verstreckeinrichtung

12 Abzugsgalettenduo

12.1, 12.2 beheizte Galetten

12.3 Beilaufrolle

13 Galettenbox

14 Streckgalettenduo

14.1, 14.2 beheizte Galetten

15 Kräuseleinrichtung

16 Förderdüse

17 Stauchkammer

18 Fadenstopfen

19 Kühltrommel

20 Nachbehandlung seinrichtung

21 gekräuselter Faden

22 Verwirbelungsdüse

23.1, 23.2 Führungsgaletten Aufwickeleinrichtung

Spule

Fixiergalettenduo

Galetten

Temperiergalettenduo

Galetten

Spulrevolver

Spulspindel

Spinngaletteneinheit

Claims

Patentansprüche

1. Schmelzspinnverfahren zur Herstellung eines gekräuselten Fadens, bei welchem durch Spinnen mehrerer Filamente zumindest ein Filament- bündel aus einem thermoplastischen Polymer erzeugt wird, bei welchem das Filamentbündel nach einer Abkühlung verstreckt und in einer Stauchkammer zu einem Fadenstopfen komprimiert wird und bei welchem der Fadenstopfen zu einem gekräuselte Faden aufgelöst und zu einer Spule aufgewickelt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Filamentbündel nach dem Verstrecken und vor dem Komprimieren eine Relaxationsbehandlung bei einer Relaxationstemperatur im Bereich von 120 °C bis 245 °C und einer Mindestfadenzugkraft von > 0,05 cN/dtex erhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

während der Relaxationsbehandlung die an dem Filamentbündel wirkende Fadenzugkraft im Bereich von 0,1 cN/dtex bis 2,0 cN/dtex, vorzugs- weise im Bereich von 0,2 cN/dtex bis 0,7 cN/dtex liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Filamentbündel zur Relaxationsbehandlung in mehreren Umschlin- gungen an einem Galettenduo mit beheizten Galetten und konischen

Galettenmänteln geführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass

das Filamentbündel nach der Relaxationsbehandlung unter Beibehaltung einer Mindestfadenzugkraft von > 0,05 cN/dtex eine Fixierbehandlung bei einer Fixiertemperatur im Bereich von 60 °C bis 240 °C erhält.

Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Filamentbündel zur Fixierbehandlung in mehreren Umschlingungen an einem Galettenduo mit kalten Galetten geführt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Filamentbündel vor dem Komprimieren unter Beibehaltung einer Mindestfadenzugkraft von > 0,05 cN/dtex eine Wärmebehandlung bei einer unterhalb der Relaxationstemperatur liegenden Behandlungstemperatur erhält.

Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Filamentbündel zur Wärmebehandlung in mehreren Umschlingungen an einem Galettenduo mit beheizten Galetten geführt wird.

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Filamentbündel zum Komprimieren durch einen Luftstrom aus heißer Luft oder kalter Luft in die Stauchkammer gefördert wird.

9. Schmelzspinnvorrichtung zur Herstellung eines gekräuselten Fadens mit einer Schmelz spinneinrichtung (1), einer Abkühleinrichtung (5), einer Verstreckeinrichtung (11), einer Kräuseleinrichtung (15) und einer Aufwickeleinrichtung (24), wobei die Verstreckeinrichtung (15) ein Abzugsgalettenduo (12) mit zumindest einer beheizten Galette (12.1)und ein Streckgalettenduo (14) mit zwei beheizten Galetten (14.1, 14.2) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die beheizten Galetten (14.1, 14.2) des Streckgalettenduos (14) jeweils einen stufenförmigen oder konischen Galettenmantel aufweisen, durch welche eine Relaxationsbehandlung an einem mit mehreren Umschlingungen geführten Filamentbündel (10) mit einer Mindestfadenspannung von > 0,05 cN/dtex und einer Relaxationstemperatur im Bereich von 120°C bis 245 °C ausführbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen der Verstreckeinrichtung (11) und der Kräuseleinrichtung (15) zumindest ein weiteres Galettenduo (27) angeordnet ist, durch welches eine Fixierbehandlung oder eine Wärmebehandlung an einem mit mehreren Umschlingungen geführten Filamentbündel (10) ausführbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen der Verstreckeinrichtung (11) und der Kräuseleinrichtung (15) mehrere Galettenduos (26, 27) angeordnet ist, durch welche eine Fixierbehandlung und eine Wärmebehandlung an einem mit mehreren Umschlingungen geführten Filamentbündel (10) ausführbar sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kräuseleinrichtung (15) eine Förderdüse (16) und eine auf der Auslassseite der Förderdüse (16) angeordnete Stauchkammer (17) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kräuseleinrichtung (15) eine Kühltrommel (19) zum Abkühlen eines aus der Stauchkammer (17) herausgeführten Fadenstopfens (18) aufweist.

14. Gekräuselter Faden aus einem thermoplastischen Polymer, welcher durch ein einstufiges Schmelz spinn verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.