Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenfäden durch Schnellspinnen von ultrahochmolekularem Polyäthylen

Abstract

 Aus Polyäthylen mit einem Molekulargewicht M_w von mindestens einer Million und einem Lösungsmittel wird eine etwa 1 bis 6 gew.-%ige Lösung hergestellt. Diese Lösung wird bei einer Extrusionstemperatur von T_E = 180 bis 250^oC mit einer Extrusionsgeschwindigkeit V_E = 5 bis 150 m/min in einen Spinnschacht extrudiert, der unterhalb der Düsenaustritts­fläche mittels einer Heizvorrichtung auf einen Temperatur von 100 bis 250^oC gehalten wird. Die Fäden werden mit einer Geschwindigkeit von V_w von mindestens 500 m, vorzugsweise 1 500 bis 4 000 m/min abgezogen und ohne weitere Ver­streckung von dem Lösungsmittel befreit. Die erhaltenen Fäden sind besonders gut geeignet zur Herstellung von tech­nischen Garnen, Schutzbekleidung, kugelsichere Westen, Tauen, Fallschirmen. In Form von Stapelfasern eignen sie sich zur Verstärkung von verschiedenen Kunststoffen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenfäden durch Schnellspinnen von Lösungen von ultra-hochmolekularem Polyäthylen, welche auf Grund ihrer guten Festigkeiten und ihrem hohen Modul, z.B. für den Einsatz als technische Garne, für die Kunststoffverstärkung ganz allgemein u.a.m. geeignet sind.

[0002] Es ist bekannt, Fäden und technische Garne aus einer ganzen Reihe von Polymeren wie regenerierter Cellulose, Polyester, Polyamiden u.dgl. herzustellen. Bei all diesen Verfahren bemüht man sich, Fäden mit hohen Festigkeiten, hohen Modulen, insbesondere hohen Anfangsmodulen und möglichst geringer Bruchdehnung zu erhalten; außerdem ist man be­strebt, mit möglichst hohen Produktionsgeschwindigkeiten und nach möglichst einfachen Verfahrensweisen zu arbeiten.

[0003] Es hat auch nicht an Versuchen gefehlt, derartige Garne aus Polyäthylen herzustellen. Polyäthylen weist auf Grund seiner chemischen Struktur eine Reihe von Vorteilen auf z.B. gegen­über Polymeren, wie sie durch Polykondensation gewonnen werden. So besteht z.B. nicht die Gefahr einer Hydrolyse, die bei den Esterbindungen oder Amidbindungen von Polyestern und Polyamiden häufig beobachtet wird.

[0004] Auch ist Polyäthylen als synthetisches, in praktisch be­liebiger Menge herstellbares Material weniger anfällig gegenüber den Schwankungen von Angebot und Nachfrage, wie es bei Zellstoff der Fall ist, ganz abgesehen davon, daß durch die Dezimierung der Wälder die Rohstoffgrundlage für Zell­stoff immer mehr in Gefahr gerät.

[0005] Am einfachsten ist es, Polyäthylenfäden nach dem Schmelz­spinnprozeß herzustellen. Dem Schmelzspinnen von Polyäthylen sind jedoch Grenzen gesetzt, weil mit höheren Molekularge­wichten, welche für hohe Festigkeiten und Module von Wich­tigkeit sind, die Viskosität der Schmelze so stark zunimmt, daß es zu Schwierigkeiten beim Spinnen kommt. Die Spinn­temperatur läßt sich nicht beliebig erhöhen, da bei Tempera­turen ab etwa 240°C eine Zersetzung des Polyäthylens zu be­fürchten ist. Mit höheren Molekulargewichten nimmt auch die Elastizität der Polymerschmelzen zu, was insbesondere bei höheren Extrusionsgeschwindigkeiten zu Problemen führt.

[0006] Man hat sich auch bemüht, diese Schwierigkeiten zu umgehen, indem man Lösungen von Polyäthylen zu Fäden verspinnt. Aber auch bei diesen Verfahren treten ähnliche Schwierigkeiten auf, da auch bei Lösungen die Viskosität und die Elastizität mit steigendem Molekulargewicht des gelösten Polymers er­heblich ansteigt.

[0007] In der niederländischen Offenlegungsschrift 79/04990 wird ein Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenfäden mit hoher Festigkeit und einem hohen Modulus beschrieben, bei welchem man, wie insbesondere den Beispielen zu entnehmen ist, mit Lösungen verhältnismäßig niedriger Konzentration arbeitet. Um zufriedenstellende mechanische Eigenschaften zu erhalten, ist es notwendig, die Fäden nach dem Spinnen, Aufwickeln und Extrahieren in der Hitze zu verstrecken, wodurch die Produktivität des Verfahrens gemindert wird.

[0008] Pennings und Mitarbeiter beschreiben in "Polymer Bulletin" 16, 167-174 (1986), wie man ultrahochmolekulares Polyäthylen unter verschiedenen Bedingungen verspinnen kann. Damit die Polyäthylenfäden brauchbare mechanische Eigenschaften auf­weisen, müssen die Fäden, ebenso wie bei dem in der NL-OS 79/04990 beschriebenen Verfahren, verstreckt werden, wobei die Fäden ebenfalls vor dem Verstrecken extrahiert werden.

[0009] Obwohl bereits eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenfäden durch Verspinnen von ultra-hochmolekularem Polyäthylen bekannt sind, besteht noch ein Bedürfnis nach verbesserten Verfahren, welche insbesondere eine erhöhte Produktivität gewährleisten und bei denen es nicht erforder­lich ist, nach dem Spinnen und Aufwickeln eine Verstreckung anzuschließen, um brauchbare mechanische Eigenschaften zu erhalten.

[0010] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Schnellspinnen von ultra-hochmolekularem Polyäthylen zur Verfügung zu stellen, das eine hohe Produktivität zuläßt, das ohne Verstreckung der gesponnenen Fäden arbeitet und das auf einfache Weise Polyäthylenfäden liefert, die gute mecha­nische Eigenschaften, insbesondere hohe Festigkeiten und einen hohen Modulus aufweisen und die für den Einsatz als technische Garne, als Verstärkungsmaterial für Kunststoff etc. geeignet sind.

[0011] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenfäden durch Schnellspinnen von Lösungen von ultra-hochmolekularem Polyäthylen gelöst, das dadurch ge­kennzeichnet ist, daß man aus Polyäthylen mit einem Mole­kulargewicht M_w ≧ 1 x 10⁶ und einem Lösungsmittel eine etwa 1 bis 6 Gew.%ige Lösung herstellt und die Lösung bei einer Extrusionstemperatur T_E = 180 - 250°C und einer Extrusions­geschwindigkeit V_E = 5 bis 150 m/min durch Spinndüsen mit Düsenöffnungen, deren Querschnitt zur Düsenaustrittsfläche hin kleiner wird, in einen Spinnschacht extrudiert, der unterhalb der Düsenaustrittsfläche mittels einer Heizvor­richtung auf einer Temperatur von 100 bis 250°C gehalten wird, man die Fäden unterhalb der Heizzone mit einem Gas anbläst, die Fäden mit einer Geschwindigkeit V_w ≧ 500 m/min abzieht und ohne weitere Verstreckung von dem Lösungsmittel befreit.

[0012] Vorzugsweise ist das Molekulargewicht M_w ≧ 3,5 · 10⁶.

[0013] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfin­dungsgemäßen Verfahrens ist die molekulare Uneinheitlichkeit des Polymers, ausgedrückt als

vorzugsweise ≦ 3.

[0014] Vorzugsweise wird die Temperatur unterhalb des Düsenaus­trittsfläche auf 150 - 190^oC eingestellt. Es ist vorteilhaft, mit einer Abzugsgeschwindigkeit von mindestens 1000 m/min zu arbeiten. Sehr vorteilhaft sind Abzugsge­schwindigkeiten von 1500 bis 4000 m/min.

[0015] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Spinndüsen mit Düsenöffnungen eingesetzt, deren Querschnitt in Extrusionsrichtung kleiner wird. So lassen sich Spinn­düsen mit Düsenöffnungen verwenden, deren Querschnitts­verlauf man mit den Bezeichnungen trompetenförmig oder trichterförmig oder pseudo-hyperbolisch nennen kann. Eine solche günstige pseudo-hyperbolische Querschnittsform wird in der Figur wiedergegeben.

[0016] Unter pseudo-hyperbolische Querschnittsform soll im Verlauf verstanden werden, der einem hyperbolischen Verlauf ange­nähert ist, aber mehr oder weniger große Abweichungen sowohl am Anfang als auch am Ende aufweisen kann.

[0017] Vorzugsweise wird zur Herstellung der Lösungen ein solches Lösungsmittel verwendet, so daß die Lösung bei der Extru­sionstemperatur eine Viskosität von 1 bis 100 Pa.s aufweist. Hierbei ist Paraffinöl besonders geeignet. Die Viskosität wird bei einem Geschwindigkeitsgefälle D = 1s⁻¹ gemessen.

[0018] Bei der Herstellung der Lösungen wird ein möglichst lineares Polyäthylen eingesetzt, was nicht ausschließt, daß auch in geringem Maße Verzweigungen vorhanden sein können. Vorzugs­weise ist das verwendete Polymer ein Polyäthylen, das durch Polymerisation bei niedrigem Druck erhalten wird. Es ist im Handel erhältlich und wird vielfach als HDPE bezeichnet (high density polyethylene).

[0019] Es ist besonders vorteilhaft, als Polymer ein Polyäthylen einzusetzen, das völlig oder weitgehend als ein Homopolymer vorliegt. In bestimmten Fällen ist es jedoch auch möglich, ein Copolymer zu verwenden, z.B. ein Copolymer, das bis zu etwa 5 Gew.% aus anderen Monomeren als Äthylen wie Propylen oder Butylen aufgebaut ist. Selbstverständlich können auch Copolymere eingesetzt werden, die mehr oder weniger von dem oder den anderen Monomeren enthalten.

[0020] Das zur Herstellung der Polyäthylenfäden gemäß der Erfindung eingesetzte Polyäthylen gehört zu den Polyäthylensorten, die man allgemein als ultrahochmolekulares Polyäthylen bezeich­net. Darunter sind Polyäthylene zu verstehen, die ein Mole­kulargewicht M_w von mindestens 1 Million besitzen, wobei unter M_w das Gewichtsmittel zu verstehen ist, das z.B. nach der GPC-Methode bestimmt werden kann. M_n ist das Zahlen­mittel, das z.B. nach osmotischen Methoden ermittelt werden kann.

[0021] Wenn es auch möglich ist, im Rahmen der Erfindung Poly­äthylene mit einer üblichen Molekulargewichtsverteilung ein­zusetzen, die mehr oder weniger breit sein kann, und z.B. eine Uneinheitlichkeit von beispielsweise 20 aufweisen, so ist es doch vorteilhaft, ein Polyäthylen zu verwenden, das eine möglichst enge Molekulargewichtsverteilung besitzt, dessen Werte für die Uneinheitlichkeit also möglichst niedrig liegen. Die Uneinheitlichkeit, welche definiert ist durch das Verhältnis des Gewichtsmittel des Molekularge­wichts zum Zahlenmittel des Molekulargewichts

soll vorzugsweise ≦ 5 insbesondere ≦ 3 sein.

[0022] Die Uneinheitlichkeit des eingesetzten Polymerisats kann durch die Art und Weise der Herstellung gesteuert werden; selbstverständlich ist es auch möglich, von einem Poly­äthylen mit sehr breiter Molekulargewichtsverteilung durch Fraktionierung zu einem Polymerisat mit enger Molekularge­wichtsverteilung zu gelangen.

[0023] Als Lösungsmittel werden solche Verbindungen verwendet, die bei der Extrusionstemperatur, die zwischen 180 und 250°C, ggf. zwischen 180 und 230^oC liegt, noch genügend viskos sind, d.h. eine Viskosität von vorzugsweise mindestens 3-10 Pa.s, gemessen bei D = 1s-1, besitzen.

[0024] Das System Polyäthylen-Lösungsmittel soll so gewählt werden, daß die Lösung durch Abkühlen auf Temperaturen unterhalb der Extrusionstemperatur ein Gel bildet.

[0025] Vorzugsweise soll die Gelbildungstemperatur bei 130^oC oder niedriger liegen. Sie kann auch unter 70^oC liegen.

[0026] Die erwähnten Spinnlösungen sind elastisch. Das Lösen des Polyäthylens im Lösungsmittel findet vorzugsweise bei Tempe­raturen statt, die der Extrusionstemperatur entsprechen. Es ist vorteilhaft, wenn das Lösen unter einer inerten Atmos­phäre, z.B. unter Stickstoff stattfindet.

[0027] Der Lösung kann ein Stabilisierungsmittel beigegeben werden.

[0028] Besonders geeignet als Lösungsmittel sind Paraffinöle. Weiter können verwendet werden Kohlenwasserstoffe wie Cyclooctan, Paraxylol, Decalin oder Petroläther.

[0029] Im Rahmen der Erfindung können Lösungen mit Konzentrationen von etwa 1 bis 6 Gew.-% eingesetzt werden, vorzugsweise solche mit Konzentrationen von 1 - 3 % Gew.-%.

[0030] Am vorteilhaftesten sind jedoch Konzentrationen von etwa 1 bis 2 Gew.%.

[0031] Unter Extrusionsgeschwindigkeit ist zu verstehen die Menge an Spinnflüssigkeit, welche in der Zeiteinheit pro Flächen­einheit der Düsenaustrittsöffnungen die Düse verläßt. Sie wird angegeben in m³/m² x min bzw. m/min.

[0032] Unter Abzugsgeschwindigkeit ist die lineare Geschwindigkeit angegeben, in m/min, mit welcher die Fäden am unteren Ende des Spinnschachts abgezogen werden. Da die Fäden nach dem Abziehen einer weiteren Verstreckung nicht mehr zugeführt werden, entspricht diese Abzugsgeschwindigkeit im allge­meinen der Aufwickelgeschwindigkeit.

[0033] Die erreichbaren Abzugsgeschwindigkeiten hängen von der ge­wählten Konzentration ab. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß die maximale Abzugsgeschwindigkeit mit steigender Kon­zentration des Polyäthylens abnimmt. Jedoch kann es möglich sein, daß es im unteren Konzentrationsbereich zu Schwierig­keiten beim Spinnen kommt; diese können dadurch behoben werden, daß man die Extrusionsgeschwindigkeit erniedrigt. Die geeignetsten Kombinationen von Extrusionsgeschwindig­keit, Abzugsgeschwindigkeit und Konzentration der Lösung, können durch wenige Versuche ermittelt werden.

[0034] Ganz allgemein kann noch gesagt werden, daß die maximal erreichbare Extrusionsgeschwindigkeit mit der steigenden Konzentration des Polymeren abnimmt.

[0035] Als Vorrichtung, mit welcher der Spinnschacht unterhalb der Spinndüse auf die erforderliche Temperatur gebracht wird, können z.B. einfache ringförmige Heizvorrichtungen verwendet werden. Die Länge der Heizzone kann je nach Größe der ver­wendeten Spinnapparatur zwischen wenigen Zentimetern, z.B. 4 cm bis zu 200 cm betragen.

[0036] Unterhalb der Heizzone werden die Fäden mit einem Gas ange­blasen, um die Temperatur herabzusetzen. Es ist vorteilhaft, wenn man durch das Anblasen der Fäden einen gradienten­artigen oder abgestuften Temperaturverlauf einstellt, so daß nach der Heizzone, in der z.B. eine Temperatur von 160°C herrscht, zunächst eine Zone vorhanden ist, in der die Temperatur nur um z.B. 10°C fällt, z.B. auf etwa 150°C, der sich sodann eine nächste Zone anschließt, innerhalb derer die Temperatur auf beispielsweise 110°C fällt, der sich dann eine Zone anschließt, in der durch Verwenden von Gas, das Zimmertemperatur besitzt, eine Abkühlung auf Temperaturen von unter 50°C stattfindet, so daß die Fäden genügend abge­kühlt sind, wenn sie auf das Abzugsorgan gelangen. Tempera­turabstufungen können zunächst auch mit Hilfe einer oder mehrerer Heizvorrichtungen erfolgen, mit denen sich Tempe­raturabstufungen oder Temperaturgradienten einstellen lassen.

[0037] Von großer Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren ist der Querschnittsverlauf der Spinnöffnungen. Es ist unbedingt erforderlich, daß die Spinnöffnungen auf der Seite, an der die Spinnmasse in die Düsenöffnungen eintritt, eine er­weiterte Öffnung aufweisen, d.h. daß der Querschnitt der Düsenöffnungen zur Austrittsseite kleiner wird. Sehr ge­eignet sind Düsenöffnungen, die einen pseudo-hyperbolischen Verlauf aufweisen. Unter pseudo-hyperbolisch ist ein Verlauf zu verstehen, der einem hyperbolischen Verlauf angenähert ist und Abweichungen von einem exakt hyperbolischen Verlauf sowohl im stärker gekrümmten als auch im mehr linearen Bereich aufweisen kann. Die Figur zeigt schematisch eine derartige Gestaltung.

[0038] Es können jedoch auch Düsen mit Düsenöffnungen verwendet werden, die zunächst einen trichterförmigen Öffnungsteil aufweisen, der trompetenförmig oder aber auch kegelförmig sein kann, der dann entweder abrupt oder nach einem Übergang in einen kegelförmigen Verlauf übergeht, bei dem der Kegel einen spitzeren Öffnungswinkel aufweist als der Kegel bzw. die Parabel des Einlaßteiles. Es ist möglich, den letzten Teil der Düsenöffnung mit gleichbleibendem Querschnitt zu gestalten.

[0039] Es war besonders überraschend, daß es möglich ist, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ultrahochmolekulares Polyäthylen zu Fäden mit guten mechanischen Eigenschaften wie hohem Modul und hoher Bruchfestigkeit zu verarbeiten. Besonders vorteilhaft zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber bekannten Verfahren dadurch aus, daß es ein so­genanntes Einstufenverfahren ist, d.h., daß es ohne die bisher erforderliche Nachverstreckung arbeitet. Dadurch ist das Verfahren besonders wirtschaftlich und erlaubt hohe Produktionsgeschwindigkeiten.

[0040] Es war ferner besonders überraschend, daß das erfindungs­gemäße Verfahren ein Spinnen von hochmolekularem Polyäthylen gestattet, ohne daß es zu den so befürchteten Spinnabbrüchen kommt, die gerade bei dem Verspinnen von hochmolekularem Polyäthylen in Form von elastischen Schmelzen oder Lösungen bei den bisher bekannten Verfahren zu verzeichnen sind. So wird die Zahl der Schmelzeabrisse, welche bei den bekannten Verfahren häufig Vorgängen zugeschrieben werden, die bereits innerhalb der Spinndüse stattfinden, erheblich reduziert bzw. völlig vermieden.

[0041] Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt Abzugsgeschwindig­keiten bis in die Größenordnung von 4000 m/min und darüber.

[0042] Die erhaltenen Fäden weisen derart gute mechanische Eigen­schaften auf, daß eine Nachverstreckung nicht mehr erforder­lich ist und bisweilen auch so ohne weiteres nicht mehr möglich ist.

[0043] Aufgrund ihrer Eigenschaften sind die Fäden, die auch zu Stapelfasern geschnitten werden können, besonders geeignet für den Einsatz als technische Garne. Sie lassen sich sehr gut zu Schutzbekleidung z.B. kugelsicheren Westen u.dgl., Tauen, Fallschirmen etc. verarbeiten.

[0044] Sehr geeignet sind die Fäden, insbesondere als Stapelfasern bei der Verstärkung von Kunststoff.

[0045] Obwohl die Vorgänge, die sich beim erfindungsgemäßen Ver­fahren innerhalb der Düse und im Spinnschacht abspielen, nicht im einzelnen aufgeklärt sind, wird vermutet, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren ein besonders vorteilhafter molekularer Aufbau, d.h. eine besonders günstige molekulare Struktur im Faden entsteht. Es ist anzunehmen, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausreichend genügend längsaus­gerichtete Molekülketten entstehen, die gleichzeitig als Bindeketten fungieren und daß die längsgerichteten Moleküle und die lamellenförmig angeordneten Bereiche in einem günstigen Verhältnis zueinander stehen und daß Fehler aufgrund von Kettenfaltungen (chain fold defects) nur in untergeordnetem Maße vorliegen.

[0046] Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert:

Vergleichsbeispiel 1

[0047] Es wird eine 1,5 gew.-%ige Lösung eines ultrahochmolekularen Polyäthylens auf folgende Weise hergestellt: 48,7 g eines Polymers mit einer Intrinsicviskosität von 33,38 dl/g, ge­messen bei 135^oC in Decalin, einem M_w = 5,5 . 10⁶ kg/kmol und M_n = 2,5 . 10⁶ kg/kmol werden zu 3 200 g Paraffinöl und 16,2 g des Antioxidans 2,6-Di-t-butyl-4-methyl-kresol ge­geben und bei einer Temperatur von 120^oC in einem 5 Liter-­Kessel gerührt. Die Mischung wird homogenisiert durch Rühren, wobei sie auf 150^oC erwärmt wird. Der Rührer wird abgestellt, sobald das Polyäthylen vollkommen gelöst ist und der sogenannte Weißenberg-Effekt auftritt. Sodann wird die Temperatur 48 Stunden bei 150^oC gehalten. Die Lösung wird abgekühlt auf Raumtemperatur, bei etwa 130^oC bildet sich ein Gel. Das Gel wird einer Spinnvorrichtung mit Spinnöffnungen zugeführt, die eine trompetenförmige Querschnittsform auf­weisen, wie in der Figur dargestellt. Die Ausgangsöffnungen der Düsenöffnungen haben einen Durchmesser von 0,5 mm. Die Lösung wird bei 220^oC mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min extrudiert, die Fäden werden in Luft abgeschreckt und mit gleicher Geschwindigkeit aufgewickelt. Nach dem Extrahieren des Paraffinöls kann die so erhaltene Faser bis zu einem Verhältnis von 200 bei einer Temperatur von 148^oC verstreckt werden, wobei Fasern mit einer Festigkeit von 7,0 GPa ent­stehen.

Vergleichsbeispiel 2

[0048] Die in Beispiel 1 beschriebene Lösung wird in gleicher Weise verarbeitet, es wird lediglich mit einer Extrusionsgeschwin­digkeit von 100 m/min und einer Aufwicklungsgeschwindigkeit von 500 m/min gearbeitet. Die so erhaltene Faser kann nicht mehr heiß-verstreckt werden; die Festigkeit nach der Extraktion des Paraffinöls mit n-Hexan war 0,3 GPa.

Beispiel 3

[0049] Eine Lösung entsprechend Beispiel 1 wird mit einer Extrusionsgeschwindigkeit von 100 m/min versponnen, wobei jedoch mittels eines zylindrischen Ofens eine Strecke von 20,5 cm unterhalb der Austrittsfläche der Spinndüse auf eine Temperatur von 160^oC gehalten wird. Die Fäden werden mit einer Geschwindigkeit von 4 000 m/min abgezogen. Diese Fäden können nicht mehr heiß-verstreckt werden, weisen jedoch nach Extraktion des Paraffinöls folgende Eigenschaften auf:
Festigkeit 2,3 GPa
Young Modulus 36 GPa
Bruchdehnung 8%

Beispiel 4

[0050] Eine Spinnlösung wird wie in Beispiel 3 angegeben, verar­beitet, wobei jedoch mit einer Extrusionstemperatur von 190^oC und einer Aufwickelgeschwindigkeit von 2 000 m/min gearbeitet wird. Die Festigkeit der extrahierten Fasern beträgt 1,7 GPa.

Beispiel 5

[0051] Wie in Beispiel 3 wird eine Spinnlösung verarbeitet, jedoch mit einer Extrusionsgeschwindigkeit von 10 m/min und einer Aufwickelgeschwindigkeit von 2 000 m/min. Die Festigkeit der extrahierten Faser beträgt 1,9 GPa.

Beispiel 6

[0052] Die Spinnlösung wird entsprechend Beispiel 3 verarbeitet, jedoch mit einer Extrusionsgeschwindigkeit von 5 m/min unter Verwendung einer Spinndüse mit Spinnöffnungen, die einen Durchmesser an der Austrittsstelle von 1 mm aufweisen. In Abweichung zu den Beispielne 1 bis 4, bei denen ein Spinn­schacht von 0,5 m Länge verwendet wurde, wird hier mit einem Spinnschacht von 4 m Länge gearbeitet. Diese Länge war er­forderlich, um die extrudierten Fäden genügend abkühlen zu können, bevor sie aufgewickelt werden. Die Aufwickelge­schwindigkeit beträgt 2 000 m/min. Die Fäden weisen nach Extraktion eine Festigkeit von 1,4 GPa. auf.

Beispiel 7

[0053] In gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, wird eine 3%ige Spinnlösung aus einem Polyäthylen hergestellt, das ein Mw = 4 . 10⁶ und ein Mn = 2 . 10⁵ aufweist. Es wird mit einer Extrusionstemperatur von 190^oC und einer Abzugsge­schwindigkeit von 3 000 m/min gearbeitet. Die Festigkeit der extrahierten Faser beträgt 0,8 GPa.

Beispiel 8

[0054] Mit einer Spinnlösung entsprechend Beispiel 7 wird bei einer Extrusionstemperatur von 220^oC gearbeitet und mit einer Aufwickelgeschwindigkeit von 4 000 m/min. Die Festigkeit der extrahierten Fäden beträgt 0,8 GPa.

Beispiel 9

[0055] Eine Spinnlösung entsprechend Beispel 7, jedoch mit einer Konzentration von 5 Gew.-% wird bei einer Temperatur von 220^oC extrudiert, die Abzugsgeschwindigkeit beträgt 3 500 m/min. Die Festigkeit der extrahierten Faser ist 0,6 GPa.

Beispiel 10

[0056] Es wird analog Beispiel 1 eine Spinnlösung hergestellt, jedoch unter Verwendung von Dekalin als Lösungsmittel. Die Spinnmasse wird bei einer Extrusionstemperatur von 180^oC mit einer Spinngeschwindigkeit von 100 m/min extrudiert und mit 1 000 m/min aufgewickelt. Die Festigkeit der extrahierten Faser beträgt 0,9 GPa.

[0057] Die Beispiele zeigen, daß bei einem Arbeiten ohne den erfindungsgemäßen Einsatz einer Heizvorrichtung unterhalb der Spinndüse brauchbare Festigkeiten nur durch ein Nach­verstrecken in der Wärme erreicht werden. Dabei muß jedoch mit sehr niedrigen Extrusionsgeschwindigkeiten gearbeitet werden. Wird mit höheren Extrusionsgeschwindigkeiten gear­beitet, ist ein Nachverstrecken nicht mehr möglich und die Festigkeiten sind so niedrig, daß die Fäden für die meisten Einsatzzwecke unbrauchbar sind.

[0058] Die Beispiele 3 bis 10 gemäß der Erfindung hingegen zeigen, daß in einem Einstufenverfahren gearbeitet werden kann, ohne daß eine Nachverstreckung nötig ist, und man auf diese Weise Festigkeiten erhält, die das Doppelte oder ein Mehrfaches der Festigkeit betragen, verglichen mit der Arbeitsweise von Beispiel 2.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenfäden durch Schnellspinnen von Lösungen von ultra-hochmolekularem Polyäthylen, dadurch gekennzeichnet, daß man aus Pol­yäthylen mit einem Molekulargewicht M_w ≧ 1 x 10⁶ und einem Lösungsmittel eine etwa 1 bis 6 Gew.%ige Lösung herstellt und die Lösung bei einer Extrusionstemperatur T_E = 180 - 250°C und einer Extrusionsgeschwindigkeit V_E = 5 bis 150 m/min durch Spinndüsen mit Düsenöffnungen, und deren Querschnitt zur Düsenaustrittsfläche kleiner wird, in einen Spinnschacht extrudiert, der unterhalb der Düsenaustrittsfläche mittels einer Heizvorrichtung auf einer Temperatur von 100 bis 250°C gehalten wird, man die Fäden unterhalb der Heizzone mit einem Gas an­bläst, die Fäden mit einer Geschwindigkeit V_w ≧ 500 m/min abzieht und ohne weitere Verstreckung von dem Lösungsmittel befreit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polyäthylen mit einem Molekulargewicht M_w ≧ 3,5 x 10⁶ verwendet.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polyäthylen mit einer molekularen Uneinheitlichkeit

verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß U ≦ 3 ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­kennzeichnet, daß mittels der Heizvorrichtung eine Temperatur von 150 - 190^oC unterhalb der Düsenaustritts­fläche eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß man mit einer Geschwindigkeit Vw ≧ 1000 m/min abzieht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer Geschwindigkeit Vw = 1500 - 4000 m/min abzieht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­kennzeichnet, daß man solche Lösungsmittel verwendet, daß die Lösung bei der Extrusionstemperatur eine Vis­kosität von 1 bis 100 Pa.s aufweist, gemessen bei D = 1 s⁻¹.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Paraffinöl verwendet.

Zeichnung