DE2536353A1 - Spinnverfahren und -vorrichtung - Google Patents

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Anwaltsakte 26 507 14. August 1975

MONSANTO COMPANY
St. Louis, Missouri 63166/ USA

Spinnverfahren und -vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum Erspinnen von mehrfaserigem polymeren Garnen«

Die Entwicklung von verbesserten Abfuhr- und Aufwickelvorrichtungen und die Einführung neuartiger kombinierter Verfahren zum Nachrecken und Texturieren von ungereckten Fasern, etwa zum Nachrecken und Falschdraht-Texturieren von mit hoher Geschwindigkeit ersponnenen Polyesterfasern, ermöglichen

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eine beträchtliche Erhöhung der Spinngeschwindigkeit beim Erspinnen von Kunstfasern. Daraus ergibt sich das Bestreben, die an sich sehr aufwendigen Spinnvorrichtungen zu vereinfachen, das Auftreten von Störungen im Spinnverfahren möglichst auszuschalten und das Einfädeln der Fasern von der Spinnvorrichtung zur Aufwickeleinrichtung zu erleichtern. Beim Schmelzspinnen von Kunstfasern aus polymerem Material wird dieses gewöhnlich durch eine mehrere Durchlässe aufweisende Spinndüse hindurch in einen Strom aus inertem Gas extrudiert. Das Gas wird dabei auf einer zum Abkühlen, des Materials bis unter den Verfestigungspunkt geeigneten Temperatur gehalten. Auf diese Weise entsteht eine Anzahl von Fasern, welche mittels Führungswalzen abgezogen und anschließend in einer Aufwickelvorrichtung auf Spulen gewickelt werden. Dabei halten die Führungswalzen die Fasern unter einer gleichmäßigen Zugspannung. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Führungswalzen wegzulassen und die Aufwickelvorrichtung so auszubilden, daß sie die notwendige Zugspannung aufrecht erhält. Wegen der Traversierbewegungen der Aufwickeleinrichtung ergeben sich dabei jedoch Schwankungen der zum Abziehen der Fasern von der Spinndüse ausgeübten Zugspannung. Solche Schwankungen der Zugspannung führen zu periodischen Änderungen der Faserstärken. Daraus ergibt sich die Aufgabe, die Zugspannung möglichst gleichmäßig zu halten, ohne dazu angetriebene Führungswalzen zu verwenden, da diese die Vorrichtung insgesamt sehr aufwendig machen, das Einfädeln erschweren und häufig die Gefahr besteht, daß die Fasern auf den Führungswalzen selbst aufgewickelt werden.

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Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß der Erfindung werden die sich aus der Traversierbewegung der Aufwickeleinrichtung ergebenden Schwankungen der Zugspannung dadurch ausgeglichen, daß das Garn zwischen dem Punkt, an welchem die Fasern erstarren und der Aufwickeleinrichtung um wenigstens eine angetriebene, reibungsarme Rolle geschlungen wird.

Somit schafft die Erfindung insbesondere eine Abfuhr- und Aufwickeleinrichtung für eine Mehrfaser-Spinnvorrichtung, bei welcher das Abziehen der Fasern und Aufwickeln derselben in einem Arbeitsschritt veEinigt sind und durch Traversierbewegungen der Aufwickeleinrichtung hervorgerufene Schwankungen der auf das Garn ausgeübten Zugspannung, welche zu periodischen Inderungen der Faserstärke des Garns führen, dadurch ausgeglichen werden, daß die Fasern nach dem Erstarren um wenigstens eine reibungsarme Rolle geschlungen werden, so daß die von der Rolle ausgeübte Bewegungskraft die Schwankungen der Zugspannung wesentlich verringert und zum Abziehen der Fasern von der Spinndüse eine im wesentlichen konstante Zugspannung ausgeübt wird.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer bekannten Aufwickeleinrichtung für im Schmelzspinnverfahren ersponnene Polymerfasern,

Fig. 2 eine Auf wickeleinrichtung, in welcher zwischen der

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Spinndüse und der Aufwickelspule weder treibende

noch angetriebene Rollen oder Walzen vorhanden sind, Fig. 3 eine Anordnung, bei welcher das frisch ersponnene Garn in Anlage an einer angetriebenen Rolle geführt

ist und
Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung, in welcher das Garn vor dem Aufwickeln um zwei angetriebene Rollen geführt ist.

In Fig. 1 und 2 sind bekannte Anordnungen dargestellt. Fig. 1 zeigt ein typisches bekanntes Verfahren, bei welchem die ersponnenen Fasern von einer Spinndüse 10 durch eine keramische Sammelführung 12 hindurch, an einer Auftragsrolle 14- zum Auftragen eines Schlichtmittels od. dergl. vorüber, um elektrisch angetriebene Abziehrollen 16 sowie um Rückführbzw. Umlenkrollen 20 herum und durch eine weitere Samraelführung 22 hindurch zu einer Aufwickeleinrichtung 24 geführt sind. Die Umlenkrollen 20 sind in Luftlagern gelagert. In der Anordnung nach Fig. 2 verlaufen die Fasern nach dem Erstarren durch eine metallene Sammelführung 13 hindurch, an einer Auftragsrolle 14 vorüber und durch eine weitere Sammelführung 22 hindurch direkt zur Aufwickeleinrichtung 24. In der Anordnung nach Fig. 3 kommen die Fasern zwischen der Auftragsrolle 14 und der Aufwickeleinrichtung 24 in Anlage an einer angetriebenen reibungsarmen Rolle 19. In Fig. 4 sind die Fasern vor Erreichen der Aufwickeleinrichtung 24 um zwei reibungsarme Walzen 21 herumgeführt.

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Das Auftragen eines Schmiermittels oder eines antistatischen Schlichtmittels ist für das erfindungsgemäße Verfahren nicht wesentlich. Die Vorteile eines solchen Auftrags sind jedoch allgemein bekannt. Die Auftragsrolle kann frei drehbar gelagert sein, oder sie kann feststehend angebracht sein, wobei dann das Schlicht- oder Schmiermittel dem Faserstrang durch die Dochtwirkung eines einen Teil der Rolle umgebenden StoffStreifens zugeführt werden kann.

Die Bezeichnung'."treibende Rollen" bezieht sich auf Rollen, welche einen eigenen, von dem um sie herumgeführten Garn unabhängigen Antrieb haben. Der Ausdruck "angetriebene Rollen" bezeichnet Rollen, welche außer dem um sie herumgeführten Garn keinen eigenen Antrieb haben. Der Ausdruck "angetriebene Rollen" schließt auch solche Rollen ein, bei denen die auf das Garn ausgeübte Zugspannung durch einen nicht kraftschlüssigen oder begrenzt kraftschlüssigen Fluid-Antrieb, etwa mittels Druckluft, um ein geringes Maß vergrößert oder verkleinert v/erden kann.

Der Ausdruck Hochgeschwindigkeits-Spinnen bezieht sich auf eine Spinngeschwindigkeit von wenigstens etwa 914- m/min (1 000 yards/min).

Zur Erzielung der von der Erfindung angestrebten Wirkung ist es ausreichend, wenn die Fasern, wie in -B¹Ig-. 3 dargestellt, über einen ziemlich kleinen Umschlingungswinkel an einer angetriebenen Rolle in Anlage sind. Die Größe des Umschlingungswinkels kann sich je nach der Zugspannung

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und der Oberflachenbesciiaf fenheit der angetriebenen Rolle ändern und beträgt gewöhnlich wenigstens etwa fünf Grad. Zur Vermeidung von Schlupf ist das Garn vorzugsweise um eine oder, wie in Pig. 4· dargestellt, um mehrere angetriebene Rollen geschlungen. Die Abmessungen und das Gewicht der Rollen sowie die in den die Rollen tragenden Lagern auftretende Reibung sind bei der Bestimmung der notwendigen Anzahl von Rollen im Hinblick darauf in Betracht zu ziehen, daß die Schwankungen der auf das Garn ausgeübten Zugspannung durch die kinetische Energie der Rollen verringert oder im wesentlichen ausgeglichen werden.

Ferner ist der Abstand von den angetriebenen, reibungsarmen Rollen zur Aufwickeleinrichtung in Betracht zu ziehen. Sind nämlich die Rollen zu nahe an der Aufwi ekel einrichtung angeordnet, dann tritt eine Steigerung der durch das Traversieren verursachten Schwankungen der Zugspannung ein. Im allgemeinen soll der Abstand zwischen den reibungsarmen Rollen und der Aufwickeleinrichtung gleich wenigstens der zweieinhalbfachen Länge der Traversierbewegung der Aufwickeleinrichtung sein. Der Abstand von irgend einer Rolle zur Aufwickeleinrichtung wird gewöhnlich vom Hersteller der letzteren angegeben und ist teilweise von der Traversier- und Aufwickelgeschwindigkeit abhängig.

Weitere Faktoren für die Bestimmung der optimalen Abmessungen und des Gewichts der reibungsarmen Rollen sind die Spinngeschwindigkeit und die Faserstärke des Garns.

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Beispiele:

Polyäthylenterephthalat mit einer Viskosität von ca. 0,65 wurde mit einer Spinngeschwindigkeit von 3109 m/min (3^00 yards/min) aus einer mehrere Durchlässe aufweisenden Spinndüse in einen Inertgasstrom extrudiert, wobei das Gas auf einer zum Abkühlen des Polyestermaterials bis unter den Erstarrungspunkt geeigneten Temperatur gehalten wurde. Für die nachstehend angeführten Beispiele 1 bis 4 wurden Aufwickelanordnungen der in Fig. 1 bis 4 respektive gezeigten Art verwendet, wobei der Abstand zwischen der jeweils letzten Führung oder Eolle zur Aufwickeleinrichtung wenigstens das Zweieinhalbfache der Länge der Traversierbewegung betrug. Die Faserstärke betrug in jedem-Falle ca. 250/35 den, und das Garn war zum Falschdraht-Texturisieren geeignet. Der prozentuale Durchschnitt von Änderungen der Faserstärke wurde mittels eines herkömmlichen Uster-Prüfgeräts ermittelt. Das Gerät ermittelt die Größe von Änderungen der Faserstärke bei verschiedenen Geschwindigkeiten anhand von gemessenen Änderungen der Kapazitanz des Faserbündels. Die angegebenen Änderungen der Faserstärken wurden als Durchschnittswerte von Versuchen mit Geschwindigkeiten von 3,66 und 22,86 m/min (4 bzw. 25 yds./min) mit dem UsterGerät ermittelt. Die angetriebenen Rollen 19, 21 haten einen Durchmesser von 3,4-9 cm (1-3/8") und ein Gewicht von 89 g.

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Tabelle I

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4-0,88% 1,59% 1,46% 1,13%

Wie man aus dem Beispiel 4 erkennt, sind die Änderungen der Faserstärke durch die Verwendung der angetriebenen reibungsarmen Rollen anstelle der treibenden Walzen nicht gänzlich beseitigt, die Faserstärken des Garns sind jedoch erheblich gleichmäßiger als im Beispiel 2, in welchem die treibenden Walzen ersatzlos weggelassen wurden. Ein dazwischen liegendes Ergebnis wurde im Beispiel 3 erzielt. Die Ursache, hierfür kann Schlupf sein, da das Garn nicht um die Rolle geschlungen wurde. In gedorn Falle ist darauf zu schließen, daß die verwendete reibungsarme Rolle eine unzureichende kinetische Energie lieferte.

In den folgenden weiteren Beispielen wurde eine Anordnung der in Fig. 4 gezeigten Art in Verbindung mit bei verschiedenen Spinngeschwindigkeiten ersponnenen Polyestergarnen mit unterschiedlichen Faserstärken verwendet. Die Beispiele zeigen die ermittelten Uster-Werte im Vergleich zu mit der Anordnung nach Beispiel 1 für das jeweils gleiche Garn ermittelten Kontrollwerten. An der Anordnung nach Fig. 4- wurden folgende Änderungen vorgenommen: Im Beispiel 8 wurden Luftturbinenrollen anstelle von luftgelagerten Rollen verwendet. Die zugeführte Druckluft lieferte einen geringen Antrieb, so daß sich die Rollen ohne das Garn mit einer Drehzahl von 28 ooo U/min drehten.

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Dabei wurden mit ein-, zwei- oder dreifacher Umschlingung gleichwertige Ergebnisse erzielt. Im Beispiel 9 war eine der Rollen eine Luftturbinenrolle und die andere luftgelagert. Die Drehzahl der Luftturbinenrolle ohne Garn betrug 28 000 U/min.

Tabelle II	Spinngeschwindigkeit	m/min	(3000 y/min)	Denier	Uster	Kontrolle
Beispiel	274-3	m/min	(2000 y/min)	280/35	1,14%	1,07%
5	1828	m/min	(1000 y/min)	415/35	0,99%	1,03%
6	914	m/min	(3400 y/min)	290/35	1,63%
7	3109	m/min	(3400 y/min)	260/35	0,96%	1,12%
8	3109		260/35	1,06%	1,12%
9

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Claims (12)

1. Patentansprüche;

   π Λ Verfahren zum Erspinnen von mehrfaserigem Polymergarn, bei welchem ein faserbildendes Material durch eine mehrere Durchlässe aufweisende Spinndüse extrudiert wird, zu einer Anzahl von Fasern erstarrt und die Fasern abgezugen und mittels einer Aufwickeleinrichtung aufgespult werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abziehen und Aufspulen in einem Aufwickelschritt kombiniert sind und daß durch die Traversierbewegung der Aufwickeleinrichtung hervorgerufene, periodische Änderungen der Faserstärke des Garns bewirkende Schwankungen der auf das Garn ausgeübten Zugspannung dadurch ausgeglichen werden, daß die Fasern nach dem Erstarren in Anlage an wenigstens einer angetriebenen reibungsarmen Rolle geführt werden, so daß

   r
   die Schwankungen de? auf das Garn ausgeübten Zugspannung durch die kinetische Energie der rotierenden Rolle wesentlich verringert und die beim Abziehen von der Spinndüse auf die Fasern ausgeübte Zugspannung im wesentlichen konstant gehalten wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwickelgeschwindigkeit ca. 9144· bis 3657 m/min (1000 bis 4000 yards/min) beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angetriebene reibungsarme Rolle in einem Abstand von wenigstens dem zweieinhalbfachen der Traversierlänge der Aufwickeleinrichtung von

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   dieser angeordnet ist.
4. 4-, Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern nach dem Erstarren in Anlage an einer angetriebenen reibungsarmen Rolle geführt werden.
5. 5· Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern nach dem Erstarren um zwei angetriebene reibungsarme Rollen geschlungen werden.
6. 6. Verfahren zum Erspinnen von zum Falschdraht-Texturisieren bestimmtem, mehrfaserigem Polyestergarn, bei welchem ein geschmolzenes, faserbildendes Material, welches wenigstens 85 Gew.% eines Esters eines zweiwertigen Alkohols und Terephthalsäure enthält, durch eine mehrere Durchlässe aufweisende Spinndüse in einen Inertgasstrom extrudiert wird, wobei das Gas auf einer zum Kühlen des Materials bis unter seinen Erstarrungspunkt geeigneten Temperatur gehalten wird, so daß eine Anzahl von Fasern entsteht, welche dann abgezogen und mittels einer Aufwickeleinrichtung aufgespult werden, dadurch g ekennz e i chne t, daß das Abziehen und Aufspulen in einem Aufwickelschritt kombiniert sind und daß durch die Traversierbewegung der Aufwickeleinrichtung hervorgerufene, periodische Änderungen der Faserstärke des Garns bewirkende Schwankungen der auf das Garn ausgeübten Zugspannung dadurch ausgeglichen werden, daß die Fasern nach dem Erstarren in Anlage an wenigstens einer angetrie-

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   k' 5 3 6 3 5 3

   benen reibungsarmen Rolle geführt werden, so daß die Schwankungen der auf das Garn ausgeübten Zugspannung durch die kinetische Energie der rotierenden Rolle wesentlich verringert und die beim Abziehen von der Spinndüse auf die Fasern ausgeübte Zugspannung im wesentlichen konstant gehalten wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwickelgeschwindigkeit ca. 914-bis 3657 m/min (1000 bis 4000 yards/min) beträgt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7* dadurch gekennz ei chnet, daß die angetriebene reibungsarme Rolle in einem Abstand von wenigstens dem Zweieinhalbfachen der Traversierlange der Aufwickeleinrichtung von dieser angeordnet ist.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern nach dem Erstarren in Anlage an einer angetriebenen reibungsarmen Rolle geführt werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern nach dem Erstarren um zwei angetriebene reibungsarme Rollen geschlungen werden.
11. 11. Vorrichtung zum Erspinnen von mehrfaserigem Polymergarn, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10) zum Extrudieren eines faserbildenden Materials zu einer Anzahl von Fasern, durch Einrichtungen zum Abkühlen des

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    polymeren Materials auf eine Temperatur unter seinem Erstarrungspunkt, durch. Aufwickeleinrichtungen (24) für die abgekühlten Fasern und durch wenigstens eine zwischen der Kühleinrichtung und der Aufwickeleinrichtung angeordnete angetriebene reibungsarme Rolle.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwiekeleinrichtung (24) eine Spulvorrichtung ist.

    13· Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennz eichnet, daß der Abstand zwischen der reibungsarmen Rolle (19, 21) und der Spulvorrichtung wenigstens das Zweieinhalbfache der Traversierlänge der SpulVorrichtung beträgt.

    14-. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kühleinrichtung und der Aufwickeleinrichtung (24) eine angetriebene reibungsarme Rolle (19) angeordnet ist.

    15· Vorrichtung nach Anspruch. 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kühleinrichtung und der Aufwickeleinrichtung (24) zwei angetriebene reibungsarme Rollen (21) angeordnet sind.

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