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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung gekräuselter Kunstspinnfasern.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um Kunstspinnfasern eine gewissermassen gewachsene Kräuselung, wie sie der Wolle eigen ist, und die allen Beanspruchungen, insbesondere auch bei Feuchtigkeit, standhält, zu erteilen. Die Erfindung wird am Beispiel der Viskose erläutert, ist aber auch sinngemäss auf andere Spinnlösungen anwendbar.
Bekanntlich wird beim üblichen Viskosespinnprozess die Spinnlösung durch feine Löcher in einer Düse (Spinnstelle) in eine Fällflüssigkeit hineingedrückt, wobei ein Bündel endloser Einzelfäden entsteht. Dabei nimmt das Fadenbündel im Spinnbad so viel Fällflüssigkeit an, als es zur vollkommenen Verfestigung (Regeneration) braucht. Bei diesem Spinnvorgang werden die stäbchenförmigen Makromoleküle, die sogenannten Mizellen der Cellulose, in die gleiche, einem Faden von gerade gerichteter Form entsprechende Ordnung gebracht. Wir haben nun erkannt, dass durch diese Ordnung der Mizellen die gerade gerichtete Form die natürliche Form des Fadens wird. Ein solcher Faden lässt sich in na, ssem Zustande zwar biegen und behält die Biegungen wenigstens teilweise bei,
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und besonders leicht, wenn der Faden nass gemacht wird, wieder verloren.
Wir haben nun gefunden, dass eine permanente und tief bleibende Kräuselung dann erhalten wird, wenn man die Mizellen durch besondere Massnahmen so neu ordnet, dass ihre Anordnung nicht der gerade gerichteten, sondern der gekräuselten Fadenform entspricht. Zu diesem Zweck muss man die Fäden in die krause Form hineinstricken und recken also über ihre Elastizitätsgrenze hinaus be- anspruchen, u. zw.
vorzugsweise in einem Zeitpunkt, in dem der noch mit Fällmittel behaftete Faden nur so weit verfestigt ist, seine Mizellen also noch so wenig verwachsen sind, dass sie der Einwirkung der Kräuselvorrichtung nachgeben, aneinander gleiten und sich so der krausen Fadenform anpassen.
Dadurch wird die krause Form des Fadens seine natürliche, und sie wird besonders beständig gegen
Zug und Feuchtigkeit, wenn man die Mizellen in dieser Lage ruhig und endgültig verwachsen lässt, wozu man zweckmässig die gekräuselten Fäden ohne Zug eine gewisse Zeit der Wirkung von Fällmittel ausgesetzt lässt.
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, mit Hilfe von Riffelwalzen gekräuselte Kunstfasern herzustellen, jedoch ist in den diesbezüglichen Veröffentlichungen von dem Grad der Kräuselung mit
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offenbar um eine grobe Kräuselung handelt, die keinswegs als wolleähnlieh angesehen werden kann.
Vor allen Dingen ist aber auch der wesentlichste Punkt des vorliegenden Verfahrens, nämlich das Auf- zwingen der gekräuselten Form auf den noch nicht endgültig verfestigten Faden unter starker Be- anspruchung und erheblicher Verlängerung desselben nicht offenbart worden. Gerade aber in dieser besonderen Arbeitsweise ist der Erfolg des vorliegenden Verfahrens begründet.
Im folgenden soll das Verfahren näher beschrieben werden : Es genügt nicht, den Faden einfach in die wellige Form zu biegen, wie dies offensichtlich bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist ; dadurch kann nämlich, wie wir festgestellt haben, keine hin- reichende und bleibende Neuordnung der Mizellen herbeigeführt werden.
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will, man zweckmässig Zahnwalzen besonderer, bisher nicht vorgeschlagener Art benutzt, die z.
B. so gebaut sind, dass der Faden, bevor er an die Stelle grösserer Eingrifftiefen gelangt, in seiner zick- zackförmigen Lage zwischen den weniger tief eingreifenden Zähnen schon so festgehalten ist, dass er
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heblicher Verlängerung (Überstreckung) in die wellige Form gebracht wird, so dass während des Durchganges durch die Walzen ein Gleiten und eine Lageverschiebung der Mizellen und dadurch ihre Neuordnung hervorgerufen wird. Die durch die zickzackförmige Auflage des Fadens auf den Zahnoberflächen hervorgerufene Reibung A ist demnach im allgeneinen vor und hinter den tiefeingreifenden Zähnen erheblicher grösser als die zur Neuordnung der Mizellen und Dehnung und Verlängerung auf- zuwendende Kraft B, also
A) B.
Bei der Verzahnung nach Fig. 1 werden die auf den Walzen 1 und 3 vorgesehenen beispielsweise 92 Zähne 3 und 4 und die entsprechenden Zahnlücken von Kreisbögen begrenzt. Charakteristisch ist aber, dass die Zahnlücken wesentlich breiter sind als die Zähne und daher nicht von den Zähnen. wie bei einer üblichen Verzahnung, ausgefüllt werden können. Bei einem Durchmesser von etwa
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im Bogenmass. Hieraus folgt dann weiter die Zahnhöhe zu 1'4 man, die Eingrifftiefe zu l mm. der
Lückenradius zu 0-6 wit und der obere Zahnradius zu 0'21/11/1. Hiebei wurde eine Verlängerung von I etwa 15% und darüber ermittelt.
An Stelle einer solchen Kreisbogenverzahnung kann gelegentlich eine Zykloidenverzahnung treten. Je grösser Walzendurchmesser und Zähnezahl sind, um so stärker ist die Wirkung ; je feiner die Fäden, um so feinere Teilung ist zweckmässig. Die Walzenprofile sollen, wie Fig. 1 gleichfalls zeigt, so zueinander abrollen können, dass beim Lösen der Verzahnung der im
Punkt grösster Eingriffstiefe vorhandene Minimalabstand der Zähne nicht wesentlich unter- schritten wird.
Vorstehende Bedingungen kennzeichnen die für unseren Zweck geeigneten Walzen sowie deren
Verzahnung sowie im Zusammenhang mit dem folgenden auch ihre Anordnung zueinander. Die
Walzen werden zweckmässig wie folgt synchronisiert :
Nach Fig. 2a und 2b treibt beispielsweise die eine Walze 2 die andere dadurch an, dass Gummi-
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geführt, durch die nur Bruchteile eines Millimeters messende Walzenfuge laufen, durch die al ; dj die Fadenmasse etwa bei 16 durchläuft. Die Walzen können durch Hebel oder Gewicht, durch Schrauben, Federn od. dgl. gegeneinander gedrückt werden.
Zahnräder verwendet man zweckmässig wie in Fig. 3a und 3b. Die Walzen 1 und S tragen an ihren Enden Verzahnungen 21 und 22 von etwas kleinerem Durchmesser als die Walzen. Diese Endverzahnungen kämmen mit zwei auch sich kämmenden Umgehungszahnrädern 17 und 18. Die angetriebene Walze 2 wälzt ihre Endverzahnung 22 auf dem Umgehungszahnrad 17, dieses auf dem Um-
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gehungszahnräder zwei an den Walzenenden angeordnete und direkt kämmende Zahnräder zu verwenden, ist unsicherer.
Soll die Kräuselung nicht immer in der gleichen Ebene liegen, so muss man dem Faserbiindel vor den Walzen einen falschen Drall erteilen :
Fig. 5 veranschaulicht einen drehbaren, mit konischer Innenfläche versehenen Ring : 10 und einen dazu koaxial angeordneten, im entgegengesetzten Sinne drehbaren Konus 31. Die Fadenmasse 16 wird durch den Ringraum zwischen den beiden Konussen hindurchgeführt und ihr dadurch ein Drall erteilt.
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über welche Gummibänder 39 bzw. 40 gespannt sind.
Der Antrieb erfolgt von der Riemenscheibe 38 mittels des gekreuzten Riemens 37, welcher die Rollen 33, 34, 35, 36 und die Gummibänder. 39 und 40 im Sinne der Pfeile bewegt, so dass die zwischen den Bändern 39 und 40 befindliche Fasermasse 16 gerollt wird. Der beweglich gelagerte Arm 42 steht unter dem Zug der Feder 45 und wird durch eine drehbare Scheibe 44 mit Nocken 45 periodisch mit den Walzen 35 und 54 und dem Band 59 gegen den Federzug gehoben, so dass dann jedes Mal der Drall zurückspringen kann. Beim erneuten Senken des Armes 42 erhält der Fadenstrank wieder falschen Drall.
Mit rundem Querschnitt in solche Kräuselwalzen einlaufende Fasermasse verlässt diese als gekräuseltes, flaches Band, wird also darin stark beansprucht, und es ist überraschend, dass man un- vollkommen verfestigte Kunstspinnfaser einer so starken Einwirkung aussetzen kann. Die Walzen müssen aus einem gegen die Fällreagentien absolut widerstandsfähigen Material bestehen, z. B. säurefesten Stahl, weil eine auch nur wenig angefressene Zahnung keine so starke Einwirkung mehr ermöglichte.
Die Kräuselung wird besonders beständig, wenn man den mit Fällflüssigkeit behafteten Faden der Ruhe überlässt : man wird ihn also nicht gleich wässern, nachbehandeln und mechanisch bean-
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der er einige Zeit, unter Umständen minutenlang (gewöhnlich etwa eine halbe bis zehn Minuten) der Einwirkung der ihm anhaltenden Fällmittel der Ruhe überlassen bleiben kann, damit die Mizellen in der neuen, durch die Kräuselvorrichtung erzwungenen Lage festwachsen können. Längere Ruhezeit macht die Kräuselung widerstandsfähiger. Jede Formänderung wird übrigens permanent, wie wir'gefunden haben, wenn man die mit Fällmittel benetzten Fäden hinreichend lange ruhen lässt.
Dabei kann Konzentrieren der anhaftenden Fällflüssigkeit durch Verdunsten an der Luft oder Hinzufiigen neuer, gegebenenfalls auch stärker fällend wirkender Mittel förderlich sein. Auch Temperaturerhöhung kann die Verfestigung beschleunigen, auch kann konzentrierte Säure von vornherein an-
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Es gibt während der Verfestigung des Fadens (Fadenbildung, Koagulation, Regeneration) also zwischen Düse und endgültigem Festwaehsen der Mizellen ein ganz bestimmtes Intervall, das für die Kräuselung günstig ist.
Eingehende Versuche ergaben nun. dass es in diesem Intervall einen für die Kräuselung optimalen Punkt gibt, dessen zeitliche und örtliche Lage u. a. nicht nur von der Fadendicke, dem Säure-und Salzgehalt des Spinnbades, der Spinntemperatur, der chemischen und physikalischen Beschaffenheit des Viskose, sondern auch noch davon abhängt, wie stark beim Spinnen vor den Walzen verstreckt wurde und wie stark der Zug ist, dem der Faden hinter den Walzen in seiner Ruheperiode notgedrungen ausgesetzt werden muss, wobei der Punkt im allgemeinen der Düse näher rückt, je kleiner die nachträgliche Zugbelastung und/oder je kleiner die Eingriffstiefe der Zähne ist. Der optimale Punkt kann nach Art der nachfolgenden Beispiele ermittelt werden.
Um bei optimalen Punkt zu kräuseln, ergeben sich folgende technische Wege :
Einer besteht darin, dass je eine Kräuselvorrichtung, die auch als Galette dienen kann. bei jeder
Spinnstelle im optimalen Abstand von der Düse angeordnet ist.
Liegt nun der optimale Punkt an einer Stelle, wo die Anbringung einer Kräuselvorrichtung unerwünscht ist, so verschiebt man ihn durch folgende Massnahmen und kann durch diese Massnahmen oder Zusätze das Endprodukt auch ganz allgemein verbessern.
1. Man verändert die Fällbäder, wobei z. B. erhöhter Salzgehalt und/oder verminderter Säure- gehalt und/oder erniedrigt Temperatur den optimalen Punkt von der Spinndüse abrückt, während
Erhöhung ihn näher rückt.
2. Man rückt den optimalen Punkt weiter ab durch das Zweibadverfahren : Man verwendet zuerst ein die Cellulose nicht regenerierendes Bad, z. B. aus Ammonsulfat und später erst kurz vor. während oder hinter den Kräuselwalzen ein regenerierende Bad, z. B. Säure,
3. Man verwendet ungereifte (nur kurze Zeit gereifte oder bei tiefen Temperaturen gereifte)
Viskose, vor allem ungereifte Viskose aus ungereifter Alkalicellulose (etwa 10-20 Hottenroth = beispielsweise 6-11 NaCI, siehe Beispiele) oder Gemische aus gereifter und ungereifter Viskose, wo- durch obendrein der Kräuseleffekt verbessert wird.
Diese Massnahmen (die auch kombiniert werden können, wobei sich die Wirkungen überdecken) ermöglichen nun auch, für eine Mehrzahl von Spinnstellen mit nur einem Kräuselwalzenpaar auszu- kommen. Bei den Maschinen mit langen Reihen von Spinnstellen (Spinndüsen) werden die Fäden gemeinsam dem Ende der Maschine zugeführt. Ordnet man am Ende nur ein Kräuselwalzenpaar für alle Spinnstellen (Spinndüsen) an. so erreicht öfters die Mehrzahl der Fäden die Kräuselwalzen nicht mehr im optimalen Zustand. In diesem Fall kann man aber bei entfernteren Spinnstellen schwächer wirkendes Fällbad verwenden : Man führt z.
B. am Ende der Maschine ein Spinnbad von solcher Zu- sammensetzung und Temperatur ein, dass die aus den nächstliegenden Düsen kommenden Fäden den optimalen Zustand erreicht haben, wenn sie bei dem Walzenpaar ankommen. Dieses Spinnbad wird
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durch Zusätze von Salz usw. und/oder Temperaturänderung so verändert, dass auch die länger laufenden Fäden bis zur Kräuselwalze den gleichen optimalen Zustand erreichen.
Statt das Spinnbad selbst zu ändern, kann man auch die Fäden entfernterer Spinnstellen hinter
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die Fasermasse J6 im Bad 29 aufgestaucht wird.
An den verschiedenen Spinnstellen kann man auch verschieden weit gereifte Viskose verspinnen und so gegeneinander abstimmen, dass an den Kräuselwalzen optimaler Zustand der Fäden vorliegt.
Man zerschneidet die gekräuselten Fäden unter weitgehender Vermeidung von Zug schon zweckmässig unmittelbar nach dem Kräuseln. Ist dabei Zug nicht hinreichend vermeidbar, so kann man den gekräuselten Fäden ungekräuselte Fäden als Stützfäden beimischen. Gleich nach dem Kräuseln zu
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schneiden ist günstig, weil kurze Fasern leicht so gelegt werden können, dass die Kräuselung nicht durch den beim Schrumpfen der Faserlänge auftretenden Zug beeinträchtigt wird. Erst nach dein Ruhen auf einem Transportband, einem Pilgerschrittförderer oder ähnlichen Vorrichtungen wird nachbehandelt, wobei längeres Verweilen in saurem Wasser dienlich ist.
Was für die Arbeit auf langen Maschinen mit nur einem Walzenpaar gesagt ist, gilt sinngemäss auch, wenn jede oder einige Spinnstellen ein besonderes Walzenpaar haben.
Wenn, wie es öfter vorkommt, durch Düsenverstopfung od. dgl. ein Fadenbündel ausbleibt oder reisst, so kann man dieses Fadenbündel an die Gesamtfadenmasse der andern Spinnstellen wieder anlegen. Damit aber das neue Ende nicht Anlass gibt, dass sich die Fadenmasse um eine Kräuselwalze wickelt, wird den Kräuselwalzen ein Paar glatter Walzen vorgeschaltet, welche durch Druck die Gesamtfadenmasse in ein glattes Band verwandeln.
Das Umwickeln hindert man auch, wenn man bei nebeneinanderliegenden Eräuselwalzen unter jeder Kräuselwalze eine mit grösserer Umfangsgeschwindigkeit laufende glatte Walze so anordnet, dass zwischen den glatten Walzen ein so breiter Raum ist, dass die Fasermasse für gewöhnlich frei hin- durchläuft. Wenn jetzt das Fadenbündel an einer der Eräuselwalzen anzuhaften beginnt, so muss es eine der schnell laufenden Walzen berühren und wird dadurch gehindert, sich ganz um die Kräuselwalze zu wickeln.
Damit trotzdem einmal vorkommendes Aufwickeln nicht zu einer Betriebstörung führt, wird zwischen Glatt-und Eräuselwalzenpaar nech ein Hilfskräuselwalzenpaar angeordnet, dessen Walzen für gewöhnlich so weit voneinander entfernt sind, dass die Fadenmasse frei hindurchläuft. Tritt nun am andern Walzenpaar eine Störung ein, so wird das Hilfswalzenpaar so lange eingerückt, bis das H"uptwalzenpaar wieder gesäubert ist.
Vorteilhaft ist das vorstehende Verfahren anwendbar auf Spinnlösungen, denen kunstharzbildende Massen zugesetzt sind, welche auch schon vorkondensiert oder vorpolymerisiert sein können, und die während oder nach der Kräuselung entweder durch die katalytische Wirkung der Säure des
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Formaldehyd und Harnstoff oder dessen Homologen, Vorkondensate oder Vorpolymerisate aus Formaldehyd und Phenol oder dessen Homologen, ferner Derivate des Vinyls und des Styrols u. a.
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richtungen anwendbar, sofern hiebei die Verformung mit einer gewaltsamen Verlagerung der. Mizellen und einer wirklichen und bleibenden Änderung der molekularen Struktur verbunden ist.
Ebenso gilt es für andere Nass- und Treckenspinnverfahren für Cellulose oder deren Derivate, und wenn auch mit minderem Erfolg für bereits fertig gestellte, aber wieder erweichte Fasern, und schliesslich auch für andere Gebilde, wie Bändchen, Filme, Haare u. dgl.
Beispiele :
1. Das die Walzen verlassende gekräuselte Faserbündel hing 0'41n lang senkrecht frei in der
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flüssigkeit benetzt drei Minuten ruhen und wurden dann in Stapel geschnitten, blieben in saurem Wasser bis eine halbe Stunde liegen und wurden dann in üblicher Weise nachbehandelt.
Wie in vorliegendem Falle die Güte der Eräuselung"von der Vorreife und Nachreife abhängt, zeigen die Tabellen 1 und 2. Die Güte der Kräuselung wird wiedergegeben durch die Festigkeit des Vlieses und der daraus herzustellenden Garne.
Unter Vliesfestigkeit wird das auf 1 g Vlies umgerechnete Gewicht verstanden, das erforderlich ist, um ein Vlies von den Ausmassen 10 x 50 ein auseinander zu ziehen. Das Vlies, dem die zu prüfende
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Materials über die Krempel gehen lässt, dass nach zweimaligem Passieren derselben ein Vlies von 100 g anfällt.
Tabelle 1.
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<tb>
<tb>
Reife <SEP> der <SEP> Alkali- <SEP> Vlies <SEP> Garne
<tb> cellulose <SEP> bei <SEP> Vliesfestigkeit <SEP> Festigkeit <SEP> in <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> Drehung <SEP> pro <SEP> cm <SEP> Metr. <SEP> Nr.
<tb>
20 <SEP> C <SEP> in <SEP> Stunden <SEP> in <SEP> g <SEP> pro <SEP> 1 <SEP> g <SEP> Vlies <SEP> 10 <SEP> g <SEP> Prozent
<tb> 0 <SEP> 3#3 <SEP> 302 <SEP> 12#9 <SEP> 2 <SEP> 4
<tb> 24 <SEP> 10#5 <SEP> 303 <SEP> 14#0 <SEP> 2 <SEP> 4
<tb> 40 <SEP> 14#2 <SEP> 3065 <SEP> 14#7 <SEP> 2 <SEP> 4
<tb> 65 <SEP> 22#6 <SEP> 428 <SEP> 19#6 <SEP> 2 <SEP> 4
<tb> 96 <SEP> 14#5 <SEP> 247 <SEP> 12#6 <SEP> 2 <SEP> 4
<tb> 120 <SEP> 17#5 <SEP> 383 <SEP> 14#5 <SEP> 2 <SEP> 4
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Die Nachreife der Viskose wurde bei allen Versuchen so eingestellt, dass ein Reifegrad voll 4 NaCI vorlag. Im Reifeverlauf der Alcalicellulose ergeben sich hiebei bei graphischer Auswertung der Zahlentafel für Festigkeit, Dehnbarkeit und Vliesfestigkeit zwei Scheitelpunkte zwischen 48 und 72 Stunden und zwischen 108 und 120 Stunden.
Nimmt man die Alkalireifezeit zwischen 48 und 72 Stunden und variiert die Nachreife der Viskose, so ergibt sich die folgende Zahlentafel :
Tabelle 2.
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<tb>
<tb>
Nachreife <SEP> der <SEP> Vlies <SEP> Garne
<tb> Viskose <SEP> in <SEP> NaCl- <SEP> Vliesfestigkeit <SEP> Festigkeit <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> Drehung <SEP> pro <SEP> cm <SEP> Metr. <SEP> Nr.
<tb>
Graden <SEP> in <SEP> g <SEP> pro <SEP> 1 <SEP> g <SEP> Vlies <SEP> 10 <SEP> g <SEP> Prozent
<tb> 8 <SEP> 22#9 <SEP> 420 <SEP> 26 <SEP> 2 <SEP> 5
<tb> 5 <SEP> 17#5 <SEP> 362 <SEP> 13 <SEP> 2 <SEP> 5
<tb> 4#5 <SEP> 17#2 <SEP> 355 <SEP> 13 <SEP> 2 <SEP> 5
<tb> 2#5 <SEP> 20#7 <SEP> 306 <SEP> 12 <SEP> 2 <SEP> 5
<tb> 3#5 <SEP> 17#6 <SEP> 367 <SEP> 12 <SEP> 2 <SEP> 5
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salzpunkten 10 und 7 und 4 und 2'5.
2. Optimaler Verfestigungsgrad bei verschiedener Entfernung zwischen Düse und Kräuselwalzen.
Die Fäden aus einer mit kunstharzbildenden Stoffen versetzten Viskose wurden durch ein 50 cm langes Bad geschleppt und dann einen verschieden weiten Weg bis zu den Kräuselwalzen geleitet. Dabei ergibt sich die folgende Zahlentafel 3 :
Tabelle 3.
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<tb>
<tb>
Abstand <SEP> der <SEP> Vlies <SEP> Garne
<tb> Kränselwalzen <SEP> Vliesfestigkeit <SEP> Festigkeit <SEP> in <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> Drehnung <SEP> pro <SEP> cm <SEP> Metr. <SEP> Nr.
<tb> von <SEP> der <SEP> Düse <SEP> m <SEP> in <SEP> g <SEP> pro <SEP> 1 <SEP> g <SEP> Vlies <SEP> 10 <SEP> g <SEP> Prozent
<tb> 2#5 <SEP> 16#4 <SEP> 610 <SEP> 12#4 <SEP> 2#05 <SEP> 6#1
<tb> 6#5 <SEP> 11#0 <SEP> 554 <SEP> 12#3 <SEP> 1#89 <SEP> 6#8
<tb>
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung gekräuselter Kunststpinnfasern, dadurch gekennzeichnet, dass man dem noch nicht endgültig verfestigten Faden eine Kräuselung unter bleibender erheblicher Ver-
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