DE2841091A1 - Duennwandiger schlauch aus einem schmelzspinnbaren synthetischen polymeren sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Duennwandiger schlauch aus einem schmelzspinnbaren synthetischen polymeren sowie verfahren zu seiner herstellung

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Description

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Dünnwandiger Schlauch aus einem schmelzspinnbaren synthetischen Polymeren sowie Verfahren zu seiner Herstellung
A k ζ ο GmbH Wuppertal
Die Erfindung betrifft einen dünnwandigen Schlauch aus einem schmelzspinnbaren synthetischen Polymeren sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Ein "dünnwandiger Schlauch" im Sinne der Erfindung ist ein hohlzylindrisches Gebilde beliebiger Länge mit beispielsweise kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt, dessen in Längsund ümfangsrichtung im wesentlichen konstante Wandstärke weniger als etwa 15 % der größten Außenabmessung des Schlauchquerschnitts beträgt. Bei kreisförmigem Querschnitt entspricht die größte Außenabmessung dem Äußendurchmesser, bei elliptischem Querschnitt entspricht sie der großen äußeren Achse.
Derartige dünnwandige Schläuche, die beispielsweise zur Herstellung von Wärmetauschern Verwendung finden können, besitzen
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bei in der Regel kreisförmigem Querschnitt einen Außendurchmesser von etwa 40 bis 1OOO /an oder mehr, bei Wandstärken von etwa 5 bis 50 Am oder mehr.
Erwähnt werden gattungsgemäße dünnwandige Schläuche beispielsweise in der CA-PS 796 181, der CH-PS 442 379 und der GB-PS 1 314 820.
Die Herstellung solcher dünnwandiger Schläuche erfolgt in der Regel bei relativ niedrigen Spinngeschwindigkeiten von weit weniger als 1 000 m/min, die zu Gebilden mit Bruchdehnungen von in der Regel weit über 200 % und nur unbefriedigenden Festigkeiten führen. Die Verstreckung derartiger Gebilde zum Zwecke der Festigkeitserhöhung stößt auf verfahrenstechnische Schwierigkeiten (geringe Streckgesclwindigkeit) und führt in aller Regel dazu, daß die dünnwandigen Schläuche unter Einbüßung ihres freien Durchströir.ungsquerschnitts zusammenfallen und zum Teil auch am Mantel beschädigt werden, so daß diese Schläuche nicht mehr ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung zugeführt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, dünnwandige Schläuche der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine erhöhte Festigkeit aufweisen, aber trotzdem einen großen Durchströmungsquerschnitt und einen geschlossenen, d.h. unversehrten Mantel besitzen. Weiterhin soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, das die aufgezeigten Nachteile nicht aufweist, insbesondere ohne zusätzliche Verstreckung auskommt und mit erheblich höherer Abzugsgeschwindigkeit zu arbeiten gestattet.
Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die gattungsgemäßen dünnwandigen Schläuche schnellzuspinnen.
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Es muß als überraschend angesehen werden/ daß sich derart empfindliche Gebilde bei derart hohen Abzugsgeschwindigkeiten, wie sie beim Schnellspinnen derzeit erreichbar sind (3 500 m/min oder mehr) überhaupt herstellen lassen, ja daß dieses Verfahren sogar zu qualitativ hochwertigen Produkten führt.
Eine zur Kennzeichnung von aus der Schmelze von synthetischen Polymeren schnellgesponnenen dünnwandigen Schläuchen geeignete Kenngröße ist die geringe Bruchdehnung von weniger als 1OO %.
Die dünnwandigen Schläuche der eingangs genannten Art sind demgemäß erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen Durchstromungsquerschnitt von 30 bis 95 % des Gesamtquerschnitts und durch eine Bruchdehnung von weniger als 100 %.
Bevorzugt werden Schläuche mit einem Durchstromungsquerschnitt von 60 bis 95 % des "Gesamtquerschnitts.
Die erfindungsgemäßen dünnwandigen Schläuche lassen sich aus allen gängigen schmelzspinnbaren Polymeren herstellen. Besonders geeignet sind wegen ihrer besonderen Gebrauchseigenschaften beispielsweise die Polyamide/ insbesondere Polycaprolactam und Polyhexamethylenadipinsäureamid; Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat; Polyolefine, insbesondere Polyäthylen und Polypropylen; Polyvinylchlorid.
Wegen ihrer chemischen Beständigkeit beispielsweise gegenüber Lebensmitteln, kohlensäurehaltigen Flüssigkeiten od.dgl. werden Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat, bevorzugt.
Wenn chemische Beständigkeit neben einer guten Temperaturbeständigkeit gewünscht wird, bevorzugt man Schläuche aus Polyolefinen, insbesondere aus Polypropylen. L · -6- J
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Wenn höhere Festigkeitswerte erwünscht sind, werden die Schläuche aus Polyamiden, insbesondere aus Polyhexamethylenadipinsäureamid hergestellt.
Den Polymeren können Stabilisatoren, Ruß, Porenbildner oder andere Zusätze zugegeben werden.
üblicherweise besitzen die Schläuche einen Mantel, der keine Flüssigkeiten durchläßt. Für die Verwendung von Filtereinheiten ist es jedoch vorteilhaft, wenn die dünnwandigen-Schläuche einen mikroporösen Mantel besitzen.
Es wurde bereits erwähnt, daß die erfindungsgemäßen Schläuche im Gegensatz zum Stand der Technik, der mit Spinngeschwindigkeiten von unter 1 000 m/min arbeitet (vgl. DE-AS 2 630 374), schnellgesponnen werden. Die Abzugsgeschwindigkeit soll erfindungsgemäß größer als 3 500 m/min sein, vorzugsweise 5000 bis 7 000 m/min betragen. Bei diesen Abzugsgeschwindigkeiten - die ein Vielfaches äer bisherigen Arbeitsgeschwindigkeit bedeuten weisen die dünnwandigen Schläuche Festigkeiten auf, wie sie sonst nur durch eine zusätzliche (aber schwierige) Nachverstreckung erzielbar wären. Allerdings erfordern solch hohe Äbzugsgeschwindigkeiten, insbesondere wenn es auf große Außendurchmesser und hohe Wandstärken, also große Polymerdurchsätze ankommt, erhebliche Spinnhöhen (Abstand Spinndüse ./. Abzugsorgan) .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Spinnhöhe unter Ausnutzung des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung niedrig gehalten.
Das Phänomen der "natürlichen Fadenabbiegung" tritt allgemein beim Schmelzspinnen von Fäden aus synthetischen Polymeren in einem mehr oder weniger großen Abstand von der Spinndüse auf,
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wenn man das Abzugsorgan aus seiner normalerweise im wesentlichen senkrecht unterhalb der Spinndüse befindlichen Lage seitlich herausbewegt. Es läßt sich deutlich sichtbar machen, wenn man beispielsweise einen monofllen Polyesterfaden mit einem Endtiter von 100 dtex mit 3 700 m/min abzieht und das zunächst senkrecht unterhalb der Spinndüse angeordnete Abzugsorgan (Schnellspulvorrichtung oder Fadeninjektor) allmählich in horizontaler Richtung entfernt und gegebenenfalls dabei gleichzeitig in vertikaler Richtung anhebt.
Trotz der dadurch veränderten Lage des Abzugsorgans bewegt sich der Faden unterhalb der Spinndüse über eine gewisse Strecke weiterhin vertikal nach unten, um dann in Richtung auf das Abzugsorgan abzubiegen. Der Bereich dieser "natürlichen", d.h. ohne zusätzliche mechanischen Fadenleitorgane sich einstellenden Fadenabbiegung erstreckt sich nur auf einer Länge von wenigen Zentimetern und ändert seine Lage nicht wesentlich, auch wenn die Lage des Abzugsorgans deutlich verändert wird.. Hingegen läßt sich die Lage des Bereichs der "natürlichen Fadenabbiegung" durch Veränderung der Spinnbedingungen variieren; beispielsweise entfernt er sich bei Erhöhung des Schmelzedurchsatzes von der Spinndüse. Das Phänomen tritt auch beim Schnellspinnen dünnwandiger Schläuche auf.
Mit Hilfe dieses Phänomens läßt sich die Spinnhöhe (Abstand Spinnhöhe ./. Abzugsorgan) "niedrig halten", d.h. man kann bei vorhandener Spinnraumhöhe durch seitliches Herausziehen des Abzugsorgans und Ausnutzung der natürlichen Fadenabbiegung den Polymerdurchsatz pro Düsenloch vergrößern oder aber bei gleichbleibendem Polymerdurchsatz mit geringeren Spinnraumhöhen auskommen. Allgemein ausgedrückt, kann man mit Hilfe des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung hohe Polymerdurchsätze verwenden, ohne in der Praxis nicht zu verwirklichende überdimensionale Abkühlstrecken vorsehen zu müssen.
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In der DE-OS 26 38 662 ist zwar schon vorgeschlagen worden, normale schmelzgesponnene Fäden unmittelbar am unteren Ende des Blasschachtes seitlich abzuziehen und schräg nach oben einem Aufwickelorgan zuzuführen, das beispielsweise neben dem Extruder stehen kann. Voraussetzung dieser mit Hilfe einer Abzugsgalette erfolgenden Fadenumlenkung ist aber eine bereits im Blasschacht erfolgte Rekristallisation der Fäden, so daß die Fäden nicht mehr klebrig und soweit stabil sind, daß man sie mechanisch handhaben kann.
Im Gegensatz zu diesem bekannten Vorschlag wird erfindungsgemäß vom Phänomen der natürlichen Fadenabbiegung Gebrauch gemacht, die wesentlich näher zur Spinndüse hin erfolgt, in einem Bereich, wo der Schlauch mechanisch oder gar nicht handhabbar ist. So weist ein Polyesterschlauch in diesem Bereich eine Temperatur von etwa 1500C und einen Kristallisationsgrad von weniger als 10 % auf. Wenn man versucht, den Schlauch in diesem Bereich mechanisch umzulenken, kommt es infolge Verklebung des Schlauchs mit dem Fadenumlenkorgan sofort zum Spinnbruch.
Gegenüber dem bekannten Vorschlag gestattet die erfindungsgemäß bevorzugte Lehre, sich, des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung zu bedienen, eine nicht unerhebliche weitere Reduzierung der Spinnhöhe.
Bei Anwendung des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung ist itfeiterhin festgestellt worden, daß hinter dem Bereich der natürlichen Fadenabbiegung noch ein Bereich liegt, in dem Kristallinität und Doppelbrechung des Schlauchs deutlich ansteigen. In diesem Bereich erfolgt ein deutlicher Nachverzug der Schläuche um einen Faktor von etwa 2 bis 3« Um die daraus resultierenden Verbesserungen der textilen Eigenschaften der Schläuche nutzbar machen zu können β wird vorzugsweise der
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Abstand des Abzugsorgans vom Bereich der natürlichen Fadenabbiegung hinreichend groß gewählt, damit der Schlauch einem Nachverzug unterworfen werden kann.
Während es - wie bereits erwähnt - nicht möglich ist, die Schläuche im Bereich der natürlichen Fadenabbiegung mechanisch, d.h. mittels eines Umlenkorgans umzulenken, ist es überraschenderweise gelungen, durch Anordnung eines Prallblechs senkrecht unterhalb der Spinndüse diesen Bereich der natürlichen Fadenabbiegung näher an die Spinndüse zu verlegen. Diese Verfahrensvariante wird bevorzugt, weil sie eine weitere Verkürzung der Spinnhöhe (um bis zu einem Meter) gestattet.
Weiterhin ist es zur Verbesserung der Schlaucheigenschaften zweckmäßig, wenn der Bereich der natürlichen Fadenabbiegung in eine Kühlflüssigkeit verlegt wird, z.B. in eine kleine Wasserwanne, die an Stelle des erwähnten Prallblechs angeordnet werden kann.
Zur Erzeugung von stabilen Schlauchgebilden mit großen Außenabmessungen und sehr geringen Wandstärken wird während des Ausspinnens des dünnwandigen Schlauches aus der Düse ein hohlraumbildendes Fluid, insbesondere ein Gas, in den Schlauch eingeblasen.
Die Erfindung wird an Hand beigefügter Zeichnung erläutert. Darin ist
Fig. 1 die schematische Darstellung einer Schnellspinnanlage mit senkrecht unter der Spinndüse angeordnetem Abzugsorgan,
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Fig. 2 die schematische Darstellung einer solchen Anlage mit seitlich herausgerücktem Abzugsorgan (in verschiedenen Höhen angeordnet),
Fig. 3 der vergrößerte Ausschnitt aus einem frischgesponnenen dünnwandigen Schlauch im Bereich der natürlichen Fadenabbiegung und
Fig. 4 der Querschnitt eines fertigen dünnwandigen Schlauches.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird aus einer Spinndüse 1 Schmelze in einen Fallschacht 2 ausgesponnen, in dessen oberem Teil eine Anblasung vorgesehen sein kann. Der frischgesponnene dünnwandige Schlauch 3 wird nach Verzug, Verfestigung und hinreichender Abkühlung von einem Abzugsorgan, hier einem Spulaggregat 4, aufgenommen, welches in seiner Grundposition (I) senkrecht unter der Spinndüse 1 steht. Der Schlauch 3 läuft dabei - von "geringen Abweichungen durch eventuelle Anblasung abgesehen - von der Spinndüse 1 senkrecht nach unten auf das Spulaggregat 4 zu.
Um das erfindungsgemäß nutzbar zu machende "Phänomen der natürlichen Fadenabbiegung" sichtbar zu machen, wird das Spulaggregat 4 aus einer Grundposition (I), Fig. 1, seitlich herausgerückt, Position (II), vgl. Fig. 2. Der Schlauch 3 bewegt sich dann nicht - was zu erwarten wäre - in einer parabelförmigen oder ähnlichen Kurve, frei durchhängend von der Spinndüse 1 zum Spulaggregat 4, sondern er bewegt sich zunächst - als stünde das Spulaggregat in seiner Grundposition (I) - senkrecht nach unten. Dann ist ein Bereich 3a zu beobachten, in dem der Schlauch seitlich abbiegt (und zwar zunächst vom Spulaggregat 4 weg) und anschließend kreisbogenähnlich in eine Bahn einläuft, die praktisch gerade auf das Spulaggregat 4 zuführt. Dieser Schlauchabschnitt ist mit 3 b bezeichnet, wobei
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der Zusatz (II) auf die Position (II) des Spulaggregats 4 Bezug nimmt.
Hebt man nunmehr das Spulaggregat 4 an, Position (UI) und (IV), dann verändert sich bei gleichbleibenden Spinnbedingungen die Lage des Bereichs 3 a praktisch nicht. Lediglich die Form der Abbiegung, die in Fig. 3 vergrößert dargestellt ist, wird infolge der Reduzierung des Vlinkels zwischen den Abschnitten 3 b und 3 bei Veränderung der Höhe des Spulaggregats 4 von Position (II) über (III) nach (IV) etwas verändert.
Im dargestellten Beispiel läßt sich die Spinnhöhe, also der (vertikale) Abstand zwischen Spinndüse 1 und Spulaggregat 4, deutlich reduzieren, wobei zugleich auch die Spinnraumhöhe bis auf den Abstand Spinndüse ./. Bereich 3 a verringert werden kann.
Es ist nicht erfordeflich, den Schlauch vom Bereich 3 a aus direkt auf das Abzugsorgan auflaufen zu lassen. Vielmehr können - nachdem der Schlauch hinreichend abgekühlt ist -. übliche Fadenführungsorgane (Fadenführer, Präparationsgaletten) dem Abzugsorgan vorgeschaltet sein (nicht dargestellt). Wenn man bei einer der Anordnungen gemäß Fig. 2 unterhalb des Bereichs 3 a ein Prallblech anordnet, das senkrecht oder schräg zum Verlauf des Schlauches 3 steht, und dieses Prallblech vorsichtig an den Bereich 3 a des Schlauches heranführt und dann weiter anhebt, so läßt sich - bei stabilem Fadenlauf der Bereich 3 a der natürlichen Fadenabbiegung noch bis zu etwa einem Meter anheben (nicht dargestellt).
In Fig. 4 ist ein für die erfindungsgemäßen dünnwandigen Schläuche typischer Querschnitt dargestellt. Der Schlauch 3 besitzt einen Mantel mit geringer Wandstärke "s", von dein ein freier Durchströmungsquerschnitt 5 umschlossen wird. Der dar-
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gestellte Querschnitt ist von einem dünnwandigen Schlauch genommen worden, der mit 5 200 m/min aufgespult worden war.
Beispiel
Polyäthylenterephthalat mit einer Schnitzel-Lösungsviskosität von 1,63 wird bei einer Spinntemperatur von 28O°C durch eine Einloch-Hohlfadendüse (Ringspaltdüse 1800 Jim/ 1000 pxa) ausgesponnen. Die Förderleistung beträgt 40 g/min« In den dünnwandigen Schlauch werden während seines Austritts aus dem Ringspalt der Düse 11 1/h Stickstoff eingeblasen„ Der frisch gesponnene Schlauch passiert ohne Queranblasung einen 3 m langen Fallschacht und wird mittels eines Spulaggregats, das zur Spinndüse einen vertikalen Abstand und einen horizontalen Abstand von jeweils etwa 5 m aufweist, mit 5«100 m/min aufgewickelt.
Der frischgesponnene Schlauch fällt dabei von der Düse aus etwa 4,9 m senkrecht nach unten und biegt dann unter einem Winkel von annähernd 90 (unter Ausbildung eines Bereichs 3a, wie er in Fig. 3 dargestellt ist) ab, um dann annähernd horizontal auf das Spulaggregat zuzulaufen.
Messungen haben ergeben, daß innerhalb des Fallschachts ein Spinnverzug von etwa 1 : 90 bis 1 s 200 und zwischen dem Bereich 3 a und dem Spulaggregat ein Nachverzug von etwa 1 : bis 1 : 5 auftritt, und zwar letzterer in einem Abstand von etv/a 0,5 bis 3,5 m zum Bereich 3 a.
Die aufgespulten dünnwandigen Schläuche besitzen einen (berechneten Titer von 78 dtex, einen Außendurchmesser von etwa 260 um und eine Wandstärke von 6 bis 7 mi. Die Bruchdehnung beträgt, 69%, die Festigkeit 35 cN/tex.
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Claims (13)

  1. 28410S1
    A3GW31849 DE
    Patentansprüche
    1J Dünnwandiger Schlauch aus einem scfemelzspinnbaren synthetischen Polymeren, gekennzeichnet durch einen Durchstroaajaagsqiaersehiiltt von 3O bis 95 % des Gesamtguerschnitts and eine Bruchdehnung von weniger als 100 %,
  2. 2. Dünnwandiger Schlauch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Durchströmungsquerschnitt von 60 bis 95 %.
  3. 3. Dünnwandiger Schlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Polyester, insbesondere aus Polyäthylenterephthalat besteht.
  4. 4. Dünnwandiger Schlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Polyolefin, vorzugsweise aus Polypropylen besteht.
  5. 5. Dünnwandiger Schlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Polyamid, vorzugsweise aus Polyamid 6.6 besteht.
  6. 6. Dünnwandiger Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen mikroporösen Mantel.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Schläuche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, durch Schmelzspinnen von synthetischen Polymeren, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsgeschwindigkeit größer als 3 500 m/min ist.
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  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsgeschwindigkeit 5 000 bis 7 000 m/min beträgt.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnhöhe unter Ausnutzung des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung niedrig gehalten wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Abzugsorgans vom Bereich der natürlichen Fadenabbiegung hinreichend groß gewählt wird, daß das dünnwandige Schlauchgebilde einem Nachverzug unterzogen werden kann.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der natürlichen Fadenabbiegung durch Anordnung eines Prallblechs senkrecht unterhalb der Spinndüse näher an die Spinndüse verlegt wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, das der Bereich der natürlichen Fadenabbiegung in eine Kühlflüssigkeit verlegt wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ausspinnens des dünnwandigen Schlauches aus der Düse ein hohlraumbildendes Fluid, insbesondere ein Gas, in den Schlauch eingeblasen wird.
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