CH631495A5 - Streckspinnverfahren fuer die herstellung von polyester-endlosgarn. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Streckspinnverfahren für die Herstellung von Polyester-Endlosgarn, insbesondere auf ein einstufiges Hochgeschwindigkeits-Streckspinn-verfahren für die Herstellung von Garnen mit Eigenschaften, die mit denjenigen vergleichbar sind, die bisher nur mit Garnen erreichbar waren, die nach einstufigen Spinnverfahren mittlerer Geschwindigkeit oder nach zweistufigen Spinnverfahren mit Spinnen und anschliessender Verstreckung in der ersten und einer Hitzeentspannungsbehandlung in der zweiten Stufe hergestellt wurden.

In der GB-PS 1 487 843 wurde beispielsweise vorgeschlagen, Polyester-Multifilamentgarne vorteilhaft nach Verfahren herzustellen, wobei frisch extrudierte Filamente unter bestimmten, definierten Bedingungen nacheinander durch Ver-festigungs- und Konditionierungszonen geleitet und dann mit einer Geschwindigkeit von 1000-6000 m/min aufgewickelt werden. Bei der Ausführung dieser Verfahren hat es sich jedoch gezeigt, dass die Eigenschaften des Garns, insbesondere die mechanischen Eigenschaften, bei Übersteigen einer Aufwickelgeschwindigkeit von 5500 m/min abzufallen beginnen. Insbesondere nimmt die Anzahl Brüche von Einzelfilamenten bis zum schlussendlichen Zerreissen des ganzen Garnes zu, und diese Einschränkung hat sich bei der Herstellung von Endlosgarnen von niedrigem Titer, wo Brüche von Einzelfilamenten eher auftreten, als besonders ernsthaft erwiesen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist und es nicht nur ermöglicht, bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 6000 m/min brauchbare und erwünschte Garneigenschaften zu erzielen, sondern die Aufwickelgeschwindigkeit noch weiter zu erhöhen und dabei ohne nennenswerte Verminderung der Garneigenschaften die Spinnproduktivität zu erhöhen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das im Patentanspruch 1 definiert ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders vorteilhaft für die Herstellung von Endlosgarnen mit hohem Titer.

Vorzugsweise wird das erste Fluid auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des Polyesters, der im Bereich von 260-280 °C liegt, und 350 °C gebracht, wie in Beispiel 1 beschrieben, und das zweite Fluid auf eine Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur des Polyesters, die im Bereich von 80-90 °C liegt, und dem Schmelzpunkt des Polyesters erhitzt. Vorteilhaft sind die Zonen der beiden Behandlungen mit Fluiden unterschiedlicher Temperatur durch einen Abstand, der 100-500 cm beträgt, voneinander getrennt.

Das bevorzugte Fluid ist Luft, obwohl auch Stickstoff und Wasserdampf erwähnt werden können. Die Aufwickelgeschwindigkeiten des Garns liegen vorzugsweise oberhalb von 6000 m/min. Aufwickelgeschwindigkeiten oberhalb 8000 m/min werden als industriell schwierig durchführbar erachtet und daher nicht bevorzugt.

Die Zone des ersten erhitzten Fluids, vorzugsweise Luft, durch welche das Garn geleitet wird, kann zweckmässig eine elektrisch beheizte, vertikal angeordnete, zylindrische Metallumhüllung von genügend lichter Weise, um die Hindurchleitung des laufenden Garns zu ermöglichen, sein, wovon das eine Ende mit dem Austrittsende der Spinndüse dichtend verbunden ist. Die Länge dieser Umhüllung ist nicht kritisch und kann bis zu 100 cm betragen, obwohl kürzere Umhüllungen bevorzugt werden. Die Zone des zweiten erhitzten Fluids, vorzugsweise Luft, durch welche das Garn hindurchgeleitet wird, kann zweckmässig die Form eines elektrisch beheizten, länglichen Rohrs von kreisrundem Querschnitt aufweisen, das zwischen der Umhüllung der ersten Zone und dem Mittel zum Aufwickeln des Garns vertikal angeordnet ist. Die lichte Weite dieses Rohrs soll das Hindurchleiten des laufenden Garns ermöglichen, und die Länge des Rohrs kann im Bereich von 30 cm bis zu 3 m betragen und beträgt vorzugsweise etwa 1 m. Die Luft in diesem Rohr kann stationär sein, jedoch kann im Hinblick auf die durch das hindurchlaufende Garn erzeugte Turbulenz bewusst Heissluft in das Rohr eingeleitet werden, üblicherweise an einer Stelle in der Umgebung des unteren Austrittsendes des Rohrs. Als wirksame durchschnittliche Temperatur der Rohrwandung hat sich eine Temperatur im Bereich von 190-210 °C erwiesen.

Beispiel 1

Durch eine Spinndüse mit 20 Öffnungen von 228 |xm lichter Weise wurde aus Polyäthylenterephthalat bei einer Extrusions-temperatur von 290 °C ein Multifilament mit einem Gesamtster von 56 dtex aus 20 Einzelfilamenten der Viskositätszahl 0,62 gesponnen. Unterhalb des Austrittsendes der Spinndüse und mit diesem dicht verbunden war eine zylindrische metallische, elektrisch beheizte Umhüllung mit einer lichten Weite von 10 cm und einer Länge von 30 cm vertikal angeordnet. Die mittels Thermoelementen in einem Abstand von 2 cm zur Innenwandung der Umhüllung gemessene durchschnittliche Temperatur der Luft in der Umhüllung betrug 300 °C. Unterhalb dieser Umhüllung und etwa 2 m unterhalb des Austrittsendes der Spinndüse war ein elektrisch beheiztes längliches Metallrohr von kreisrundem Querschnitt mit einer lichten Weite von 5 cm und einer Länge von 1 m für stationäre Luft vertikal angeordnet. Die durchschnittliche, mittels Thermoelementen gemessene Temperatur der Wandung dieses Rohrs betrug 200 °C. Um die hindurchgeleiteten Einzelfilamente des Multifilament-garns zusammenzuhalten und das Garn abzuflachen und um das Einschleppen von kalter Luft auf ein Minimum herabzusetzen, war am Garn-Eintrittsende dieses Rohrs ein Paar zylindrischer Garnführer angeordnet. Garn-Spannungsführer als solche waren nicht vorhanden. Das hindurchgeleitete Garn wurde nach Auftragen einer Gleitmittel-Präparation mit unter2

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10

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schiedlichen Geschwindigkeiten im Bereich von 4000-7500 m/min aufgewickelt, und danach wurde die Eigenschaft der mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufgewickelten Garne bestimmt, um die Auswirkung des erfindungsgemässen Verfahrens bei Erhöhung der Aufwickelgeschwindigkeit auf mehr als 5500 m/min zu ermitteln, wobei festgestellt wurde, dass bei Erhöhung der Geschwindigkeit auf bis zu 7500 m/min keine nennenswerte Verminderung der Garneigenschaften eintritt. Insbesondere ist die Schrumpfung in siedendem Wasser sehr gering, so dass die Notwendigkeit einer weiteren Thermofixie-rung entfällt, während die Beibehaltung der hohen Vi Modul-Werte auf den reibungslosen Verlauf des erfindungsgemässen Verfahrens, d. h. eine minimale Anzahl von zerrissenen Einzelfilamenten, hinweist. Die jeweiligen Wickelgeschwindigkeiten und die dabei erzielten Werte für Reissfestigkeit, Bruchdehnung, Schrumpfung in siedendem Wasser und Vi Modul sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst. Die hier verwendete Bezeichnung «Vi Modul» steht für den Wert des Produktes der Multiplikation der Reissfestigkeit (R) mit der Quadratwurzel der Bruchdehnung (B) nach der Gleichung: Vi Modul = RB"2.

Aufwickelge- Reissfestig- Bruch- Schrumpfung in Vi Modul schwindigkeit keit dehnung siedendem g/dtex m/m in g/dtex % Wasser, %

4000

3,36

54

59,7

24,7

4500

3,63

37

9,9

24,9

5000

3,88

42

5,9

25,1

5500

4,23

34

5,6

24,5

6000

3,96

43

5,7

26,0

6500

3,82

40

4,9

24,1

7000

3,97

38

4,1

24,5

7500

3,87

46

4,4

26,2

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass aus dem Polyäthylenterephthalat ein Multifilamentgarn mit einem Gesamttiter von 100 dtex aus 20 Einzelfilamenten gesponnen wurde. Die entsprechenden Prüfresultate, die ähnliche Wirkungen darstellen, sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.

Aufwickelge- Reissfestig- Bruch- Schrumpfung in & Modul schwindigkeit keit dehnung siedendem g/dtex m/min g/dtex

%

Wasser, %

4000

2,47

58,6

57,2

18,9

4500

2,79

62,2

31,1

21,9

5000

3,52

56,4

6,1

26,4

5500

3,53

53,6

5,6

25,8

6000

3,61

51,0

3,85

25,8

6500

3,67

45,8

3,6

24,9

7000

3,93

42,0

4,0

25,5

7500

4,2

41,6

3,4

27,1

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde mit den Ausnahmen wiederholt, dass die elektrisch beheizte Umhüllung unter der Spinndüse eine Länge von 60 cm aufwies und die durchschnittliche Temperatur der Luft in dieser Umhüllung 200 °C betrug. Die entsprechenden Prüfbedingungen und -resultate sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.

Aufwickelge

Reissfestig

Bruch

Schrumpfung in

Vi Modul schwindigkeit keit dehnung siedendem g/dtex m/min g/dtex

,%

Wasser, %

4000

3,21

53,4

6,0

23,4

4500

3,26

39,2

6,6

20,4

5000

3,67

39,4

5,7

23,0

5500

3,82

30,8

5,7

21,2

6000

3,46

40,0

6,1

21,9

6500

3,47

35,6

5,8

20,7

7000

Garn zerrissen

Aus der vorstehenden Tabelle geht hervor, dass eine kürzere und auf eine höhere Temperatur erhitzte Umhüllung gemäss Beispiel 1 zu bevorzugen ist, dass jedoch gegenüber der Verwendung eines beheizten Rohrs allein gemäss Vergleichsversuch c) trotzdem eine Verbesserung erzielt wurde. Oberhalb einer Aufwickelgeschwindigkeit von 5500 m/min beginnen jedoch die Garneigenschaften allmählich abzusinken, und oberhalb einer Aufwickelgeschwindigkeit von 6500 m/min zerreisst das Garn, während es nach der Ausführungsform gemäss Beispiel 1 noch mit einer Geschwindigkeit von 7500 m/min aufgewickelt werden kann.

Beispiel 4

Das in Beispiel 1 beschriebene Vorgehen wurde unter Einsatz einer Aufwickelgeschwindigkeit von 6000 m/min wiederholt, wobei die Auswirkung unterschiedlicher Temperaturen der Wandung des Rohrs abgeklärt wurde. Die jeweiligen Temperaturen der Rohrwandung und die dabei erhaltenen Resultate sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.

Temperatur der Reissfestig-Rohrwandung, °C keit, g/dtex

Bruchdeh-Schrumpfung in nung, % siedendem Wasser, %

Vi Modul g/dtex

200 3,8

41,6

5,2

24,5

220 3,9

46,2

5,2

26,5

240 3,95

45,5

6,2

26,6

260 4,1

44,2

6,2

27,2

Aus der Tabelle geht hervor, dass zur Erhöhung der Temperatur der Rohrwandung eine geringe, jedoch bedeutsame Verbesserung der Reissfestigkeit erzielbar ist. Bei Temperaturen der Rohrwandung von 260 °C und darüber wird jedoch die Auf-wickelbarkeit des Garns zunehmend schwieriger, und der reibungslose Verlauf des Verfahrens wird dadurch in Frage gestellt.

Vergleichsversuch a)

Nach einem zweistufigen Verfahren aus dem Stand der Technik mit Spinnen und anschliessender Verstreckung in der ersten und einer Hitze-Entspannungsbehandlung in der zweiten Stufe wurde aus Polyäthylenterephthalat der Viskositätszahl 0,675 durch eine Spinndüse mit 36 Öffnungen einer lichten Weite von 305 p.m bei einer Extrusionstemperatur von 289 °C ein Multifilamentgarn mit einem Gesamttiter von 644 dtex aus 36 Einzelfilamenten gesponnen und in unverstrecktem Zustand mit einer Geschwindigkeit von 1000 m/min aufgewickelt. Die Viskositätszahl der Filamente betrug 0,63.

In einem separaten Verstreckungsgang wurde das Garn auf das 4,6fache seiner ursprünglichen Länge zu einem Garn mit einem Gesamttiter von 140 dtex heissverstreckt und danach einer Hitze-Entspannungsbehandlung unter Schrumpfung um 5,6% unterzogen. In der Verstreckungsstufe war die Zuführwalze auf eine Temperatur von 77 °C und die Abzugwalze auf

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eine Temperatur von 220 °C erhitzt. Die schlussendliche Aufwickelgeschwindigkeit betrug 550 m/min. Das erhaltene Garn zeigte die in der nachstehenden Tabelle angeführten Eigenschaften.

Aufwickelge- Reissfestig- Bruchdeh-Schrumpfung in '/iMbdul schwindigkeit keit nung,% siedendem g/dtex

Reissfe

Bruch

Schrumpfung in

Vi Modul stigkeit dehnung siedendem Wasser

g/dtex

%

. %

g/dtex

6,75

17,0

3,0

27,8

Vergleichsversuch b)

Nach einem einstufigen Verfahren aus dem Stand der Technik wurde aus Polyäthylenterephthalat durch eine Spinndüse mit 20 Öffnungen einer lichten Weite von 381 (im bei einer 20 Extrusionstemperatur von 295 °C ein Multifilamentgarn mit einem Gesamttiter von 56 dtex aus 20 Einzelfilamenten gesponnen. Die Viskositätszahl der erhaltenen Filamente betrug 0,635. Das Vorgehen war demjenigen gemäss Beispiel 1 mit der Ausnahme identisch, dass nur die beheizte Umhüllung, jedoch kein 25 beheiztes Rohr zum Einsatz gelangte. Das Garn wurde mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten von 4000,5000 bzw. 6000 m/min aufgewickelt, und die dabei erhaltenen Garneigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.

30

m/min g/dtex

Wasser, %

5

4000

3,22

45,0

4,9

21,6

4500

3,39

41,4

5,1

21,8

5000

3,62

31,6

5,4

20,3

5500

3,16

48,0

6,0

21,9

10 6000

3,13

41,6

6,5

20,2

6500

Garn zerrissen

Aufwickelge

Reissfe

Bruch

Vi Modul schwindigkeit stigkeit dehnung

m/min g/dtex

%

g/dtex

4000

2,54

87,4

23,7

5000

3,04

58,8

23,3

6000

3,12

45,3

20,9

Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, dass die Garneigenschaften ihren Höchstwert bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 5000 m/min erreichen und danach abzufallen beginnen und auf Eigenschaftswerte zurückkehren, die denjenigen traditioneller Extrusions-Schmelzspinnverfahren bei hoher Geschwindigkeit, wie im Vergleichsversuch d) beschrieben, entsprechen, bevor das Garn bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 6500 m/min zerreisst.

Vergleichsversuch d)

Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass anstelle der beheizten Umhüllung und des beheizten Rohrs eine ähnliche Querstrom-Abschreckeinrichtung zum Einsatz gelangte, wie sie in konventionellen Polyester-Schmelzspinn-verfahren niedriger Geschwindigkeit, d. h. mit einer Aufwickelgeschwindigkeit von etwa 1000 m/min, für die Herstellung von Garnen niedriger und mittlerer Reissfestigkeit verwendet wird. Die Abschreckeinrichtung war 50 cm lang mit einer lichten Weite von 11 cm und wurde bei einer Temperatur von 30 °C mit einem rechtwinklig zur Durchlaufrichtung des Garns verlaufenden Luftstrom von 17001/min betrieben. Das Garn wurde mit verschiedenen Geschwindigkeiten, beginnend bei 4000 m/min, aufgewickelt, und die jeweiligen Aufwickelgeschwindigkeiten sowie die dabei erhaltenen Resultate der Garneigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.

Es war somit nicht möglich, durch alleinigen Einsatz einer beheizten Umhüllung in Abwesenheit eines beheizten Rohrs ähnliche Garneigenschaften zu erzielen, wie in Beispiel 1 angeführt.

40

45

Vergleichsversuch c)

Nach einem einstufigen Verfahren aus dem Stand der Technik wurde Beispiel 1 mit der Ausnahme wiederholt, dass die mit dem Ausgangsende der Spinndüse dichtend verbundene, 30 cm lange, beheizte Umhüllung entfernt wurde und nur das beheizte Rohr zum Einsatz gelangte. Die entsprechenden dabei erhaltenen Garneigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.

Aufwickelge

Reissfestig

Bruchdeh-Schrumpfung in

Vi Modul schwindigkeit keit nung, %

siedendem g/dtex m/min g/dtex

Wasser, %

4000

2,53

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47,7

23,2

4500

2,71

70

5,2

22,7

5000

2,91

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3,8

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5500

3,0

50

3,3

21,2

6000

3,02

42

3,7

19,6

6500

Garn zerrissen

Aus der vorstehenden Tabelle geht hervor, dass es bei alleinigem Einsatz einer bekannten Querstrom-Abschreckeinrichtung nicht möglich ist, bei den höheren Aufwickelgeschwindig-55 keiten des erfindungsgemässen Verfahrens ähnliche Garneigenschaften zu erzielen, wie in Beispiel 1 angeführt.

Claims (6)

631495 PATENTANSPRÜCHE

1. Streckspinnverfahren für die Herstellung von Polyester-Endlosgarn, dadurch gekennzeichnet, dass man ein aus einem Polyester frischgesponnenes Mono- oder Multifilamentgarn nacheinander durch ein erstes, auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Polyesters erhitztes Fluid und danach durch ein zweites, auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polyesters erhitztes Fluid leitet, wobei die Zonen der beiden Behandlungen mit Fluiden unterschiedlicher Temperatur voneinander getrennt sind, und dass man das Garn dann mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5500 m/min aufwickelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Zonen der beiden Behandlungen mit Fluiden unterschiedlicher Temperatur 100-500 cm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des Polyesters und 350 °C aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid eine Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur des Polyesters und dessen Schmelzpunkt aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Fluid Luft ist.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das Garn mit einer Geschwindigkeit von mehr als 6000 m/min aufwickelt.