Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines multifilen Fa- dens aus einer Polyamidschmelze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Die Herstellung von multifilen Fäden aus einer Schmelze erfolgt im allge- meinen nach dem Schmelzspinnverfahren. Hierbei wird eine zuvor erzeugte Schmelze aus einem Polymer unter Druck einer Spinndüse zugeführt, die aus einer Vielzahl von Düsenöffnungen feinste Filamentstränge extrudiert. Die extrudierten Filamente werden nach einer Abkühlung und Verfestigung der Schmelze zu dem Faden zusammengefasst und abgezogen. Anschlie- ßend wird der Faden verstreckt und relaxiert, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erhalten. Die einzelnen Verfahrensschritte haben wesentlichen Einfluss auf die Fadenparameter wie beispielsweise eine Massengleichmäßigkeit oder eine Anfärbequalität sowie insbesondere auf die textilen Eigenschaften wie Festigkeit, Dehnung und Kochschrumpf. Inso- weit müssen die einzelnen Behandlungs schritte wie das Abkühlen, das VerStrecken und das Relaxieren aufeinander abgestimmt sein, um die für den Fadentyp gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Dabei ist zu beachten, aus welchem Polymermaterial die Filamente extrudiert wurden. So weisen beispielsweise Polyester und Polyamid unterschiedliche Schmelz- temperaturen auf, was insbesondere die Behandlungstemperaturen beim VerStrecken oder Relaxieren beeinflusst. Die Herstellung eines Fadens aus Polyester oder die Herstellung eines Fadens aus Polyamid erfordert daher grundsätzlich unterschiedliche Einstellung sparameter wie beispielsweise aus der DE 35 08 955 AI hervorgeht.

So ist bekannt, dass die Abzugsgeschwindigkeit eines Fadens aus einer Spinnzone bei der Herstellung eines Fadens aus Polyamid wesentlich höher eingestellt wird im Vergleich zur Herstellung eines Fadens aus Polyester. Die Verstreckung erfolgt dabei zwischen zwei Gruppen von mehreren Ga- letten, die teilweise beheizte Führungsmäntel aufweisen. Eine thermische Nachbehandlung zur Relaxierung wird insbesondere durch die zweite Gruppe der Galetten mit beheizten Führungsmänteln ausgeführt. Dabei lässt sich feststellen, dass mit zunehmender Oberflächentemperatur der Führungsmäntel eine Verringerung des sogenannten Kochschrumpfes erreicht wird. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass eine übermäßige thermische Belastung in der Nachbehandlung der Filamente bei dem Polyamid zu einem Festigkeitsverlust führt.

Es ist daher nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrich- tung zur Herstellung eines multifilen Fadens aus einer Polyamid- Schmelze derart weiterzubilden, dass der Faden trotz relativ niedriger Kochschrumpfwerte eine hohe Festigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merk- malen nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass neben der thermischen Be- handlung auch die Fadenführung eine wesentliche Einflussgröße zur Ausbildung der physikalischen Eigenschaften darstellt. So wurde erkannt, dass die Lage eines Reibungspunktes nach der Relaxierbehandlung die Qualität des aus Polyamid gebildeten Fadens erheblich beeinflusst. So basiert das erfindungsgemäße Verfahren auf insgesamt drei Galettengruppen mehrerer Galetten. Eine erste Galettengruppe mit nicht beheizten Führungsmänteln zieht den Faden aus der Spinneinrichtung mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 3.400 m/min bis 4.600 m/min, vorzugsweise von 4.000 m/min bis 4.400 m/min. Anschließend wird der Faden zwischen der ersten Galettengruppe und einer zweiten Galettengruppe mit beheizten Führungsmän- teln verstreckt. Die Führungsmäntel der zweiten Galettengruppe sind auf einer Oberflächentemperatur beheizt, um den Faden auf eine Temperatur im Bereich von 140°C bis 200°C zu erwärmen und zu relaxieren. Danach wird der Faden in einer freien Kühlstrecke kontaktlos geführt, die sich zwischen der zweiten Galettengruppe und einer dritten Galettengruppe mit nicht be- heizten Führungsmänteln ausgebildet ist. Damit wird eine Stabilisierung und ausreichende Fixierung des Fadenmaterials erreicht. Wesentlich hierbei ist, dass innerhalb der Kühlstrecke kein Reibungskontakt zum Faden vorherrscht. So wurde festgestellt, dass ein vorzeitiger Reibungskontakt innerhalb der Kühlstrecke an dem Faden zu einem erheblichen Festigkeitsverlust führt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in der Variante ausgeführt, bei welcher der Faden an den Führungsmänteln der ersten und zwei- ten Galettengruppen mit jeweils einer einfachen Umschlingung in einem Winkelbereich von 100° bis 270° geführt wird. So lässt sich der Faden bei der thermischen Nachbehandlung wechselseitig erwärmen. Zum Abziehen des Fadens weist die erste Galettengruppe insgesamt drei Führungsmäntel auf, die mit ansteigenden Umfangsgeschwindigkeiten mit einer Geschwindigkeitsdifferenz im Bereich von 20 bis 100 m/min. den Faden führen. Damit ist eine konstante Abzugsgeschwindigkeit und konstante Abzugs Spannung gewährleistet.

Zum Relaxieren wird der Faden gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt an insgesamt vier Führungsmänteln mit im wesentlichen gleichen Umfangsgeschwindigkeiten und gleichen Oberflächentemperaturen geführt. Somit bleibt an dem Faden eine Spannung erhalten, die einen intensiven Kontakt des Fadens mit den beheizten Führungsmänteln bewirkt.

Zum Abbau der restlichen inneren Spannungen wird der Faden gemäß einer weiteren Verfahrensvariante zwischen einem letzten Führungsmantel der zweiten Galettengruppe und einem ersten Führungsmantel der dritten Galettengruppe mit abfallenden Umfangsgeschwindigkeiten mit einer Geschwindigkeitsdifferenz im Bereich von 0 bis 50 m/min. geführt. So lässt sich die Kühlstrecke gleichzeitig zum Restabbau von Spannungen nutzen. Für den Fall, dass keine größeren Umlenkungen an dem Faden zwischen der Spinneinrichtung und der ersten Galettengruppe erforderlich sind, werden die Fäden bevorzugt nach dem Abkühlen trocken zu dem Faden zusammengeführt. Eine für die Weiterbehandlung erforderliche Auftragung eines Präparationsfluids erfolgt vorzugsweise an einem Teilstück zwischen den Führungsmänteln der dritten Galettengruppe. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Filamente nach dem Abkühlen leicht zu benetzen, so dass statische Aufladungseffekte durch starke Umlenkungen sich nicht negativ auf die Filamente des Fadens auswirken können.

Nach dem Präparieren wird der Faden in einem Teilstück zwischen den Führungsmänteln der dritten Galettengruppe verwirbelt, so dass ein Faden- schluss zwischen den Filamenten des Fadens für eine Weiterverarbeitung herstellbar sind.

Zum Aufwickeln des Fadens zu einer Spule hat sich die Verfahrensvariante bevorzugt bewährt, bei welcher der Faden mit einer Aufwickeigesch windigkeit zu einer Spule gewickelt wird, die kleiner ist als eine Umfangsge- schwindigkeit eines letzten Führungsmantels der dritten Galettengruppe. Damit lassen sich vorteilhaft die durch die Verlegung des Fadens zusätzlichen erzeugten Fadenspannungen kompensieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Behandlungs schritte unabhängig voneinander einstellbar sind, ohne benachbarte Behandlungen zu beeinflussen. So lässt sich die Abzugsgeschwindigkeit und der Abzug des Fadens allein durch die Antriebs Steuerung der Führungsmäntel der ersten Galettengruppe realisieren. Die Verstreckung erfolgt zwischen der ersten Galettengruppe und einer zweiten Galettengruppe mit beheizten Führungsmänteln, so dass die Temperierung und die Streckgeschwindigkeit allein durch die zweite Galettengruppe steuerbar sind. Die weiteren Nachbehandlungsschritte werden nach Durchlauf an der kontaktlosen Kühlstrecke durch die dritte Galet- tengruppe bestimmt, so dass eine Präparierung und Verwirbelung des Fadens unabhängig von der Relaxierung erfolgen.

Die Führungsmäntel der ersten beiden Galettengruppen sind vorzugsweise gegensinnig antreibbar ausgebildet und derart zueinander angeordnet, dass der Faden am Umfang der Führungsmäntel mit jeweils einfachen Umschlingungen in einem Winkelbereich von 100° bis 270° führbar ist. So können insbesondere die thermischen Behandlungen an dem Faden mit wechselnden Umschlingungen erfolgen. Zudem lassen sich sehr kompakte und kurze Führungsmäntel nutzen, um eine Mehrzahl von Fäden gleichzeitig zu behandeln.

Der Abzug des Fadens aus der Spinneinrichtung wird bevorzugt mit drei nicht beheizten Führungsmänteln ausgeführt, die der ersten Galettengruppe zugeordnet sind. Dabei sind zumindest zwei separate Antriebe vorgesehen, um alle Führungsmäntel der ersten Galettengruppe anzuweisen.

Die nach dem Relaxieren und vor dem Aufwickeln vorgenommenen Nachbehandlungen werden durch eine Präparationseinrichtung und eine Verwir- belung seinrichtung ausgeführt, die gemäße vorteilhafter Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt in einem Fadenlauf zwischen den Führungsmänteln der dritten Galettengruppe angeordnet sind.

Die Zuführung des Fadens zu einer Auf Spuleinrichtung erfolgt gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher einem letzten Führungsmantel der dritten Galettengruppe eine Umlenkrolle der Auf Spuleinrichtung zugeordnet ist. Damit ist ein reibungsarmer Übergang des Fadens zur Wickelstelle möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezug zu den beigefügten Figuren näher erläutert.

Es stellen dar

Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 2 schematisch ein Diagramm physikalischer Eigenschaften des Fadens

Fig. 3 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung In Fig. 1 ist schematisch eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Ausführungsbeispiel weist eine Spinneinrichtung 1 auf, die aus einem Spinnbalken 1.2 und einem unterhalb des Spinnbalkens 1.2 angeordnete Kühlvorrichtung 1.5 gebildet ist. Der Spinnbalken 1.2 weist an seiner Unterseite eine Spinndüse 1.4 auf, die über eine hier nicht näher dargestellte Spinnpumpe mit einem Schmelzezulauf 1.3 verbunden ist. Die Kühlvorrichtung 1.5 bildet unterhalb der Spinndüse 1.4 einen Kühlschacht 1.6. In dem Kühlschacht 1.6 wird eine Kühlluft eingeblasen, wobei die Kühlluft als sogenannte Querstromanblasung oder als Radial-Aussen- Innen- Anblasung zuführbar ist.

Unterhalb der Spinneinrichtung 1 ist ein Sammelf adenführer 2 vorgesehen, der konzentrisch zur Spinndüse 1.4 angeordnet ist und eine aus den Spinn- düsen 1.4 extrudierte Filamentschar mehrerer Filamente 18 zu einem Faden 19 zusammenführt. Dem Sammelf adenführer 2 ist im Fadenlauf eine Ver- wirbelungseinheit 3 zugeordnet. Zum Abziehen, Verstrecken und Relaxieren weist das Ausführungsbeispiel mehrere Galettengruppe 4,5 und 7 auf. Eine erste Galettengruppe 4 weist insgesamt drei unbeheizte Führungsmäntel 4.1, 4.2 und 4.3 auf. Den Führungsmänteln 4.1 bis 4.3 sind mehrere hier nicht näher dargestellte Antriebe zugeordnet, so dass die Führungsmäntel 4.1 bis 4.3 mit vorbestimmten Um- fangsgeschwindigkeiten antreibbar sind. Die Führungsmäntel 4.1 bis 4.3 sind gegensinnig antreibbar ausgeführt, so dass der Faden 19 mit einfachen Umschlingungen am Umfang der Führungsmäntel 4.1 bis 4.3 führbar ist. Der ersten Galettengruppe 4 ist eine zweite Galettengruppe 5 nachgeordnet, die aus insgesamt vier beheizten Führungsmänteln 5.1 bis 5.4 gebildet ist. Jeder Führungsmantel 5.1 bis 5.4 wird durch ein separates Heizmittel 6.1 bis 6.4 aufgeheizt. Die Heizmittel 6.1 bis 6.4 sind hierzu separat steuerbar ausgeführt. Ebenfalls sind den Führungsmänteln 5.1 bis 5.4 hier nicht dargestellte Antriebe zugeordnet, die einen gegensinnigen Antrieb der Führungsmäntel 5.1 bis 5.4 ermöglichen.

Der zweiten Galettengruppe 5 ist eine dritte Galettengruppe 7 nachgeordnet, die aus zwei unbeheizten Führungsmänteln 7.1 und 7.2 gebildet ist. Die Führungsmäntel 7.1 und 7.2 sind einzeln antreibbar ausgeführt. Zwischen den Führungsmänteln 7.1 und 7.2 ist eine Präparationseinrichtung 9 und eine Verwirbelung seinrichtung 10 angeordnet.

Die zwischen der ersten Galettengruppe 4 und der zweiten Galettengruppe 5 gebildete Fadenstrecke wird als Streckzone bezeichnet und ist mit dem Bezugszeichen 8.1 gekennzeichnet. Die Fadenstrecke zwischen der zweiten Galettengruppe 5 und der dritten Galettengruppe 7 ist als Kühlstrecke bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 8.2 gekennzeichnet. Innerhalb der Streckzone 8.1 und innerhalb der Kühlstrecke 8.2 sind keine Fadenfüh- rungselemente vorgesehen, so dass der Faden zwischen den jeweiligen Führungsmänteln 4.3 und 5.1 sowie 5.4 und 7.1 kontaktlos geführt wird.

Unterhalb der dritten Galettengruppe 7 ist eine Auf Spuleinrichtung 12 angeordnet, die auf eine Fadeneinlaufseite eine Umlenkrolle 11 aufweist. Der Umlenkrolle 11 folgt in Fadenlaufrichtung eine Changiereinrichtung 13, eine Andrückwalze 14 und eine Spulspindel 16.1, an deren Umfang der Faden 19 zu einer Spule 15 wickelbar ist. Die Auf Spuleinrichtung 12 trägt in diesem Ausführungsbeispiel eine zweite Spulspindel 16.2, die an einem Spulrevolver 17 gehalten ist, so dass der Faden 19 kontinuierlich zu einer Spule abwechselnd auf den beiden Spulspindeln 16.1 oder 16.2 wickelbar ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Spinneinrichtung 1 eine Polyamidschmelze beispielsweise ein PA6 zugeführt und mittels der Spinndüse 1.4 zu einer Vielzahl von Filamenten extru- diert. Die Filamente werden nach einer Abkühlung durch einen Kühlluftstrom zu einem Faden ohne Zuführung eines Fluids zusammengeführt. Anschließend wird der Faden 19 mit einem Luftstrom verwirbelt ohne jedoch Verflechtungsknoten zu bilden.

Zum Abzug der Filamente 18 und des Fadens 19 wird der erste unbeheizte Führungsmantel 4.1 mit einer Umfangsgeschwindigkeit im Bereich von 3.400 m/min bis 4.600 m/min, vorzugsweise von 4.000 m/min. bis 4.400 m/min. angetrieben. Die nachfolgenden Führungsmäntel 4.2 und 4.3 der ersten Galettengruppe 4 wird mit identischer Umfangsgeschwindigkeit oder mit leicht ansteigender Umfangsgeschwindigkeit angetrieben. Die Um- fangsgeschwindigkeitsdifferenz beträgt dabei 20 bis 100 m/min. Damit lässt sich eine stabile Fadenführung beim Abzug des Fadens realisieren.

Zum VerStrecken des Fadens 19 in der Streckzone 8.1 werden die Führungsmäntel 5.1 bis 5.4 der zweiten Galettengruppe 5 durch die Heizmittel 6.1 bis 6.4 auf eine Oberflächentemperatur im Bereich von 140°C bis 200°C erwärmt. Die Oberflächentemperaturen der Führungsmäntel 5.1 bis 5.4 sind vorzugsweise auf ein einheitliches Temperaturniveau eingestellt. Die Führungsmäntel 5.1 bis 5.4 werden mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit gegenüber dem Führungsmantel 4.3 angetrieben, so dass der Faden verstreckt wird. Die Umfangsgeschwindigkeit der Führungsmäntel 5.1 bis 5.4 liegt hierbei im Bereich von 4.400 m/min. bis 5.400 m/min. Nach dem Verstecken wird der Faden unter Spannung an den Oberflächen der Führungsmäntel 5.1 bis 5.4 erwärmt und relaxiert. Anschließend wird der Faden 19 kontaktlos durch die Kühlstrecke 8.2 geleitet und von dem unbeheizten Führungsmantel 7.1 der dritten Gelettengruppe 7 aufgenommen. Der Führungsmantel 7.1 wird dabei mit im wesentlichen identischer Umfangsgeschwindigkeit gegenüber dem vorgeordneten Führungsmantel 5.4 angetrieben. Das Fadenmaterial lässt sich somit abkühlen, so dass sich die innere Struktur der Molekülketten im Fadenmaterial ausreichend stabili- siert. Ein erster Reibkontakt findet erst nach Abkühlung des Fadens im Fadenstück zwischen den Führungsmänteln 7.1 und 7.2 statt. In dem Fadenstück zwischen den Führungsmänteln 7.1 und 7.2 wird der Faden zunächst mit einem Präparationsfluid benetzt und anschließend durch einen Luftstrom verwirbelt. Somit bildet sich ein intensiver Zusammenhalt der Filamente 18 innerhalb des Fadens 19. Am Ende des Prozesses wird der Faden 19 zur Spule 15 aufgewickelt, wobei der Faden 19 reibungsarm über die Umlenkrolle 11 zwischen der dritten Galettengruppe 7 und der Wickelstelle 12 geführt ist. Die Auf Wickelgeschwindigkeit der Spulspindeln 16.1 und 16.2 wird bevorzugt etwas geringer eingestellt als die Umfangsgeschwindigkeit an dem Führungsmantel 7.2. Somit können die durch die Verlegung des Fadens mittels der Changiereinrichtung 13 hervorgerufenen Spannungsänderungen vorteilhaft ausgeglichen werden.

Um den Einfluss der Erfindung sichtbar zu machen, wurde ein Faden aus PA6 mit einem Gesamttiter von 80 den. und einer Anzahl von 48 Filamen- ten mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung hergestellt. Die Abzugsgeschwindigkeit der ersten Galettengruppe war auf 4.300 m/min. eingestellt. Die Oberflächentemperarturen der Führungsmäntel 5.1 bis 5.4 der zweiten Galettengruppe 5 lag bei 190°C. Anschließend wurde der Faden mit und ohne Kühlung geführt. Bei der Version ohne Kühlung wurde die Präparati- onseinrichtung 9 in das Fadenstück in die Kühlstrecke 8.2 zwischen dem Führungsmantel 5.4 der zweiten Galettengruppe 5 und dem ersten Führungsmantel 7.1 der dritten Galettengruppe 7 angeordnet. Anschließend wurde der Kochschrumpf, die Festigkeit und die Restdehnung gemessen. Aus der Festigkeit und der Restdehnung wurde die sogenannte Qualitäts- zahl ermittelt. Die Qualitätszahl QN ergibt sich aus folgender Formel

QN = F ^{2 f} R Hierin ist F gleich die Festigkeit in cN/dtex und R = der Restdehnung in %.

In Fig. 2 sind in einem Diagramm die Absolutwerte des Kochschrumpfes im % sowie die dimensionslosen Werte der Qualitätszahl QN eingetragen. Der Kochschrumpf ist mit dem Kürzel BWS (BoilWaterShrinkage) benannt. In der linken Hälfte des Diagramms sind die Werte des Fadens PA80f48 dargestellt, bei welcher der Faden keine Kühlstrecke durchlaufen hat. In der rechten Hälfte des Diagrammes sind die Werte eingetragen, die mit einer Kühlung des Fadens erzielt werden konnten. Auffällig ist, dass der Kochschrumpf mit den B WS-Werten 9,81 % und 10 % annähernd konstant geblieben ist. Dagegen ist die Qualitätszahl QN deutlich angestiegen von 31,7 auf 37,4. Dieser Zuwachs der Qualitätszahl um 18 % beruht allein darauf, dass der Faden nach dem Relaxieren eine ausreichende Kühlung erhalten hat. Insoweit ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet, um schrumpfarme, hochfeste Fäden aus Polyamid herzustellen.

In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das erfindungsgemäße Beispiel nach Fig. 3 ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung ist dem Sammelf adenführer 2 eine Benetzung seinrichtung 20 zugeordnet, die zum Zusammenfassen der Filamente eine leichte Benetzung der Filamente ausführt. Dabei können herkömmliche Präparationsmittel oder auch wasserarme Öle verwendet werden. Desweiteren ist die dritte Galettengruppe 7 aus insgesamt drei unbeheizten Führungsmänteln 7.1, 7.2 und 7.3 gebildet. Die Führungsmäntel 7.1 bis 7.3 sind jeweils antreibbar ausgeführt. In dem Fadenlauf zwischen den Füh- rungsmänteln 7.1 und 7.2 ist eine Präparationseinrichtung 9 und in dem Fadenlauf zwischen den Führungsmänteln 7.2 und 7.3 ist eine Verwirbelungs- einrichtung 10 angeordnet. Insoweit können die Nachbehandlungen durch Präparieren und Verwirbeln in unterschiedlichen Fadenabschnitten zwischen den Führungsmänteln 7.1 bis 7.3 ausgeführt werden. Dies ermöglicht einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Einstellung insbesondere der Ver- wirbelung der Fäden.

Die Funktion des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass hierzu keine weitere Erläuterung erfolgt.