DE2841091C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dünn­ wandiger Schläuche mit einem Durchströmungsquerschnitt von 30 bis 95% des Gesamtquerschnitts und einer Bruchdehnung von weniger als 100% durch Schmelzspinnen von synthetischen Polymeren.

Ein "dünnwandiger Schlauch" im Sinne der Erfindung ist ein hohlzylindrisches Gebilde beliebiger Länge mit beispielsweise kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt, dessen in Längs- und Umfangsrichtung im wesentlichen konstante Wandstärke weniger als etwa 15% der größten Außenabmessung des Schlauchquer­ schnitts beträgt. Bei kreisförmigem Querschnitt entspricht die größte Außenabmessung dem Außendurchmesser, bei elliptischem Querschnitt entspricht sie der großen äußeren Achse.

Derartige dünnwandige Schläuche, die beispielsweise zur Her­ stellung von Wärmetauschern Verwendung finden können, besitzen bei in der Regel kreisförmigem Querschnitt einen Außendurch­ messer von etwa 40 bis 1000 µm oder mehr, bei Wandstärken von etwa 5 bis 50 µm oder mehr.

Erwähnt werden gattungsgemäße dünnwandige Schläuche beispiels­ weise in der CA-PS 7 96 181, der CH-PS 4 42 379, der GB-PS 13 14 820 und der GB-PS 9 50 213.

Die Herstellung solcher dünnwandiger Schläuche erfolgt in der Regel bei relativ niedrigen Spinngeschwindigkeiten von bis zu 1200 m/min, die zu Gebilden mit Bruchdehnungen von in der Regel weit über 200% und nur unbefriedigenden Festig­ keiten führen. Die Verstreckung derartiger Gebilde zum Zwecke der Festigkeitserhöhung stößt auf verfahrenstechnische Schwierigkeiten (geringe Streckgeschwindigkeit) und führt in aller Regel dazu, daß die dünnwandigen Schläuche unter Einbüßung ihres freien Durchströmungsquerschnitts zusammen­ fallen 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, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches die aufge­ zeigten Nachteile nicht aufweist, insbesondere eine erhöhte Wirtschaftlichkeit aufweist. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten dünnwandigen Schläuche sollen eine erhöhte Festigkeit aufweisen, aber trotzdem einen großen Durchströmungsquerschnitt und einen geschlossenen, d. h. unversehrten Mantel besitzen.

Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß bei dem gattungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, daß mit einer Abzugsgeschwindigkeit größer als 3500 m/min abgezogen wird.

Es muß als überraschend angesehen werden, daß sich derart empfindliche Gebilde bei derart hohen Abzugsgeschwindigkei­ ten, wie sie beim Schnellspinnen derzeit erreichbar sind (3500 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 100%. Sie weisen einen Durchströmungsquerschnitt von 30 bis 95% vorzugsweise von 60 bis 95%, des Gesamtquerschnitts auf.

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, bevor­ zugt.

Wenn chemische Beständigkeit neben einer guten Temperaturbe­ ständigkeit gewünscht wird, bevorzugt man Schläuche aus Poly­ olefinen, insbesondere aus Polypropylen.

Wenn höhere Festigkeitswerte erwünscht sind, werden die Schläuche aus Polyamiden, insbesondere aus Polyhexamethylen­ adipinsäureamid 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 Filterein­ heiten 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 Spinngeschwindig­ keiten von bis zu 1200 m/min arbeitet (vgl. GB-PS 9 50 213), schnellgesponnen werden. Die Abzugsgeschwindigkeit soll erfin­ dungsgemäß größer als 3500 m/min sein, vorzugsweise 5000 bis 7000 m/min betragen. Bei diesen Abzugsgeschwindigkeiten - die ein Vielfaches der bisherigen Arbeitsgeschwindigkeit bedeuten - weisen die dünnwandigen Schläuche Festigkeiten auf, wie sie sonst nur durch eine zusätzliche (aber schwierige) Nachver­ streckung erzielbar wären. Allerdings erfordern solch hohe Abzugsgeschwindigkeiten, insbesondere wenn es auf große Außen­ durchmesser und hohe Wandstärken, also große Polymerdurchsätze ankommt, erhebliche Spinnhöhen (Abstand Spinndüse ./. Abzugs­ organ).

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, wenn man das Abzugsorgan aus seiner normalerweise im wesent­ lichen senkrecht unterhalb der Spinndüse befindlichen Lage seitlich herausbewegt. Es läßt sich deutlich sichtbar machen, wenn man beispielsweise einen monofilen Polyesterfaden mit einem Endtiter von 100 dtex mit 3700 m/min abzieht und das zunächst senkrecht unterhalb der Spinndüse angeordnete Abzugs­ organ (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 mechanische Fadenleitorgane sich einstellen­ den Fadenabbiegung erstreckt sich nur auf eine 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 Schmelzedurch­ satzes von der Spinndüse. Das Phänomen tritt auch beim Schnell­ spinnen 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 gleich­ bleibendem Polymerdurchsatz mit geringeren Spinnraumhöhen aus­ kommen. 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.

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 erfindungs­ gemäß vom Phänomen der natürlichen Fadenabbiegung Gebrauch gemacht, die wesentlich näher zur Spinndüse hin erfolgt, in einem Bereich, wo der Schlauch mechanisch oder gar nicht hand­ habbar ist. So weist ein Polyesterschlauch in diesem Bereich eine Temperatur von etwa 150°C und einen Kristallisations­ grad von weniger als 10% auf. Wenn man versucht, den Schlauch in diesem Bereich mechanisch umzulenken, kommt es infolge Ver­ klebung des Schlauchs mit dem Fadenumlenkorgan sofort zum Spinnbruch.

Gegenüber dem bekannten Vorschlag gestattet die erfindungs­ gemäß 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 weiterhin festgestellt worden, daß hinter dem Bereich der natürlichen Fadenabbiegung noch ein Bereich liegt, in dem Kristallinität und Doppelbrechung des Schlauchs deutlich an­ steigen. 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, wird vorzugsweise der Abstand des Abzugsorgans vom Bereich der natürlichen Faden­ abbiegung 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 ange­ ordnet werden kann.

Zur Erzeugung von stabilen Schlauchgebilden mit großen Außen­ abmessungen 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 der Zeichnung erläutert. Darin ist

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Schnellspinnan­ lage mit senkrecht unter der Spinndüse angeordnetem Abzugsorgan,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer solchen Anlage mit seitlich herausgerücktem Abzugsorgan (in ver­ schiedenen Höhen angeordnet),

Fig. 3 der vergrößerte Ausschnitt aus einem frischge­ sponnenen 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 frisch­ gesponnene dünnwandige Schlauch 3 wird nach Verzug, Verfesti­ gung und hinreichender Abkühlung von einem Abzugsorgan, hier einem Spulaggregat 4, aufgenommen, welches in seiner Grund­ position (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 Spul­ aggregat 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 3 a zu beobach­ ten, 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 der Zusatz (II) auf die Position (II) des Spulaggregats 4 Bezug nimmt.

Hebt man nunmehr das Spulaggregat 4 an, Position (III) 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 Winkels 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 erforderlich, 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 Prall­ blech 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 dem ein freier Durchströmungsquerschnitt 5 umschlossen wird. Der dar­ gestellte Querschnitt ist von einem dünnwandigen Schlauch genommen worden, der mit 5200 m/min aufgespult worden war.

Beispiel

Polyäthylenterephthalat mit einer Schnitzel-Lösungsviskosität von 1,63 wird bei einer Spinntemperatur von 280°C durch eine Einloch-Hohlfadendüse (Ringspaltdüse 1800 µm/1000 µm) aus­ gesponnen. Die Förderleistung beträgt 40 g/min. In den dünnwan­ digen Schlauch werden während seines Austritts aus dem Ring­ spalt 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 Spinn­ düse einen vertikalen Abstand und einen horizontalen Abstand von jeweils etwa 5 m aufweist, mit 5100 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 3 a, 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 : 200 und zwischen dem Bereich 3 a und dem Spulaggregat ein Nachverzug von etwa 1 : 2 bis 1 : 5 auftritt, und zwar letzterer in einem Abstand von etwa 0,5 bis 3,5 m zum Bereich 3 a.

Die aufgespulten dünnwandigen Schläuche besitzen einen (be­ rechneten) Titer von 78 dtex, einen Außendurchmesser von etwa 260 µm und eine Wandstärke von 6 bis 7 µm. Die Bruchdehnung beträgt 69%, die Festigkeit 35 cN/tex.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Schläuche mit einem Durchströmungsquerschnitt von 30 bis 95% des Gesamtquer­ schnitts und einer Bruchdehnung von weniger als 100% durch Schmelzspinnen von synthetischen Polymeren, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Abzugsgeschwindigkeit größer als 3500 m/min abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsgeschwindigkeit 5000 bis 7000 m/min beträgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand zwischen der Spinndüse und dem Abzugsorgan durch seitliches Herausziehen des Abzugsorgans unter Ausnutzung des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung verringert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der natürlichen Fadenabbiegung durch Anordnung eines Prallblechs senkrecht unterhalb der Spinndüse näher an die Spinndüse verlegt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der natürlichen Fadenabbiegung in eine Kühlflüssigkeit eingebracht wird.