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Verfahren, bei welchem ein oder mehrere dünne, aus einem kristallinen, organischen Polymermaterial bestehende Filme oder Bänder ausgefasert werden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von molekularorientiertem, kristallinem, orga- nischem Polymermaterial.
Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Überführung dieses Materials in Formkörper, die geeignet sind zur Verwendung als Strick- oder Webgarn oder Seile oder Verpackungsbindfäden. Bei solchen Artikeln ist es erforderlich, dass sie ausser einer grossen Zähigkeit eine rauhe oder haarige Oberfläche aufweisen, da diese dem Gewebe eine gute Formstabilität und, im Falle von Seilen und Bindfäden, eine gute Knotenfestigkeit verleiht. Ziel der Erfindung ist es, Materialien herzustellen, die eine derartige Oberfläche aufweisen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei welchem ein oder mehrere dünne aus einem kristallinen, organischen Polymermaterial bestehende Filme oder Bänder, die zur Erzielung einer beginnenden Faserung in Längsrichtung molekular-orientiert wurden, ausgefasert werden, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Faserung erreicht wird, indem das Material um seine Längsachse unter Bildung eines Garnes, Zwirnes oder Seiles unter einer Spannung von höchstens 1/4 der Bruchfestigkeit des Materials verzwirnt wird, wodurch ein transversales Reissen eines Teiles der Fasern, die die äussere Oberfläche des gezwirnten Materials bilden, bewirkt wird, so dass pro 0. 645 mm2 Fläche, die aus dem Pro- dukt aus der Länge des behandelten Materials, multipliziert mit seinem durchschnittlichen Umfang, berechnet wird, zumindest eine zerrissene Faser erzeugt wird.
Die brit. Patentschrift Nr. 479, 202 beschreibt ein Verfahren zur Ausfaserung von in der Längsrich-
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orientiertendie natürlichen Fasern oder Stapelfasern ähnlich sind. Jedoch sind bei diesem bekannten Verfahren weitere Arbeitsprozesse, z. B. Spinnen oder Zwirnen, erforderlich, um das so gewonnene Material in ein Garn, Zwirne oder Schnüre überzuführen.
Sehr gut geeignete organische Polymermaterialien, die beim erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden können, sind Polyäthylen, Polypropylen, POly-4-methylpenten-1, Polyoxymethylene (einschliesslich Copolymere), Polyvinylfluorid, Polyäthylenterephthalat, Polyamide wie Polyhexamethylenadipamid und Polyhexamethylensebacamid und Polycaprolactam und Poly-3, 3'-bischlormethyl- oxacyclobutan.
Profilstücke aus diesen Polymermaterialien werden meistens durch Schmelzstrangpressen erhalten.
Damit die Materialien leicht einer Molekularorientierung unterworfen werden können, ist es im allgemeinen erwünscht, diese Materialien unmittelbar nach dem Strangpressen abzuschrecken, Um das Abschrecken leicht durchführen zu können, sollen die Profilstücke eine geringe Ausdehnung haben ; Profil-
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stücke in Form eines Filmes sind sehr gut geeignet.
Die Bedingungen für die molekularorientierten, kristallinen, organischen Polymermaterialien sind von Material zu Material verschieden, wie beispielsweise die wesentlichen Operationsbedingungen wie
Dehnungstemperatur, Dehnungsgrad und Dehnungsgeschwindigkeit. Die bei solchen Verfahren zur Mo- lekularorientierung angewandten Bedingungen, die die Herstellung von Material mit einleitender Fase- rung begünstigen, sind folgende :
1. Die Anwendung eines hohen Dehnungsverhältnisses, wodurch beispielsweise der Spannungsmodul des gezogenen Materials mindestens das Dreifache des Moduls des unorientierten Polymers beträgt,
2. dass das gezogene Material in Vorrichtungen gezogen wird, welche die Kontraktion des Mate- rialsin seinen transversalen Richtungen gestattet, z.
B. eine Vorrichtung mit sehr weit voneinander ent- fernt angeordneten Zugwalzen und
3. dass im Querschnitt des Profilstückes weder die Fläche noch irgendeine andere Ausdehnung unge- bührlich hoch sein soll, oder dass der mittlere Teil nicht dazu neigt, in einen Zustand einleitender Fa- serung überzugehen.
Beispielsweise kann die Querschnittsfläche vor dem Dehnen unter 0, 968 cm2 liegen, wobei die be- sten Ergebnisse bei unter 0, 194 cm2 liegen. Das Profilstück kann geeigneterweise in der Form eines
Filmes oder Bandes mit einer Stärke von unter 0, 76 mm und einer Breite von unter 101, 6 mm, vor- zugsweise unter 76, 2 mm, vorliegen. Ein geeignetes Profilstück liegt ferner in Form eines rohrförmigen
Filmesvor, dasaus einer kreisförmigen Düse ausgepresst wurde, wobei es zulässig ist, dass diese vor dem
Ziehen ein Rohr mit einem Durchmesser bis zu 152, 4 mm und einer Dicke unter 0, 76 mm darstellt.
Bei dieser Ausführungsform soll der Gasdruck innerhalb des Filmes so niedrig sein, dass sich das Deh- nungsrohr radial zusammenziehen kann. Dies steht nicht im Widerspruch mit der oben genannten dritten
Bedingung, da im Falle eines rohrförmigen Profilstückes eine viel geringere mechanische Einschränkung der Reduktion in seinem Umfang erfolgt als im Falle eines breiten ebenen Filmes, und es wird festge- stellt, dass eine einleitende Faserung über den gesamten Umfang erfolgt.
Das gewünschte Profilstück kann durch Schmelzstrangpressen des Materials durch eine Düse mit ge- eigneten Dimensionen erhalten werden, oder es kann das Material alternativ durch eine relativ breite Spaltdüse stranggepresst und der erhaltene Film in der Längsrichtung zu einer Anzahl von schmäleren Fil- men oder Monofäden, die einer Dehnung unterworfen werden, geteilt werden. Im letzteren Fall kann der Film zuerst entlang einer Anzahl von parallelen Linien zu einer genügenden Tiefe eingeschnitten oder durch Anwendung einer longitudinalen Zugkraft in schmälere Bahnen geteilt werden oder es kann der Film alternativ durch seine gesamte Dicke mit Hilfe geeigneter Mittel geschnitten werden und die bereits geteilten Bahnen einer längsgerichteten Dehnungskraft unterworfen werden.
Jedes dieser schmäleren Profilstücke kann dann unter Bildung eines gezwirnten Materials, wie im folgenden beschrieben, behandelt werden, oder es können zwei oder mehrere der schmäleren Bahnen unter Herstellung eines zusammengesetzten gezwirnten Materials miteinander verzwirnt werden.
Das bevorzugte Verfahren zur Molekularorientierung eines Profilstückes besteht darin, dass man es von mindestens einer berührenden Walzenfläche, die mit einer gegebenen Geschwindigkeit rotiert, durch einen Bereich führt, in welchem das Material auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher es gleichmässig gedehnt wird, die jedoch unter seinem Schmelzpunkt liegt, u. zw. in Abwesenheit von wesentlichen seitlichen einschränkenden Kräften und weiter zumindest einer berührenden Walzenfläche, die mit einer entsprechend grösseren Geschwindigkeit rotiert und genügend weit von dem Punkt entfernt ist, an welchem das Dehnen zuerst erfolgt, um eine transversale Kontraktion zu erreichen.
Beispielsweise kann das Material rund um die Oberfläche einer beheizten "langsamen Walze" durch einen Heissluftofen geführt werden oder über einen Wärmestrahler in Abwesenheit einer wesentlichen seitlichen Einschränkung gegen die Verengung und auf und um eine "schnelle Walze", welche gegebenenfalls innen gekühlt sein kann, z. B. durch Zirkulation von kaltem Wasser durch seine innere Höhlung. Bei Verwendung eines Heissluftofens wandert das gedehnte Material vorzugsweise eine wesentliche Strecke, z.
B. in der Grössenordnung von mehreren Metern ohne Berührung mit Führungswalzen, um eine transversale Veren- gungzuunterstützen. Bei den andern oben genannten Anordnungen wird bevorzugt, dass das Material auf die Dehnungstemperatur durch Infrarotheizvorrichtungen in einem wesentlichen Abstand von der"schnel- len Walze" aufgeheizt und daraufhin über die im wesentlichen gesamte Länge des Abstandes gestreckt wird.
Im allgemeinen liegen die Temperaturen, bei welchen Molekularorientierung der Polymermaterialien, die gemäss der Erfindung einer longitudinalen Orientierung unterworfen werden, auftritt, unterhalb ihrer kristallinen Schmelzpunkte, jedoch oberhalb ihrer Übergangstemperatur zweiter Ordnung.
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Dehnen derGemäss Fig. 1 wird das Polymer in Form eines Filmes stranggepresst, welcher dann abgeschreckt, gegebenenfalls in schmälere Bahnen geschnitten, wiedererwärmt und in der Längsrichtung bei einer geeigneten Temperatur gedehnt wird ; das gekühlte Material wird gefasert, gezwirnt, dann partiell entzwirnt und auf eine Spule aufgewickelt.
Fig. 2 zeigt die Verwendung eines Infrarotheizkörpers in Verbindung mit einem Satz langsamer Walzen und einem Satz schneller Walzen zur Durchführung der Dehnungsstufe. Der Film-l-läuft durch zwei Spalte, die durch die beheizte Walze-3-und die beheizten Walzen-2 bzw. 4-- gebil- detwerden, unter dem Infrarotheizkörper-5-und durch zwei Spalte, die durch die gekühlten Walzen - -6, 7 und 8-- gebildet werden. Die Walze --7-- dreht sich schneller als die Walze --3--, so dass das Verhältnis ihrer Winkelgeschwindigkeiten gleich ist dem Dehnungsverhältnis, das dem Film erteilt wird.
Der Heizkörper --5-- wird so eingestellt, dass der Film auf einer Strecke von etwa einem Drittel seines Weges zwischen Walzen --4 und 6-- erwärmt wird und die Kühlgeschwindigkeit des Filmes über den restlichen Teil dieses Abstandes und durch die Verkleidung -9-- herabgesetzt wird.
Die Fig. 3 zeigt eine alternative Anordnung zur Durchführung der Dehnungsstufen gemäss der Erfin-
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Richtung und führt nach abwärts über die Walzen-16 und 17-in die durch die gekühlten Walzen - 18, 19 und 20-- gebildeten Spalte. Die Walze --19-- dreht sich schneller als die Walze-12-, so dass das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeit der auf den Film einwirkenden Dehnungsverhältnisse gleich ist.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert, ist jedoch nicht auf jene beschränkt.
B eis pi el l : Polypropylen mit demanfänglichen Schmelzflussindex 28 (gemessen bei 1900C unter Verwendung eines 10 kg-Gewichtes) wird in der Form eines Filmes von etwa 45, 72 cm Breite und
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0, 25 mm Dicke stranggepresst und aufgeschlitzt unter Bildung von drei Filmen mit 12, 7 cm Breite und zwei Randstücken, wobei die letzteren entfernt werden. Die Filme werden bei einer Geschwindigkeit von 7, 3 m/min einer Vorrichtung gemäss Fig. 2 zugeführt, wo sie zwischen langsamen und schnellen Walzen gezogen werden und wobei die schnellen Walzen bei einer Geschwindigkeit rotieren, die elfmal so gross ist als die der langsamen Walzen.
Das Erwärmen durch Infrarotheizkörper war so, dass das tatsächliche Dehnen des Filmes über eine Länge von etwa 152, 4 mm erfolgt, wobei die Ausmasse jedes Filmes (ursprünglich 127, 0 mm breit und 0, 25 mm dick) auf 40, 6 mm Breite und 0, 8 mm Dicke herabgesetzt werden. Das so hergestellte Material wird bis zu einem Ausmass von einer Drehung pro 25, 4 mm unter Verwendung einer Spannung von 3 kg (1/8 g/den) unter Herstellung eines Zwirnes mit haarigem Aussehen gezwirnt. Die Zähigkeit und Zwirnerinnerung des so hergestellten Zwirnes und die Zähigkeit einer geknoteten Probe werden gemessen, wobei die in Tabelle 1 angegebenen Resultate erhalten wur- den. Zum Vergleich werden ähnliche Messungen an Zwirnen mit dem gleichen Denier aus Polypropylenstapelfasern und aus Sisal durchgeführt.
Tabelle I :
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<tb>
<tb> Material <SEP> Zähigkeit <SEP> des <SEP> Zwirns <SEP> Zähigkeit <SEP> des <SEP> Zwirn-
<tb> (g/den) <SEP> geknoteten <SEP> erinnerung
<tb> Zwirns <SEP> (ufo) <SEP> +)
<tb> (g/den)
<tb> Zwirn, <SEP> hergestellt
<tb> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 4, <SEP> 2 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 86
<tb> Zwirn <SEP> aus <SEP> Polypropylenstapelfasern <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 20
<tb> Sisalzwirn <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 3- <SEP>
<tb>
'Die Messung der Zwirnerinnerung wird wie folgt durchgeführt :
Eine Probe Zwirn wird bis zu einer Ausdehnung von 3 Verdrehungen pro 25, 4 mm gezwirnt. Die Drehkraft wird entfernt und nach 1 min wird die Zahl der Drehungen pro 25, 4 mm gemessen und als Prozent von 3 Drehungen ausgedrückt.
Beispiel 2 : Polypropylen mit dem anfänglichen Schmelzflussindex 50 wird als ein Film stranggepresst von etwa 15, 24 cm Breite und 0, 15 mm Dicke, welcher nach dem Entfernen der Randstücke in schmälere Filme mit einer Breite von 7, 6 mm geschnitten wird. Die Filme werden dann auf das Neun- fache ihrer ursprünglichen Länge über einen Abstand von 101, 6 mm unter Verwendung einer Vorrichtung gemäss Fig. 2 gedehnt und ein Material von 1000 den, 2, 54 mm Breite und 0,05 mm Dickehergestellt.
Das aus diesem Material hergestellte gezwirnte Garn hat eine Zähigkeit von 7 g/den.
Beispiele 3 bis 12 : Unter Anwendung des Verfahrens gemäss Beispiel 1 werden Dehnungsverhältnisse von 5 : 1 bis 12 : 1 angewandt, die Zähigkeit der in jedem Fall hergestellten gezwirnten Produkte wird gemessen und ergibt die in Tabelle 11 angeführten Ergebnisse.
Tabelle H :
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<tb>
<tb> Beispiel <SEP> Nr. <SEP> Dehnungsverhältnis <SEP> Zähigkeit
<tb> (g/den)
<tb> 3 <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 6 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 8 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 9 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 4, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 10 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 4, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 10, <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 5, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 11 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 4, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 11 <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 12 <SEP> 12 <SEP> :1 <SEP>
<tb>
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Bei s pie I 13 : Ein Polypropylenrohr wird auf einen Durchmesser von 60, 5 mm und eine Wandstärke von 2, 5 mm stranggepresst.
Das Rohr wird dann zentral durch eine Heizzone geleitet, die aus symmetrisch und kreisförmig angeordneten Infrarotheizkörpern besteht, welche es gleichmässig über einen Abstand von etwa 304, 8 mm erwärmt, während es in der Längsrichtung auf das Zehnfache seiner Länge zwischen zwei Paaren von Klemmwalzen gezogen wird. Der gezogene Film wird geschnitten und zu einem ebenen Flächengebilde geöffnet, welches dann zugleich unter Bildung eines haarigen Zwirns mit hoher Zähigkeit und Zwirnerinnerung gezwirnt wird.
Beispiel 14 : EinO, 25mmdickerFilmaus Polyoxymethylenpolymer wird stranggepresst, zu Bahnen von 127 mm Breite aufgeschnitten und ohne seitliche Einschränkung bis zu einem Dehnungsverhältnis von 8 : 1 gezogen. Das Produkt wird durch Verzwirnung unter Bildung eines haarigen Zwirns mit einer Zähigkeit von 8 g/den gefasert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren, bei welchem ein oder mehrere dünne aus einem kristallinen, organischen Polymermaterial bestehende Filme oder Bänder, die zur Erzielung einer beginnenden Faserung in Längsrichtung molekularorientiertwurden, ausgefasert werden, dadurch gekennzeichnet, dass diese Faserung erreicht wird, indem das Material um seine Längsachse unter Bildung eines Garnes, Zwirnes oder Seiles unter einer Spannung von höchstens 1/4 der Bruchfestigkeit des Materials verzwirnt wird, wodurch ein
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terials, multipliziert mit seinem durchschnittlichen Umfang, berechnet wird, zumindest eine zerrissene Faser erzeugt wird.
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