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In den letzten Jahren ist eine Reihe von Spinnverfahren bekanntgeworden, nach denen aus Viskose künstliche Fäden mit Festigkeiten von 2'5 g pro Denier und wesentlich mehr bei entsprechender Nassfestigkeit erzielt werden können. Es werden hiezu Spinnbäder verschiedener Zusammensetzung verwendet, die im allgemeinen hohe Säurekonzentrationen und geringen Wassergehalt aufweisen, im einzelnen bezüglich Konzentration und Zusammensetzung aber stark differieren. Wesentlich isst bei der Verwendung dieser Bäder zur Erzielung hoher Festigkeiten die Ausübung eines Zuges auf den Faden nach Verlassen des Bades, worauf der Faden vor oder auf dem Aufwickelorgan meist eine Waschung mit Wasser erfährt.
Alle so erzeugten hochfesten Seiden weisen aber nur geringe Dehnungen und Nassdehnungen auf.
Das aus der Reissdehnungskurve ermittelte Arbeitsvermögen liegt trotz der hohen Reissfestigkeit nicht über, oft sogar unter dem Arbeitsvermögen einer guten, z. B. nach dem österr. Patent Nr. 63635 ohne besondere Spannungsmassnahmen gesponnenen Viskoseseide. Die einseitige Erhöhung der Festigkeit auf Kosten der Dehnbarkeit bringt eine Reihe von Nachteilen bei der textilen Verarbeitung mit sich.
Man hat daher schon vorgeschlagen, solche Seiden durch eine alkalische Nachbehandlung zu verbessern, was indessen beträchtliche, vom Erfindesr selbst zugegebene Missstände mit sich bringt. Auch das Verspinnen von Viskosen, die mit Glykolen verestert oder veräthert sind, in z. B. starke Schwefelsäure, ist schon vorgeschlagen worden. Abgesehen von den erhöhten Kosten in der Viskoseherstellung hat die Verwendung von mit Chlorhydrinen umgesetzten Viskosen den schwerwiegenden Nachteil, dass durch den Chloridgehalt der Viskose das Spinnbad salzsäurehaltig wird.
Nach vorliegender Erfindung ist es nun leicht möglich, die Dehnbarkeit hochfester Seiden lediglich durch mechanische Massnahmen schon beim Spinnprozess so günstig zu beeinflussen, dass die Fäden ein höheres Arbeitsvermögen als die bisher bekannten Viskosekunstfasern aufweisen.
Der Erfindung liegt die Beobachtung zu grunde, dass bei Verwendung der bekannten Spinnbäder
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und nach Eintritt der Kontraktion bei Anwendung einer zweiten Streckung einen Faden ergibt, der nach Fertigstellung eine Bruchfestigkeit über 2'5 g pro Denier und eine Dehnbarkeit von über 0 bis über 15% aufweist. Auch die Nassdehnung liegt bei diesen Fäden mindestens ebenso hoch, meist aber höher als die Trockendehnung. Diese Beobachtung ist um so überraschender, als sie in direktem Widerspruch mit den Ausführungen in der Kunstseide 1930, S. 131, 2. Spalte, steht, wo für Fäden, die in starker Schwefelsäure mit oder ohne Spannung gesponnen wurden, vollkommene Irreversibilität der Länsgquellung beim Auswaschen der Schwefelsäure behauptet wird.
Starke Schwefelsäurebäder machen aber keine Ausnahme von der erwähnten Beobachtung, auch tritt die erwähnte Kontraktion, ebenfalls im Gegensatz zu den zitierten Behauptungen, auch bei Spinnbädern ein, die weniger als 50-55% Monohydrat enthalten.
Die nach der ersten Streckung beim Einlaufen in Wasser geschrumpften Fäden behalten ihr hervorragendes Verfestigungsvermögen sogar nach dem Trocknen ohne Spannung.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Fäden in der ersten Streckperiode, also in säurenassem Zustand, auf einen feineren Titer auszuziehen, als er für den fertigen Faden beabsichtigt ist, ihn dann auf einen gröberen als den Soll-Titer zusammenschrumpfen zu lassen und nach Verlassen des Wasserbades in der zweiten Streckperiode auf den endgültigen Titer auszuziehen. Der Schrumpfungsbetrag
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hängt unter anderem vom Betrag der Spannung vor dem Schrumpfen ab und wächst mit dieser Spannung.
Spinnt man z. B. mit einem Bad nach Beispiel 5 mit einem Abzug von 50 ni, so schrumpft der Faden beim freien Einlaufen in Wasser um 50% seiner Länge zusammen. Durch Steigerung der Spannung vor der Abzugsrolle lässt sich diese Schrumpfung auf 61% erhöhen. Unter besonders günstigen Verhältnissen sind schon Schrumpfungen bis über 70% beobachtet worden. Bei der praktischen Ausübung des Verfahrens verfährt man z. B. so, dass der Faden nach Verlassen des Bades über ein oder mehrere Glasstäbe durch eine Rolle abgezogen wird, die eine höhere Umfangsgeschwindigkeit aufweist, als dem endgültigen Titer entspricht.
Von dieser Rolle fällt der Faden in eine Wanne mit Wasser, indem er etwa eine Strecke von 10-50 cm vollkommen lose durchhängen durchläuft, um dann mittels einer zweiten Rolle, die eine dem gewünschten Titer entsprechende Umfangsgeschwindigkeit aufweist, wieder herausgezogen zu werden. Zwischen dieser zweiten Rolle und dem Wasserbad ist wieder eine Spannvorrichtung aus
Glasstäben eingeschaltet. Statt Spannvorrichtungen aus Glasstäben zu verwenden, kann man auch die
Spannung durch Walzenpaare erzeugen, von denen jeweils die erste Walze eine geringere Umfangsgeschwindigkeit aufweist als die zweite. Die Abzugswalze hinter dem Wasserbad, auf der der Faden seinen endgültigen Titer hat, kann zugleich als Aufnahmeorgan für den Faden dienen, z.
B. als Spule ausgebildet sein, oder sie kann auch nur zur Weiterführung des Fadens benutzt werden, wenn z. B. der Faden in eine Spinnzentrigufe geleitet werden soll. Die Geschwindigkeit, mit der der Faden aus dem Wasserbad abgezogen wird, muss natürlich gleich sein der Geschwindigkeit, mit der er ins Wasser eintritt, vermindert um die tatsächlich eingetretene Schrumpfung. Ist die Austrittsgeschwindigkeit aus dem Wasser kleiner als die um die Schrumpfung verminderte Fadengeschwindigkeit vor dem Sehrumpfbad, so kommt es zu Fadenanhäufungen im Schrumpfbad. Zweckmässig zieht man aus dem Wasserbad etwas rascher ab, als der grösstmöglichen Schrumpfung entspricht. Hiedurch wird das im Schrumpfbad hängende Fadenstück etwas aus dem Bad herausgezogen, also die Badstrecke verkürzt, wodurch die Schrumpfung entsprechend geringer, die Austrittsgeschwindigkeit also etwas grösser wird.
Es stellt sich so von selbst das Gleichgewicht zwischen Schrumpfung und den beiden Abzugsgeschwindigkeiten derart ein, dass der Faden im Schrumpfbad bei einem bestimmten Abzugsverhältnis eine bestimmte Strecke im Wasser durchhängt.
Die Temperatur des Wasserbades kann Raumtemperatur oder auch künstlich erhöht sein. Auch können in dem Wasser des Schrumpfbades Stoffe gelöst sein, die den Schrumpfvorgang nicht hindern oder ihn sogar begünstigen.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass man den nach Durchlaufen des Wasserbades geschrumpften Faden ohne jede Spannung auf Spulen oder Haspel aufwickelt und in einem andern Arbeitsgang erst auf die endgültige Feinheit unter gleichzeitiger Verfestigung auszieht. Hiebei kann er gleich anschliessend gezwirnt werden, z. B. in einer Spinnzentrifuge. Das Ausziehen erfolgt in diesem Fall am besten in feuchtem Zustand.
Man kann aber auch den spannungslos auf Spulen oder Haspeln aufgewickelten Faden erst auswaschen und trocknen und dann in trockenem Zustand auf den gewünschten Titer unter gleichzeitiger Verfestigung ausziehen, wobei wieder gleich das Zwirnen angeschlossen werden kann. Derartige geschrumpfte Fäden haben in unausgezogenem Zustand getrocknet eine Dehnung bis 50 und nass eine Dehnung bis 100%.
Das Mass der Schrumpfung und Wiederausziehbarkeit hängt bis zu einem gewissen Grad von dem verwendeten Spinnbad und der Viskose ab. Infolgedessen erhält man nicht in allen Fällen gleich günstige Ergebnisse. Auf jeden Fall lassen sich aber bei gleichen Festigkeiten höhere Dehnungen erzielen, als wenn die gleichen Bäder ohne Zwischenschaltung einer Schrumpfung verwendet werden. Welche Auszüge vor und hinter dem Schrumpfbad die besten Ergebnisse liefern, muss von Fall zu Fall ausprobiert werden. Verhältnismässig säurearme und salzreiche Bäder geben im allgemeinen bessere Ergebnisse, wenn die Viskose in gereiftem Zustand versponnen wird, während andere Bäder, z. B. die nach dem
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kann aus gereifter wie ungereifter Alkalicellulose hergestellt sein.
Mit der Verbesserung der Dehnbarkeit geht eine wesentlich tiefere Anfärbbarkeit der Faser Hand in Hand, so dass gegenüber gewöhnlichen Viskoseseiden in der Farbstoffaufnahme kein Unterschied mehr besteht. Das Verfahren eignet sich ebensogut zur Erzeugung von Faserbündeln, die auf Schnittfaser verarbeitet werden, wie zur Herstellung von Kunstseide.
Man hat zwar schon vorgeschlagen, frisch gesponnene Kunstfäden mit einem bestimmten Abzug aus dem Bad zu ziehen und mit einem geringeren aufzuwickeln. Auch ist schon vorgeschlagen worden, den Faden zwischen zwei Rollen mit verschiedener Geschwindigkeit zu spannen, auf der zweiten Rolle mit einer Flüssigkeit zu waschen und im Fall einer dabei eintretenden Schrumpfung ihn mit einer dritten Rolle mit geringerer Geschwindigkeit abzuziehen. Bei vorliegendem Verfahren handelt es sich aber darum, den stark gestreckten Faden frei durchhängend sehr stark schrumpfen zu lassen und ihn dann wieder einer Streckung zu unterziehen. Schon kleine Widerstände verhindern die freie Auswirkung des der Faser eigentümlichen Schrumpfbestrebens.
Der Vorgang kann mit einem Reckprozess der Metallindustrie in zwei Stufen mit dazwischen liegendem Anlassen verglichen werden.
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Beispiele :
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förderung und letzter Abzug werden auf einen Fasertiter von 1 Denier eingestellt. Der Faden läuft nach Verlassen des Bades über drei Glasstäbe von 1 mm Stärke und dann über eine Rolle mit 50 m Umfangsgeschwindigkeit, um die er einmal ganz herumgeschlungen wird. Von hier fällt er in ein Wasserbad von gewöhnlicher Temperatur, in dem er über eine Strecke von 20 cm frei durchhängend untertaucht. Aus dem Wasserbad wird er von einer Spule mit 33 m Umfangsgeschwindigkeit abgezogen und aufgewickelt. Zwischen Wasserbad und Spule wird er durch Zwischenschaltung von vier parallelen, in einer Ebene liegenden Glasstäben von 5 mm Dicke gespannt. Die Spule läuft in einem Oberbad mit Wasser.
Nach Fertigstellung haben die Fäden eine Festigkeit von 3'54 g trocken und 2'16 g nass pro Denier und eine Trocken-bzw. Nassdehnung von 9'2 bzw. 8'7%.
2. Dieselbe Viskose wird in ein 450 warmes Bad von 65% iger Schwefelsäure gesponnen, wobei die erste Abzugsrolle eine Umfangsgeschwindigkeit von 54 m, die Spule eine solche von 34 m aufweist.
Die Eintauehstrecke im Sehrumpfbad beträgt 13 cm, hinter dem Schrumpfbad wird mit drei Glasstäben von 5 mm gespannt. Das Schrumpfbad hat eine Temperatur von 30 . Die übrigen Bedingungen sind dieselben wie in Beispiel 1. Man erhält Fäden von einer Trockenfestigkeit 3'1 g und einer Nassfestigkeit von 1'76 g pro Denier bei einer Dehnung von 12'9% trocken und 15'5% nass.
3. Dieselbe Viskose wird in ein 10-12'kaltes Bad versponnen, das durch Veresterung von 20 Teilen Methanol mit 80 Teilen konzentrierter Schwefelsäure hergestellt wurde. Die erste Abzugsrolle hat eine Umfangsgeschwindigkeit von 46 m, die Spule eine solche von 32 m. Die Fadenstrecke im Schrumpfbad beträgt 15 cm, die Temperatur des Sehrumpfbades 180. Hinterm Schrumpfbad wird nur über zwei Stäbe gespannt. Die übrigen Bedingungen sind wie in Beispiel 1. Man erhält Fäden von einer Trocken-bzw. Nassfestigkeit von 3'28 bzw. 2'26 g pro Denier bei einer Dehnung von 9'6% trocken und 13-4% nass.
4. Dieselbe Viskose wird in dasselbe Bad gesponnen wie in Beispiel 3, mit dem Unterschied, dass dem Spinnbad 10% Wasser zugesetzt werden. Die Umfangsgeschwindigkeit der Abzugsrolle beträgt 49 m, die der Spule 30 m. Spinnbadtemperatur 230, Spannung hinterm Schrumpfbad durch vier Stäbe.
Die übrigen Bedingungen sind wie bei Beispiel 3. Die erhaltenen Fäden zeigen trocken eine Festigkeit von 3'54 g und nass eine solche von 2'25 g bei einer Dehnung trocken von 11'2% und nass von 12'6%.
5. Dieselbe Viskose und Säure wie in Beispiel 3, nur wird die Säure mit 20% Wasser versetzt.
Die erste Abzugsrolle hat eine Umfangsgeschwindigkeit von 50 m, die Spule eine solche von 30 m. Übrige Bedingungen sind wie in Beispiel 4. Die Fäden haben eine Trockenfestigkeit von 3'1 g und eine Nassfestigkeit von 1-73 g bei einer Trockendehnung von 15% und einer Nassdehnung von 21'2%.
6. Eine gereifte Viskose mit 5% Cellulose und 5-5% NaOH wird bei einer Kochsalzreife von 4-75 cm3 in ein 22 warmes Bad gesponnen, das 44'35% Schwefelsäure, 26'8% Ammoniumbisulfat und 3-4% Natriumbisulfat enthält (Gewichtsprozente). Das Wasser des Schrumpfbades hat eine Temperatur von 35 . Hinter dem Schrumpfbad wird mit drei Glasstäben gespannt. Die Abzugsrolle hat 52 m, die Spule 32 m Umfangsgeschwindigkeit. Die übrigen Bedingungen sind wie in den vorhergehenden Beispielen.
Die Fäden haben eine Trockenfestigkeit von 3 g und eine Nassfestigkeit von 1-5 g pro Denier. Die Trockendehnung beträgt 13-7%, die Nassdehnung 19-2%.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung künstlicher Fäden oder Faserbündel aus Viskose mit hoher Festigkeit und Dehnung unter Verwendung bekannter Spinnbäder für hochfeste Fäden, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Spinnbad abgezogenen Fäden oder Faserbündel erst einer Streckung unterworfen werden, dann durch Passieren einer wässrigen Flüssigkeit unter völlig spannungslosem Durchhängen eine Schrumpfung durchmachen und hierauf auf die beabsichtigte Feinheit ausgezogen werden.