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La présente invention se rapporte à un nouveau mélange de fibres coupées et plus particulièrement à un fil de fibres naturelles et synthétiques plus solide et plus résistant à l'abrasion.
L'emploi de deux variétés de fibres coupées ou davantage pour former des mélanges, et les fils et les tissus qui en sont faits sont connus dans le métier. Ces mélanges sont fabriqués pour obtenir des tissus nouveaux et attrayants possédant de meilleures propriétés physiques et esthétiques. Avec l'apparition des matières synthétiques récentes, il avait semblé qu'on pourrait améliorer la solidité des fils de fibres naturelles connues et peu coûteuses par l'addition de petites quantités des matières nouvelles de haute ténacité. Par exemple, on s'atten- dait à ce que des fils de coton ayant une ténacité de 1-2 g/denier (gdp) puissent avantageusement être renforcés en y mélangeant des fibres de Nylon coupées (téna- cité 4-7 gdp).
En fait, cet avantage n'a pas pu être réalisé et on a effectué de nombreuses recherches pour en établir la cause. Le sujet est traité dans un article de A. Kemp et de J.D. Owen dans- Textile Institute Journal, Transaction, 46, 684-698 (1955). Cet article montre que des mélanges de coton et de Nylon sont moins solides que des fils de coton à 100% quand le Nylon entre pour moins d'en- viron 80% dans le mélange. On a établi que ce comportement était dû à une élastici- té beaucoup plus grande de la fibre de Nylon ; donc à de faibles charges, c'est le coton qui supporte les tensions.
En raison de son faible allongement à la rupture (environ 7%), le coton cassait avant que les filaments de Nylon aient pu supporter une part importante de la charge, spécialement dans le cas des composi- tions contenant peu de Nylono
Il est également admis dans le métier que le module de nombreuses fibres synthétiques peut être accru par une opération d'étirage à chaud. Ces opérations sont courantes dans la fabrication de fils destinés à servir de câbles pour pneus, par exemple. Toutefois, ces traitements ne conviennent pas pour améliorer des fibres coupées, du fait que l'amélioration n'est pas stable au vieil- lissement, quand les filaments peuvent librement se rétracter (c'est-à-dire quand ils ne sont pas envidés sur un enroulement rigide). Cette rétraction a pour consé- quence une perte de l'amélioration du module acquise par l'étirage à chaud.
De plus, ces traitements sont instables à l'ébullition, qui est un traitement courant des tissus textiles, de telle sorte que les tissus qui contiennent ces fibres souffrent d'un retrait excessif.
Le présente invention a pour but de procurer un fil de fibres cou- pées qui se compose d'un mélange de fibres naturelles et synthétiques, dont la fibre synthétique soit un polymère de condensation linéaire de haute ténacité ayant une capacité de charge égale ou supérieure à celle de la fibre naturelle à l'allongement à la rupture de cette dernière.
Les polymères de condensation linéaires synthétiques convenant dans la présente invention sont ceux auxquels on peut conférer une orientation élevée par une opération d'étirage et qui peuvent être ensuite cristallisés par un traitement thermique suffisamment poussé pour qu'ils conservent leur orientation.
Des polymères qui conviennent particulièrement bien sont les polyamides linéaires tels que le polyhexaméthylène adipamide (Nylon 66) et le polycaproamide (Nylon 6); des polyamides copolymères cristallisables conviennent également quand ils compren- nent 85% ou plus de Nylon 66 ou de Nylon 6.
Les fibres coupées de polymères synthétiques à haute capacité de charge peuvent être préparées aussi à partir de'filaments filés à partir'de po- lyesters de condensation linéaires. Parmi ceux-ci, les plus intéressants sont les polyesters du type téréphtalate et les polyesters qui comprennent au moins 85% de groupements de structure récurrents de formule
EMI1.1
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Les fibres courtes naturelles ou d'origine naturelle de module élevé qui conviennent particulièrement bien dans la présente invention sont des fibres à base de Cellulose,teflesque le coton,larayonne,viscose,laraycnne acétate et d'autres dérivés cellulosiques., De plus, des fibres de module moins élevé, telles que des fibres protéiques (par exemple la laine), et même certaines fibres synthétiques telles que les fibres de polyacrylonitrile,
peuvent être avantageusement mélangées aux polymères de condensation linéaires de haute ténacité mentionnés plus haut.
De même, on peut utiliser les mélanges des fibres polyamides et polyesters avec une quelconque des fibres naturelles ou un quelconque des mélanges des fibres naturel- les.
Les fibres de polymères de condensation synthétiques sont appropriées à la présente invention (a) en les étirant au rapport d'étirage maximum possible et (b) en les soumettant à un traitement thermique sous la tension d'étirage pendant ait moins 1 seconde à la température maximum possible. Par exemple, quand on traite des filaments de polyamides, l'exposition à la chaleur sous la tension d'étirage doit être d'environ 1000 à 6000 degrés-secondes, de préférence de 2000 à 5000 degrés-secondes. Cette température maximum est d'habitude de l'ordre ou dans le voisinage du point de dégradation du polymère.
Les filaments ainsi traités sont caractérisés tant par un degré élevé de cristallinité que par un degré élévé d'orientation cristalline. Ces caractéris- tiques les rendent stables au vieillissement à l'état détendu, de telle sorte que , leur capacité de charge est maintenue au moins jusqu'à l'incorporation de la fibre au tissu. Le filé résultant de ces filaments ne présente pas un retrait élevé et préjudiciable à l'ébullition. Par exemple, dans un mode préféré de réa- lisation de la présente invention, on obtient des fibres synthétiques pouvant être mélangées aux fibres de coton et qui ont une capacité de charge d'au moins 2,1 g par denier à un allongement de 7% (allongement à la rupture des middlings) et un retrait à l'ébullition qui ne dépasse pas environ 6% après 9 jours de vieil- lissement à l'état détendu.
Dans les dessins, Fig. 1 représente schématiquement une forme d'une machine d'étirage de câble convenant à la fabrication de la fibre à haute capacité de charge de la présente invention. Fig. 2 est un diagramme qui fait ressortir l'amélioration de la ténacité résultant de l'addition des fibres de Nylon coupées à haute capacité de charge de la présente invention à du coton peignéo Fig. 3 est un diagramme qui fait ressortir une relation semblable pour des mélanges de rayonne et de Nylon, et Fig. 4 représente de manière semblable la ténacité de mélanges de Nylon et de laine. Les courbes pour d'autres mélanges de fibres naturelles telles que la laine avec du Nylon et du téréphtalate de polyéthy- lène ont la même configuration générale.
Dans la mise en service de l'appareil représenté sur la Fig. 1, de multiples brins de filaments non étirés provenant d'un banc de filature, d'un râtelier ou d'un autre dispositif semblable, sont combinés en un câble de denier élevé (source d'alimentation non représentée) et pénètrent dans la machine d'éti- rage sous la fcome d'une bande de filaments en 1. La bande de filaments est pressée contre le premier d'une série de cylindres d'alimentation 3, 3, 3, au moyen du cylindre pinceur 2, qui empêche le glissement du câble. Les rouleaux d'alimentation 3 sont tous entraînés à une vitesse périphérique identique et constante et servent à débiter le câble aux doigts d'étirage 5.
Dans la zone d'étirage, le câble suit une trajectoire en zig-zag autour des trois doigts d'étirage fixes en acier inoxy- dable 5 et subit ainsi un effet de friction qui localise le point d'étirage.
La bande de filaments est conduite ensuite, en passant sur une plaque chauffée 6 (dispositif de chauffage non représenté) aux cylindres d'appel 7, 7, 7. Les cylin- dres d'appel, qui fonctionnent tous à la même vitesse, tournent à une vitesse périphérique supérieure à celle des cylindres d'alimentation 3, 3, 3, et le fil est donc étiré. La vitesse périphérique relative des deux jeux de cylindres détermine le rapport d'étirageo Le câble étiré quitte la machine en 8, d'ou il est conduit à un dispositif de crêpage, un dispositif de coupe à l'entreposage ou à un dispo-
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sitif d'enroulement de câble.
Il est à remarquer que la plaque chaude 6 est rela- tivement longue par exemple 9 pieds (2,74 m) et elle peut être avantageusement chauffée à l'électricité ou par de l'huile chaudede la vapeur d'eau sous haute pression, etc., suivant les procédés classiqueso Il est désirable que le câble qui traverse cette machine soit étalé en une large bande plate de filaments d'épaisseur uniforme, mais petite. Quand des apprêts pour fibres coupées sont ajoutés au câble avant l'étirage, cette addition se fait d'habitude avant que les filaments atteignent le cylindre pinceur 2.
L'appareil représenté sur la fig. 1 n'est qu'un exemple d'un mode approprié d'étirage des câbles ; d'autres agencements peuvent..offrir des avantages particuliers. Par exemple, il peut être désirable d'utiliser des cylindres d'ali- mentation ou d'appel qui travaillent à des vitesses périphériques différentes, réduisant ainsi le glissement au minimum. On peut utiliser un plus grand nombre ou un plus petit nombre de doigts d'étirage faits de divers matériaux connus ré- sistant à l'abrasiono
Le procédé de la présente invention sera décrit en se référant à des mélanges de coton et de Nylon, à cause de leur importance dans l'industrie.
L'application du procédé à d'autres mélanges de fibres sera étudiée plus tard.
L'allongement à la rupture des middlings est d'environ 7% et leur résistance à la rupture est d'environ 2,1 g par denier. A cet allongement, du Nylon provenant de polyhexaméthylène adipamide et traité de manière classique, a une capacité de charge d'environ 0,5 à 1,0 9/denier. Pour la facilité de la nomen- clature, on désigne, dans le présent mémoire, la capacité de charge d'un filament à un allongement donné par Tallong: par exemple, la capacité de charge (T ) de la fibre de Nylon de la présente invention doit être d'au moins 2,0 g denier a 7% d'allongement, ce qui correspon& à l'allongement à la rupture du coton, qui est d'environ 7% et dont la ténacité est d'environ 2 gdp.
EXEMPLE 1.-
On combine un fil de Nylon filé par des procédés classiques à partir de flocons de polyhexaméthylène adipamide en un faisceau d'environ 16.700 filaments pour former un câble de 63.000 deniers. Le câble (sans addition d'apprêts aqueux) est étiré dans une machine représentée schématiquement sur la Figo 1 La machine est équipée d'une plaque chaude d'une longueur de 9 pieds (2,74 m) et on fait varier le rapport d'étirage, la vitesse d'étirage et le temps de contact avec la plaque, ainsi que la température de la plaque. La bande de filaments est frei- née par un enroulement de 420 autour de trois doigts de friction qui précèdent la plaque chauffée. La température du fil pendant son passage sur la plaque chaude est déterminée par un thermocouple de contact.
Les valeurs moyennes sont reprises dans le tableau 1. L'ampleur du traitement thermique est calculée en multipliant la température moyenne du fil par le temps pendant lequel le fil reste à cette températureo Le résultat s'exprime donc en degrés-secondes.
Des échantillons de fils produits dans ces conditions sont vieillis pendant neuf jo@@@ à l'état relâché à 78 F (26 C) et dans une humidité relative de 72%, avant de déterminer leurs caractéristiques tension-allongemento Les con- ditions de préparation de chaque échantillon sont données dans le Tableau I ci- après.
TABLEAU I.
Conditions opératoires.
Traitement thermique..
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Echantillon <SEP> Rapport <SEP> d'étirage <SEP> secondes <SEP> Température <SEP> Degrés-secondes.
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¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯ <SEP> C
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TABLEAU I.
Conditions opératoires.
EMI4.1
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Traitement <SEP> thermique,
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> Rapport <SEP> d'étirage <SEP> Secondes <SEP> Température <SEP> Degrés-secondes.,
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EMI4.2
¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯. r, 0 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ 3,01 joz 5100
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<tb> F <SEP> 3,62 <SEP> 2,0 <SEP> 30 <SEP> 60
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EMI4.4
o o,15 180 27 H fi ,8 175 320
EMI4.5
<tb> I <SEP> " <SEP> 12 <SEP> 170 <SEP> 2000
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1 30 1$0 5400
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<tb> K <SEP> " <SEP> 45 <SEP> 170 <SEP> 7700
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1 Rapport d'étirage trop élevé pour être applicable; le fil se rompt. On n'obtient paq d'échantillon.
Les propriétés des échantillons obtenus dans les conditions indiquées dans le Tableau I sont reprises dans le tableau 2. Le T de chaque échantillon est déterminé d'après sa courbe tension-allongement à 1 aide d'un appareil classi- que Instrono Les valeurs sont calculées sur la base de 1 g/denier. Le retrait à l'ébullition est déterminé sur un écheveau du fil d'essai; on mesure la longueur de l'écheveau avant et après les 60 minutes du traitement d'ébullition et on calcule le pour-cent de variation (sur la base de la longueur avant ébulli- tion).
La biréfringence du fil, qui est déterminée par le procédé de Heyn, Textile Research Journal, 22, 513 (1952), constitue une mesure de l'orientation cristallineo La densité est mesurée en utilisant des tubes de gradients de den- sité suivant le procédé de Boyer, Spencer et Wiley, Journal Polymer Science, 1, 249, (1946). La densité est proportionnelle au degré de cristallinité de la fibre.
On sait évidemment que les filaments de Nylon comprennent des régions cristallines et des régions amorphes, La densité des régions amorphes est estimée à environ 1,069 et celle des régions cristallines à environ 1,220 par des procédés recourant à l'infra-rouge. Ce mode de détermination est décrit par Stareather & Monynihan dans Journal Polymer Science, 22, 363 (1956). Sur la base de ces données, il est possible de calculer une valeur qui est proportionnelle à la fraction du volume cristallin en se servant de la formule
EMI4.8
(densité moyenne du fil - densi té du fil amo he x 100 % (densité du fil cristallin à 10 = densité du fil amorphe à 100% qui donne un nombre proportionnel au pour-cent de cristallinité.
Un examen des données du Tableau 2 montre qu'on obtient des valeurs T acceptables quand on satisfait deux critères: (a) la densité est supérieure à environ 1,139 et (b) la biréfringence dépasse simultanément 0,0590. Ces deux paramètres caractérisent le polyamide de la présente invention et constituent un
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minimum pour un mélange acceptable de coton. Il est évident, bien entendu, que, à des rapports d'étirage plus élevés, des températures de chauffage plus élevées et des temps de contact plus longs, on obtient un fil mixte dont la valeur T7 et la ténacité sont plus élevées de façon correspondante.
TABLEAU 2.
Résultats des essais.
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Ténacité <SEP> T <SEP> Retrait
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<tb> Echantillon <SEP> Ténacité <SEP> T72 <SEP> Biréfringence <SEP> Densité <SEP> Retrait
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<tb> gdpl <SEP> 2
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<tb> A <SEP> 3,7 <SEP> 0,98 <SEP> 0,0521 <SEP> 1,136 <SEP> 9,1
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<tb> B <SEP> 3,6 <SEP> 1,04 <SEP> 0,0528 <SEP> 1,135 <SEP> 9,0
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<tb> C <SEP> 3,9 <SEP> 1,35 <SEP> 0,0527 <SEP> 1,136 <SEP> 8,5
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<tb> D <SEP> 4,0 <SEP> 1,45 <SEP> 0,0564 <SEP> 1,141 <SEP> 5,1
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<tb> E <SEP> 3,9 <SEP> 1,147 <SEP> 0,0567 <SEP> 1,142 <SEP> 5,6
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<tb> F <SEP> 5,0 <SEP> 1,44 <SEP> 0,0573 <SEP> 1,137 <SEP> 8,1
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<tb> G <SEP> 5,3 <SEP> 1,54 <SEP> 0,0583 <SEP> 1,138 <SEP> 8,2
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<tb>
<tb>
<tb> H <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP> 1,
81 <SEP> 0,0584 <SEP> 1,138 <SEP> 7,0
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<tb> J <SEP> 5,5 <SEP> 2,11 <SEP> 0,0586 <SEP> 1,140 <SEP> 5, <SEP> 2 <SEP>
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<tb> K <SEP> 5,8 <SEP> 2,18 <SEP> 0,0589 <SEP> 1,141 <SEP> 4,6
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<tb> L <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> 2,16 <SEP> 0,0602 <SEP> 1,143 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP>
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<tb> N <SEP> 6, <SEP> 9 <SEP> 1,72 <SEP> 0,0568 <SEP> 1,139 <SEP> 8,1
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<tb> P <SEP> 7,3 <SEP> 2,68.
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<tb> T <SEP> 7,3 <SEP> 2,68 <SEP> 0,0622 <SEP> 1,142 <SEP> 4,9
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<tb> U <SEP> 6,5 <SEP> 2, <SEP> 58 <SEP> 0,0606 <SEP> 1,141 <SEP> 6,0
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<tb> V <SEP> 6,5 <SEP> 2,61 <SEP> 0,0606 <SEP> 1,142 <SEP> 4,6
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<tb> W <SEP> 6,4 <SEP> 2,59 <SEP> 0,0694 <SEP> 1,142 <SEP> 4,9
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Ténacité après vieillissement à l'état relâché pendant 9 jours à 78 F (26 C) et à 72% d'humidité relative.
2Charge à 7% d'allongement, 9 jours de vieillissement à l'état relâchéo Retrait mesuré en faisant bouillir dans l'eau pendant 60 minutes un écheveau mesuré au préalableo
Les données des Tableaux 1 et 2 montrent qu'on obtient des résultats satisfaisants à des rapports d'étirage supérieurs à environ 4,0 avec des tempé- ratures de plaque élevées, un temps de chauffage d'au moins 1 seconde et une exposition du fil d'au moins 200 degrés-secondes. On obtient de meilleurs résul- tats, spécialement aux rapports d'étirage relativement peu élevés, quand l'exposition du fil est d'au moins 1000 degrés-secondes. On obtient habituelle- ment des valeurs T plus élevées et un retrait à l'ébullition moins grand avec une exposition plus considérable à la chaleur.
Il convient toutefois de remarquer qu'il faut éviter des rapports d'étirage qui provoquent des ruptures excessives et des températures de traitement qui entraînent l'altération de la couleur du fil. Pour un polyamide exempt d'anti- oxydant ajouté, une certaine altération de la couleur du fil, qui peut le rendre impropre à servir dans des tissus blancs, peut être constatée à des niveaux d'ex- position quelque peu supérieurs à environ 50000 degrés-secondes.
A la connaissance de la Demanderesse, des fibres de Nylon coupées à
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haute capacité de charge et possédant les propriétés physiques de la fibre de la présente invention n'ont pas été utilisées antérieurement. Certaines des conditions figurant dans le tableau 1, sont illustratives de celles utilisées dans le traitement courant des fils de Nylon. Par exemple, le procédé d'étirage clas- sique dans lequel le fil est étiré sur un doigt de friction,en substance comme décrit dans le brevet américain Babcock n 2.289.232, est illustré par les échantillons A, F et M pour des rapports d'étirage de 3,01 à 3,87. Le fil ne reçoit aucun apport de chaleur en dehors de la chaleur produite par le frottement sur les doigts d'étirage. Aucun de ces échantillons n'a un T7 supérieur à 2,0 gdp.
Un T d'au moins 2,1 et de préférence de 2,5 gdp est extrêmement désirable. l'échantillon M a la densité minimum de 1,139, mais il n'a pas la biréfringence minimum de 0,0590. 'Une orientation plus élevée (via un rapport d'étirage accru) ne peut être obtenue dans ces conditions d'essai comme le montre la condition d'essai 0, qui n'est pas réalisable à un rapport d'étirage de 4,07. Il convient également de remarquer que ces fils inacceptables se caractérisent en outre par un retrait à l'ébullition supérieur à environ 6,0%.
Les procédés d'étirage classiques dans lesquels le fil entre en contact avec un doigt ou une plaque chauffé au cours de l'opération d'étirage sont carac- térisés par les échantillons B, G, N et R. Aucun de ces échantillons (voir Tableau 2) n'a une valeur T acceptable, ni une biréfringence, ni une densité supérieures aux minima prescrits. La condition d'essai R montre qu'il est impossible d'étirer le fil à des rapports plus élevés (4,14) avec des temps de chauffage brefs, par- ce que le fil se rompt.
Il convient de remarquer que la fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention n'est pas simplement un produit de plus haute ténacité obtenu par un accroissement classique du rapport et/ou de la température d'étirageo Ce point est illustré par les échantillons M et N (Tableaux 1 et 2) qui ont une ténacité plus grande résultant d'un rapport d'étirage plus élevé que les échantilr lons I à L, mais des valeurs T7 inacceptables. Les échantillons I à L sont acceptables.
EXEMPLE II.- On reprend le procédé de l'exemple I avec des filaments filés à partir de Nylon 6 (polymère dérivé du caprolactame) à 3-4% de monomère, fini sous vide.
Le rapport d'étirage dans ce cas est de 4,00,et les filaments sont maintenus à une température de 165 C pendant 30 secondes sous la tension d'étirage. Le fil obtenu, après 9 jours de vieillissement à l'état détendu, a une ténacité de 6,3 gdp, un allongement à la rupture de 19,1% et un T de 2,3 gdpo L'échantillon du fil a une densité supérieure à 1,139, et une biréfringence supérieure à 0,0590.
La plus grande ténacité des fils obtenus à partir du Nylon coupé à haute capacité de charge de la présente invention dans des mélanges avec du coton peigné, ressort de la fig. 2 par comparaison avec du Nylon coupé fabriqué de façon classiqueo Le diagramme montre qu'il faut ajouter 70% ou plus de Nylon coupé à des fils de coton peigné pour atteindre la ténacité du fil initial à 100% de coton. Par contre, le fil de Nylon-coton mixte de la présente invention donne des ténacités plus grandes mêmes quand les quantités de Nylon ajoutées sont petites.
Le Nylon coupé à haute capacité de charge de la présente invention peut être également utilisé avec avantage pour former des mélanges avec des fils de rayonne coupés, comme le montre la Fig. 3. Dans ce cas, le paramètre critique est l'allongement à la rupture du fil de rayonne, qui est typiquement de 14% Le Nylon coupé doit donc avoir une valeur T élevée. Le Nylon coupé de la présente invention accuse une amélioration sensible sous ce rapport par comparaison avec du Nylon coupé classique; la courbe de la Fig. 3 montre que des additions initiales de Nylon classique, jusqu'à environ 50%, ont pour résultat une réduction de la ténacité et que la ténacité initiale de la rayonne n'est atteinte qu'en y
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ajoutant plus d'environ 65% de Nylon.
Par contre, le Nylon coupé de la présente invention accuse un accroissement de la ténacité sans les additions initialeso
Le Nylon à haute capacité de charge de la présente invention peut être également ajouté avec avantage à des fibres naturelles à 'bas module, telles que la laine, comme le montre la Fige 4. Pour des compositions équivalentes, les fibres coupées de la présente invention donnent un fil plus solide que lorsqu'on utilise pour le mélange avec la laine du Nylon coupé classique.
Une autre mesure de l'amélioration de la ténacité et de l'uniformité des fils obtenus à partir des fibres mixtes de la présente invention est donnée par l'essai de rupture sur écheveau (lea test), repris dans le tableau 3, pour des mélanges avec du coton, de la rayonne et de la laineo Les valeurs du lea test montrent une amélioration consistante de la résistance avec des additions croissan- tes des fibres coupées de la présente invention, par comparaison avec une réduction de la ténacité ou avec un degré moindre d'amélioration pour du Nylon coupé, prépar de façon classique.
TABLEAU 3.
Valeurs du lea test pour des filés de Nylon et d'autres fibres.
Nylon, longueur 1¸ pouce (38,1 mm) 3 den. filament.
EMI7.1
<tb>
Fibre <SEP> de <SEP> mélange <SEP> Coton <SEP> Rayonne <SEP> Laine
<tb>
<tb>
<tb> n <SEP> du <SEP> fil <SEP> 20/1 <SEP> 15/1 <SEP> 8/1
<tb>
<tb>
<tb> Type <SEP> de <SEP> Nylon <SEP> coupé <SEP> T7 <SEP> C2 <SEP> T7 <SEP> C <SEP> T7 <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb> Lea <SEP> test
<tb>
Nylon ajouté: 0% 2040 2040 1700 1700 1148 1148
20% 2150 1730 2200 1580 2240 1490
30% 2220 1610 2750 1540 2840 1830
100% 4300 3000
Nylon coupé à T7 élevé
Nylon coupé classique.
Outre l'amélioration de la ténacité des fils de coton faits de mélanges contenant la fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention, on constate une amélioration sensible de la résistance à l'abrasion, que montrent les données du Tableau 4. Du Nylon coupé à haute capacité de charge de 29 2 deniers par filament, de l¯ pouce (38,1 mm) est mélangé dans les quantités indiquées avec des middlings de 1 1/8 pouce (28,6 mm) et filé en un fil numéro coton 20/1 qui est ensuite tricoté en un tissu et 'soumis à un essai Stoll d abrasion à. plat, effectué suivant la norme AoSoT.M. D-1175-55T. Les tissus sont essayés 'après l'ébullition.
TABLEAU 4.
Effet du Nylon sur la résistance à l'abrasion.
EMI7.2
<tb>
Cycles <SEP> d'abrasion <SEP> à <SEP> plat <SEP> Stoll
<tb>
<tb>
<tb> Coton, <SEP> middlings <SEP> de <SEP> 1 <SEP> 1/8 <SEP> pouce <SEP> (28,6 <SEP> mm) <SEP> 425
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Addition <SEP> de <SEP> 15% <SEP> de <SEP> Nylon <SEP> à <SEP> valeur <SEP> T7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> élevée <SEP> 1025
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Addition <SEP> de <SEP> 30% <SEP> de <SEP> Nylon <SEP> à <SEP> valeur <SEP> T7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> élevée <SEP> 1433
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Addition <SEP> de <SEP> 50% <SEP> de <SEP> Nylon <SEP> à <SEP> valeur <SEP> T7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> élevée <SEP> 1928
<tb>
x Exécuté en se conformant à la norme D-1175-55T de l'A.S.T.M.
<Desc/Clms Page number 8>
La fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention a également une résistance remarquable au boulochage, soit en mélange avec une autre fibre coupée, soit sous la forme d'un tissu à 100% de Nylon. Le "boulochage" est un défaut qu'on constate souvent quand des tissus tissés à partir de fibres synthétiques de haute ténacité sont soumis à l'abrasion. Il se forme sur la surface des fibres des boulettes fibreuses, laides, appelées "bouloches".
Ce qu'on peut appeler un "procédé de traitement thermique et d'étirage", par lequel on prépare le Nylon coupé à haute capacité de charge de la présente invention doit être réglé de façon critique. Il est désirable d'étirer les fila- ments de Nylon en l'absence d'humidité ajoutée ; c'est-à-dire que si on ajoute des apprêts antistatiques au fil avant l'étirage, ils doivent être d'un type non aqueux ou, en variante, le câble doit être séché avant d'être soumis aux opérations d'étirage.
Si des apprêts aqueux sont nécessaires, il faut effectuer l'opération de chauffage de façon à assurer un temps et une capacité calorifique suffisants pour vaporiser l'eau en excès sur celle en équilibre avec le polymère à la tempéra- ture ordinaire, ainsi que les conditions nécessaires pour faire subir aux fila. ments le traitement thermique au niveau requis de degrés-secondes. Il est important d'éviter d'exposer des filaments traités à des conditions d'humidité (par exemple à de l'eau liquide, à la vapeur d'eau à des conditions d'humidité élevée ou des conditions d'humidité élevée et de température élevée) après le trai- tement thermique et d'étirage.
Il est évident, s'il faut appliquer au câble un apprêt antistatique ou un autre type d'apprêt pour fibres coupées avant le traitement thermique et l'étirage, que cet apprêt doit être stable aux températures de la plaque chaude que les filaments rencontreront.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, il faut utiliser le rapport d'étirage maximum possible à la seule condition d'éviter des ruptures excessives des fila- ments. Le câble peut être chauffé avantageusement au contact d'une plaque chaude, dont la forme n'est pas critique, aussi longtemps qu'il le faut pour obtenir un bon contact. On a établi que le fil atteint la température de la plaque en une 1 à 1 seconde; au cours du reste du temps de contact avec la plaque, on a cons- 2até que les filaments se trouvent pratiquement à la température de la plaqueo Une variante qui peut être parfois désirable consiste à utiliser de la chaleur rayonnante ou un four alimenté en air chaud.
Des combinaisons de ces procédés sont souvent intéressantes, parce que la plaque chaude chauffe le câble rapidement, tandis que le four assure un traitement thermique très uniforme et évite le frottement du fil et la formation de dépôts carbonisés d'apprêts de fil sur les surfaces de contact chauffées.
Le câble de Nylon 66 peut être chauffé à des températures de 140 à 225 C, et, de préférence, de 165 à 200 C. Le temps de séjour à cette température varie de 1 à 40 secondes, des temps plus courts exigeant des températures plus élevées, comme on l'a montré précédemment. On obtient des résultats très satisfaisants quand le fil est chauffé au contact de la plaque à 195 C, puis dans un four à 185 C pendant 20 secondes. Dans ces conditions, le fil est soumis à un traitement ther- mique de 3800 degrés-secondes, ce qui constitue une exposition extrêmement appro- priée; un rapport d'étirage de 3,7 peut être utilisé pour des filaments de 2,2 deniers.
A titre d'indication, on donne ci-après des rapports d'étirage convenant pour différents deniers des filaments :
EMI8.1
<tb> Denier <SEP> Etirage
<tb>
<tb> 1,2 <SEP> 3,2
<tb>
<tb> 2,2 <SEP> 3,7
<tb>
<tb> 4, <SEP> 3 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 5
<tb>
Les gammes du traitement thermique s'appliquent à une gamme étendue de deniers (par exemple de 1,2 à 15 deniers et plus par filament). Il peut s'avérer désirable d'élever les températures de traitement d'environ 5 C pour des filaments
<Desc/Clms Page number 9>
de 10 à 15 deniers, mais il ne faut pas modifier les temps de traitement.
De façon générale, l'exposition à la chaleur sous la tension d'étirage doit être d'environ 1000 à 6000 degrés-secondes et, de préférence, de 2000 à 5000 degrés-secondeso
Après le traitement thermique, il est désirable de laisser un peu refroidir les filaments avant de relâcher la tension d'étirage. De préférence, le câble sera refroidi à 90 C ou moins.
Après étirage, le Nylon destiné à servir de fibres coupées est d habi- tude crêpé dans un dispositif de crêpage (par exemple celui décrit dans le brevet américain Hitt n 2.311.174). On a constaté que ce traitement conduit à une certai- ne relaxation du fil, spécialement quand il est exécuté en présence d'humidité.
Cette relaxation a pour résultat une baisse significative de la valeur T7 et elle est par conséquent indésirableo Par exemple, le Nylon est traité facilement sans crêpage à un T de 2,5 gdp. Dans les mêmes conditions de traitement, mais suivi d'une opération de crêpage donnant un indice de crêpage de 10%, le T n'est que de 1,9 gdp; avec un crêpage plus poussé pour arriver à un indice de crêpage de 20,5% (normal pour le Nylon coupé classique de 3 deniers/filament), le T7 tombe à 1,57 gdp.
2 indice de crêpage est déterminé sur des filaments individuels (a) en rectifiant'une fibre pour en éliminer le crêpage sans l'allonger substantielle- ment, (b) en mesurant la longueur à l'état rectifié, (c) en laissant la fibre se rétracter librement et en mesurant de nouveau ; de crêpage est calculé comme suit : longueur (a) - longueur (c) X 100% = indice de crêpage longueur (a) Donc, pour obtenir les valeurs maxima de T , le crêpage mécanique doit être évité. On obtient des résultats plus satisfaisants en conduisant directement le câble à un dispositif de coupe approprié. Un dispositif de coupe approprié est décrit dans le brevet américain Hull n 2.694.447.
De préférence, on fait passer ensuite la fibre coupée dans une ouvreuse, par exemple l'ouvreuse Davis Furber pour fibres synthétiqueso Les fibres coupées ouvertes peuvent être ensuite mises en balle sous la pression habituelle et elles acquièrent de cette façon un crêpage suffisant pour pouvoir être mélangées de façon satisfaisante avec du coton ou traitées dans des installations classiques de filature de coton. La conservation maximum de la haute capacité de charge des fibres coupées de présente invention est atteinte si la fibre est coupée et mise en balle aussitôt que possible après l'opération d'étirage.
La fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention convient pour le mélangeage en amas, en rubans pour la préparation de filés synthétiques à 100%.
La fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention peut être préparée à partir de filaments de téréphtalate de polyéthylène. La préparation est illustrée par l'exemple suivant.
EXEMPLE III.-
On combine des filamants filés de téréphtalate de polyéthylène (vis- cosité relative 26,7) en un câble d'environ 50.000 deniers, de 120000 filaments, qui est étiré sur une machine agencée en substance comme le montre la Figo 1, avec l'exception qu'on supprime les doigts de friction et la plaque chaude. Au cours de-l'opération d'étirage, on pulvérise sur le câble de l'eau chauffée à 95 C. Après l'opération d'étirage dans la machine représentée sur la Figo 1, le câble passe dans un four de traitement thermique et de là dans un second jeu des cylindres d'étirage qui maintiennent le fil sous une tension appropriée.
En réglant la vitesse périphérique du deuxième jeu des cylindres d'étirage par rapport au pre- mier jeu, le câble peut être détendu, maintenu à une longueur constante ou étiré pendant son passage au four. Le câble traverse trois fois le four de 8 pieds (2,4 m) suivant une trajectoire en So Le câble est exposé pendant environ 20 secondes
<Desc/Clms Page number 10>
à de l'air en circulation à 190 C dans le, four. Le fil est allongé de 1% en passant dans le fouro Ce traitement suffit pour éliminer la majeure partie de l'eau ajoutée au cours de l'étirage, mais il est plus remarquable encore qu'il confère un degré élevé de cristallinité au fil.
En raison de la sensibilité beaucoup moins grande à l'eau des filaments de téréphtalate de polyéthylène (par comparaison avec le Nylon), il est inutile de maintenir le câble à l'état sec.
1 Après ce traitement, le câble est crêpé mécaniquement et coupé en sections de 1 pouce (38,1 mm). Les sections sont mélangées avec du coton d'Egypte; les propriétés des fibres et les valeurs des tests lea (échantillon A) sont indi- quées dans le Tableau 50 Le Tableau 5 reproduit également les résultats semblables obtenus pour des fibres coupées de téréphtalate de polyéthylène préparées clas- siquement (échantillon B); la préparation est semblable à celle de la fibre coupée à haute valeur T de la présente invention, sauf que le câble est traité thermi- quement dans le four chauffant tandis qu'il est libre de se détendre.
TABLEAU 5.
Propriétés physiques de mélanges de fils de Dacron 1 coton.
EMI10.1
<tb>
Echantillon <SEP> A <SEP> B
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dacron <SEP> à <SEP> haute <SEP> Coton <SEP> Dacron <SEP> classique
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> valeur <SEP> T7 <SEP> d'Egypte
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ténacité <SEP> (gpd) <SEP> 5,3 <SEP> 3-4 <SEP> 3,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T7 <SEP> (gpd) <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP> 3-4 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Retrait <SEP> à <SEP> l'ébullition <SEP> % <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Lea <SEP> test <SEP> mélange,
<SEP> 65/352
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13/1 <SEP> n <SEP> coton <SEP> 4930 <SEP> 38603 <SEP> 2940
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 47/1 <SEP> n <SEP> coton <SEP> 3670 <SEP> 35003 <SEP> 2060
<tb>
Dacron est la marque de fabrique désignant la fibre polyester du Pont provenant du téréphtalate de polyéthylène 2Le mélange consiste en 65 parties de Dacron et en 35 parties de coton 3La valeur du lea test vaut pour des fils de coton à 100%.
Le Tableau 5 montre que les valeurs des lea tests pour un mélange de 65 parties de filaments de téréphtalate de polyéthylène et de 35 parties de filaments de coton indiquent une amélioration sensible de la ténacité quand on utilise la fibre de la présente invention.
EXEMPLE IV.- On étire comme dans l'exemple III des filaments de téréphtalate de polyéthylène; ils sont ensuite relâchés à 3¸% dans le four de traitement thermi- que à 13000, puis crêpés mécaniquement et coupés en brins. Ces filaments sont appelés échantillon Co Un deuxième lot de fibres coupées, appelé échantillon D, est préparé dans des conditions semblables, excepté que le câble est soumis à un étirage de 2% dans le four à 140 C, puis à un traitement thermique à l'état relâohé à 140 C. Les propriétés des filaments figurent dans le tableau VI.
TABLEAU 6.
EMI10.2
<tb>
Echantillon <SEP> C <SEP> D
<tb>
<tb> Ténacité, <SEP> gpd <SEP> 5,2 <SEP> 5,2
<tb>
<Desc/Clms Page number 11>
TABLEAU 60
EMI11.1
<tb> Allongement <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture, <SEP> % <SEP> 20 <SEP> 25
<tb>
<tb> T7, <SEP> gpd <SEP> 3,5 <SEP> 1,5
<tb>
Mélangé avec du coton dans les proportions pondérales de 65 parties pour 35 parties de coton, le filé provenant de l'échantillon D a une valeur de lea test inférieure de 15%, ce qui montre que c'est la valeur T qui détermine la ténacité du mélange, plutôt que la ténacité du téréphtalate de polyéthylène,
En reprenant les conditions de préparation de l'échantillon C, excepté que le four est maintenu à 220 C, on obtient des résultats semblables.
L'aptitude au travail est un peu meilleure à 220 C<, On peut obtenir des valeurs T maxima quand le fil de téréphtalate de polyéthylène est étiré d environ 1% dans le four par un réglage approprié de la vitesse du second jeu des cylindres d'appel. Cette amélioration se fait, dans une certaine mesure, aux dépens du taux tinctorial et cette façon d'agir n'est donc pas préférée pour des mélanges de fibres coupées qui doivent être teints ; pour ces mélanges, il est plus désirable d'assurer un relâchement denviron 4%, ce qui constitue un compromis satisfaisant.
EXEMPLE V.-
En répétant l'essai dans les conditions de l'échantillon A, mais en utilisant des filaments de téréphtalate de polyéthylène à haute affinité tinctoria- le, modifiés par des sulfonates, filaments dans lesquels 2 moles pour-cent d'un radical isophtalate sulfoné remplacent une quantité équivalente d'un radical téréphtalate, comme décrit dans la demande de brevet américain Griffing et Reming- ton n 622.811, le taux tinctorial est suffisamment élevé pour pouvoir utiliser des températures de four de l'ordre de 180 C associées àun traitement au four à une' relaxation nulle ; dans ces conditions, on obtient des valeurs T7 élevées en même temps qu'un taux tinctorial élevé.
Les exemples ci-dessus ont pour but d'illustrer la présente invention et il est clair qu'on peut apporter des modifications à la nature de la fibre coupée, au temps, à la température, à l'étirage etc., pour obtenir un fil fini ou un tissu ultime posaèdant les propriétés désirées. Il est également à remarquer que le remplacement du coton par de la laine, ou par d'autres fibres cellulosiques peut se faire quand les conditions le permettent.
On peut obtenir des résultats un peu moins intéressants avec des fi- laments de téréphtalate de polyéthylène quand l'étirage est effectué sans addition d'eau chaude en se servant de l'agencement de la Fig. 1 et qui s'est avéré utile pour les filaments de Nylon. En outre, on obtient des résultats satisfaisants par un étirage à sec suivi d'un traitement thermique au four à l'aide de vapeurs d'eau surchauffée ou d'air à 200 Co
La fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention peut contenir les habituels délustrants, modificateurs de teinture, agents antista- tiques, antioxygènes, stabilisateurs à la chaleur, etc.
Des apprêts appropriés pour fibres coupées peuvent être ajoutés avant, pendant ou après l'opération d'étirage et de traitement thermique, pour autant qu'on respecte les conditions de stabilité à la chaleur et, pour les polyamides, d'absence d'effets hygroscopi- ques tendant à porter la teneur en humidité de la fibre au-dessus de la valeur d' équilibre (par exemple, environ 4,1% dans une humidité relative de 76%, à 74 F soit 23 C).
La présente invention offre de nombreux avantages sur les procédés con- nus. Elle permet dutiliser des fibres naturelles relativement peu coûteuses ou celles dérivées de matières cellulosiques naturelles avec même de petites propor- tions de fibres synthétiques pour obtenir un fil qui peut être transformé en objets vestimentaires possédant une meilleure résistance à l'usure et à l'abrasion.
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Un autre avantage est que les objets vestimentaires fabriqués à partir de ces fibres mélangées, tels que des sweaters et des chaussettes possèdent de meilleures propriétés, telles qu'un boulochage et un allongement moins grands, un toucher plus doux, une meilleure conservation de la forme et un plus grand confort. Il est donc évident que les fibres décrites dans le présent mémoire constituent une améliora- tion économique importante par rapport aux fibres connues.
Bien que certains modes et détails d'exécution aient été décrits pour illustrer la présente invention, il est clair qu'on peut y apporter de nombreux changements et de nombreuses modifications sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1.- Fil de fibres coupées composé d'un mélange de fibres d'un polymère naturel (ou d'origine naturelle) et de fibres d'un polymère synthétique, carac- térisé en ce que la fibre synthétique est une fibre d'un polymère de condensation linéaire de haute ténacité et ayant une capacité de charge égale ou supérieure à celle de la fibre naturelle à l'allongement à la rupture de la fibre naturelle.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to a new mixture of staple fibers and more particularly to a yarn of natural and synthetic fibers which is stronger and more resistant to abrasion.
The use of two or more varieties of staple fibers to form blends, and yarns and fabrics made therefrom are known in the art. These blends are manufactured to obtain new and attractive fabrics with better physical and aesthetic properties. With the advent of recent synthetics, it had appeared that the strength of yarns of known and inexpensive natural fibers could be improved by the addition of small amounts of the new high tenacity materials. For example, it was expected that cotton yarns having a tenacity of 1-2 g / denier (gdp) could advantageously be reinforced by mixing chopped nylon fibers therein (tenacity 4-7 gdp). .
In fact, this benefit could not be realized and much research has been done to establish the cause. The subject is discussed in an article by A. Kemp and J.D. Owen in Textile Institute Journal, Transaction, 46, 684-698 (1955). This article shows that cotton and nylon blends are less strong than 100% cotton yarns when less than about 80% nylon enters the blend. This behavior has been found to be due to a much greater elasticity of the nylon fiber; therefore at low loads, it is the cotton which supports the tensions.
Due to its low elongation at break (about 7%), cotton would break before the nylon filaments could withstand a significant part of the load, especially in the case of compositions containing little Nylono.
It is also recognized in the art that the modulus of many synthetic fibers can be increased by a heat drawing operation. These operations are common in the manufacture of wires intended to serve as cables for tires, for example. However, these treatments are not suitable for improving staple fibers, since the improvement is not stable with aging, when the filaments can freely retract (i.e. when they are not envied. on a rigid winding). This shrinkage results in a loss of the modulus improvement gained by hot stretching.
In addition, these treatments are unstable at boiling, which is a common treatment of textile fabrics, so that fabrics which contain these fibers suffer from excessive shrinkage.
The object of the present invention is to provide a chopped fiber yarn which is composed of a mixture of natural and synthetic fibers, the synthetic fiber of which is a high tenacity linear condensing polymer having a load capacity equal to or greater than. that of the natural fiber to elongation at break of the latter.
Synthetic linear condensation polymers suitable in the present invention are those which can be imparted a high orientation by a stretching operation and which can then be crystallized by a sufficiently thorough heat treatment to retain their orientation.
Polymers which are particularly suitable are linear polyamides such as polyhexamethylene adipamide (Nylon 66) and polycaproamide (Nylon 6); Crystallizable copolymeric polyamides are also suitable when they comprise 85% or more of Nylon 66 or Nylon 6.
Staple fibers of high load bearing synthetic polymers can also be prepared from filaments spun from linear condensation polyesters. Of these, the most interesting are polyesters of the terephthalate type and polyesters which comprise at least 85% of repeating structural groups of formula
EMI1.1
<Desc / Clms Page number 2>
High modulus natural or naturally occurring short fibers which are particularly suitable in the present invention are fibers based on cellulose, cotton, cotton, rayon, viscose, acetate and other cellulose derivatives. lower modulus fibers, such as protein fibers (e.g. wool), and even some synthetic fibers such as polyacrylonitrile fibers,
can be advantageously mixed with the linear high tenacity condensation polymers mentioned above.
Likewise, blends of the polyamide and polyester fibers with any of the natural fibers or any of the blends of the natural fibers can be used.
Synthetic condensation polymer fibers are suitable for the present invention (a) by stretching them to the maximum possible draw ratio and (b) by subjecting them to heat treatment under the draw tension for at least 1 second at the maximum possible temperature. For example, when processing polyamide filaments, the heat exposure under the draw tension should be about 1000 to 6000 degree-seconds, preferably 2000 to 5000 degree-seconds. This maximum temperature is usually on the order of or in the vicinity of the point of degradation of the polymer.
The filaments thus treated are characterized both by a high degree of crystallinity and by a high degree of crystalline orientation. These characteristics make them stable to aging in a relaxed state, so that their load-bearing capacity is maintained at least until incorporation of the fiber into the fabric. The yarn resulting from these filaments does not exhibit high shrinkage which is detrimental to boiling. For example, in a preferred embodiment of the present invention, synthetic fibers are obtained which can be mixed with cotton fibers and which have a load capacity of at least 2.1 g per denier at an elongation of 7. % (elongation at break of the middlings) and a boiling shrinkage not exceeding about 6% after 9 days of relaxed aging.
In the drawings, Fig. 1 schematically shows one form of a cable drawing machine suitable for manufacturing the high load capacity fiber of the present invention. Fig. 2 is a diagram showing the improvement in toughness resulting from the addition of the high load carrying capacity chopped nylon fibers of the present invention to combed cotton. 3 is a diagram which shows a similar relationship for blends of rayon and nylon, and FIG. 4 similarly shows the tenacity of nylon and wool blends. The curves for other blends of natural fibers such as wool with nylon and polyethylene terephthalate have the same general configuration.
In the commissioning of the apparatus shown in FIG. 1, multiple strands of unstretched filaments from a spinning bench, rack or other similar device are combined into a high denier tow (power source not shown) and enter the machine stretching under the fcome of a strip of filaments in 1. The strip of filaments is pressed against the first of a series of feed rollers 3, 3, 3, by means of the nip roll 2, which prevents cable slippage. The feed rollers 3 are all driven at an identical and constant peripheral speed and serve to feed the cable to the drawing fingers 5.
In the drawing zone, the cable follows a zig-zag path around the three fixed stainless steel drawing fingers 5 and thus undergoes a friction effect which locates the point of drawing.
The strip of filaments is then driven, passing over a heated plate 6 (heater not shown) to the take-up cylinders 7, 7, 7. The take-off cylinders, which all operate at the same speed, rotate. at a peripheral speed greater than that of the feed rollers 3, 3, 3, and the wire is therefore drawn. The relative peripheral speed of the two sets of cylinders determines the draw ratio o The drawn cable leaves the machine at 8, from where it is led to a creping device, a cutting device in storage or to a
<Desc / Clms Page number 3>
cable winding device.
It should be noted that the hot plate 6 is relatively long, for example 9 feet (2.74 m) and it can be advantageously heated by electricity or by hot oil of water vapor under high pressure, etc., according to conventional methods. It is desirable that the tow which passes through this machine be laid out in a broad flat strip of filaments of uniform thickness, but small. When staple fiber sizes are added to the tow before drawing, this addition is usually done before the filaments reach nip roll 2.
The apparatus shown in FIG. 1 is only one example of a suitable method of drawing cables; other arrangements may offer particular advantages. For example, it may be desirable to use feed or take-up cylinders which operate at different peripheral speeds, thereby reducing slip to a minimum. A greater number or a smaller number of drawing fingers made of various known abrasion resistant materials can be used.
The process of the present invention will be described with reference to cotton and nylon blends, because of their importance in industry.
The application of the process to other fiber blends will be studied later.
The elongation at break of the middlings is about 7% and their tensile strength is about 2.1 g per denier. At this stretch, nylon from polyhexamethylene adipamide and conventionally processed has a load capacity of about 0.5 to 1.0 9 / denier. For ease of nomenclature, herein is referred to as the load capacity of a filament at an elongation given by Tallong: for example, the load capacity (T) of the nylon fiber of the present invention. The invention should be at least 2.0 g denier at 7% elongation, which corresponds to the elongation at break of cotton, which is about 7% and has a tenacity of about 2 gdp.
EXAMPLE 1.-
Nylon yarn spun by conventional methods from polyhexamethylene adipamide flakes is combined into a bundle of about 16,700 filaments to form a 63,000 denier tow. The cable (without the addition of aqueous finishes) is stretched in a machine shown schematically in Fig. 1 The machine is equipped with a hot plate with a length of 9 feet (2.74 m) and the ratio d is varied. stretching, the stretching speed and the contact time with the plate, as well as the temperature of the plate. The strip of filaments is braked by a 420 winding around three friction fingers which precede the heated plate. The temperature of the wire as it passes over the hot plate is determined by a contact thermocouple.
The average values are given in Table 1. The extent of the heat treatment is calculated by multiplying the average temperature of the wire by the time during which the wire remains at this temperature. The result is therefore expressed in degree-seconds.
Samples of yarns produced under these conditions are aged for nine days in the relaxed state at 78 F (26 C) and 72% relative humidity, before determining their tension-elongation characteristics. preparation of each sample are given in Table I below.
TABLE I.
Operating conditions.
Heat treatment..
EMI3.1
<tb>
Sample <SEP> Stretching report <SEP> <SEP> seconds <SEP> Temperature <SEP> Degrees-seconds.
<tb>
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯ <SEP> C
<tb>
<tb> A <SEP> 3.01 <SEP> 2.0 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb>
<tb> B <SEP> "<SEP> 0.15 <SEP> 190 <SEP> 29
<tb>
<tb> C <SEP> "<SEP> 1.8 <SEP> 180 <SEP> 320
<tb>
<tb> D <SEP> "<SEP> 12 <SEP> 175 <SEP> 2100 '<SEP>. <SEP>
<tb>
<Desc / Clms Page number 4>
TABLE I.
Operating conditions.
EMI4.1
<tb>
Thermal <SEP> treatment,
<tb>
<tb> Sample <SEP> Stretching report <SEP> <SEP> Seconds <SEP> Temperature <SEP> Degrees-seconds.,
<tb>
EMI4.2
¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯. r, 0 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ 3.01 joz 5100
EMI4.3
<tb> F <SEP> 3.62 <SEP> 2.0 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb>
EMI4.4
o o, 15 180 27 H fi, 8 175 320
EMI4.5
<tb> I <SEP> "<SEP> 12 <SEP> 170 <SEP> 2000
<tb>
EMI4.6
1 30 $ 1 0 5400
EMI4.7
<tb> K <SEP> "<SEP> 45 <SEP> 170 <SEP> 7700
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L <SEP> "<SEP> 60 <SEP> 160 <SEP> 9600
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> M <SEP> 3.87 <SEP> 2.0 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N <SEP> "<SEP> 0.15 <SEP> 180 <SEP> 27
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 01 <SEP> 4.07 <SEP> 2.0 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> P <SEP> "<SEP> 12,
0 <SEP> 170 <SEP> 2000
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Q1 <SEP> 4.14 <SEP> 2.0 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> R <SEP> "<SEP> 0.15 <SEP> 180 <SEP> 27
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> s <SEP> "<SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 180 <SEP> 220
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T <SEP> 6 <SEP> 195 <SEP> 1200
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> U <SEP> "<SEP> 30 <SEP> 175 <SEP> 5300
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> V <SEP> "<SEP> 45 <SEP> 170 <SEP> 7700
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> "<SEP> 60 <SEP> 165 <SEP> 9900
<tb>
1 Draw ratio too high to be applicable; the thread breaks. We do not get a sample.
The properties of the samples obtained under the conditions indicated in Table I are shown in Table 2. The T of each sample is determined from its stress-elongation curve using a conventional Instrono apparatus. The values are calculated. based on 1 g / denier. The boiling shrinkage is determined on one skein of the test wire; the length of the skein is measured before and after the 60 minutes of the boil treatment and the percent change is calculated (based on the length before boiling).
The birefringence of the yarn, which is determined by the method of Heyn, Textile Research Journal, 22, 513 (1952), is a measure of crystal orientation. Density is measured using tubes of density gradients according to the method de Boyer, Spencer and Wiley, Journal Polymer Science, 1, 249, (1946). The density is proportional to the degree of crystallinity of the fiber.
It is of course known that nylon filaments include crystalline regions and amorphous regions. The density of the amorphous regions is estimated to be about 1.069 and that of the crystalline regions to about 1.220 by infrared methods. This mode of determination is described by Stareather & Monynihan in Journal Polymer Science, 22, 363 (1956). On the basis of these data, it is possible to calculate a value which is proportional to the fraction of the crystal volume by using the formula
EMI4.8
(mean yarn density - density of amorphous yarn x 100% (density of crystalline yarn at 10 = density of 100% amorphous yarn which gives a number proportional to the percent crystallinity.
An examination of the data in Table 2 shows that acceptable T values are obtained when two criteria are satisfied: (a) the density is greater than about 1.139 and (b) the birefringence simultaneously exceeds 0.0590. These two parameters characterize the polyamide of the present invention and constitute a
<Desc / Clms Page number 5>
minimum for an acceptable cotton blend. It is evident, of course, that at higher draw ratios, higher heating temperatures and longer contact times, a mixed yarn is obtained with correspondingly higher T7 value and toughness. .
TABLE 2.
Test results.
EMI5.1
<tb>
Tenacity <SEP> T <SEP> Withdrawal
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sample <SEP> Tenacity <SEP> T72 <SEP> Birefringence <SEP> Density <SEP> Shrinkage
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gdpl <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A <SEP> 3.7 <SEP> 0.98 <SEP> 0.0521 <SEP> 1.136 <SEP> 9.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 3.6 <SEP> 1.04 <SEP> 0.0528 <SEP> 1.135 <SEP> 9.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C <SEP> 3.9 <SEP> 1.35 <SEP> 0.0527 <SEP> 1.136 <SEP> 8.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> D <SEP> 4.0 <SEP> 1.45 <SEP> 0.0564 <SEP> 1.141 <SEP> 5.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> E <SEP> 3.9 <SEP> 1.147 <SEP> 0.0567 <SEP> 1.142 <SEP> 5.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> 5.0 <SEP> 1.44 <SEP> 0.0573 <SEP> 1.137 <SEP> 8.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> G <SEP> 5.3 <SEP> 1.54 <SEP> 0.0583 <SEP> 1.138 <SEP> 8.2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP> 1,
81 <SEP> 0.0584 <SEP> 1.138 <SEP> 7.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5.9 <SEP> 2.19 <SEP> 0.0594 <SEP> 1.142 <SEP> 4.2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> J <SEP> 5.5 <SEP> 2.11 <SEP> 0.0586 <SEP> 1.140 <SEP> 5, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> K <SEP> 5.8 <SEP> 2.18 <SEP> 0.0589 <SEP> 1.141 <SEP> 4.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> 2.16 <SEP> 0.0602 <SEP> 1.143 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> M <SEP> 6.0 <SEP> 1.61 <SEP> 0.0547 <SEP> 1.139 <SEP> 7.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N <SEP> 6, <SEP> 9 <SEP> 1.72 <SEP> 0.0568 <SEP> 1.139 <SEP> 8.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> P <SEP> 7.3 <SEP> 2.68.
<SEP> 0.0612 <SEP> 1.143 <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> s <SEP> 6.7 <SEP> 2.50 <SEP> 0.0602 <SEP> 1.140 <SEP> 5.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T <SEP> 7.3 <SEP> 2.68 <SEP> 0.0622 <SEP> 1.142 <SEP> 4.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> U <SEP> 6.5 <SEP> 2, <SEP> 58 <SEP> 0.0606 <SEP> 1.141 <SEP> 6.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> V <SEP> 6.5 <SEP> 2.61 <SEP> 0.0606 <SEP> 1.142 <SEP> 4.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> 6.4 <SEP> 2.59 <SEP> 0.0694 <SEP> 1.142 <SEP> 4.9
<tb>
Tenacity after relaxed aging for 9 days at 78 F (26 C) and 72% relative humidity.
2 Load at 7% elongation, 9 days of aging in the relaxed state o Shrinkage measured by boiling in water for 60 minutes a skein measured beforehand o
The data in Tables 1 and 2 show that satisfactory results are obtained at draw ratios greater than about 4.0 with high plate temperatures, a heating time of at least 1 second and exposure of the plate. wire of at least 200 degree-seconds. Best results are obtained, especially at relatively low draw ratios, when the yarn exposure is at least 1000 degree-seconds. Usually, higher T values and less boiling shrinkage are obtained with more heat exposure.
It should be noted, however, that draw ratios which cause excessive breakage and processing temperatures which cause alteration of the color of the yarn should be avoided. For a polyamide free from the added antioxidant, some alteration in the color of the yarn, which may make it unsuitable for use in white fabrics, may be seen at exposure levels somewhat above about 50,000 degrees. -seconds.
To the knowledge of the Applicant, nylon fibers cut from
<Desc / Clms Page number 6>
high load capacity and having the physical properties of the fiber of the present invention have not been used previously. Some of the conditions listed in Table 1 are illustrative of those used in the routine processing of nylon yarns. For example, the conventional drawing process in which the yarn is stretched over a friction finger, substantially as described in U.S. Patent Babcock No. 2,289,232, is illustrated by Samples A, F and M for reports. stretching from 3.01 to 3.87. The wire does not receive any heat input apart from the heat produced by the friction on the drawing fingers. None of these samples has a T7 greater than 2.0 gdp.
A T of at least 2.1 and preferably 2.5 gdp is extremely desirable. sample M has the minimum density of 1.139, but it does not have the minimum birefringence of 0.0590. 'Higher orientation (via increased draw ratio) cannot be achieved under these test conditions as shown by test condition 0, which is not achievable at a draw ratio of 4.07 . It should also be noted that these unacceptable threads are further characterized by a boiling shrinkage of greater than about 6.0%.
Conventional drawing processes in which the wire comes into contact with a heated finger or plate during the drawing operation are characterized by samples B, G, N and R. None of these samples (see Table 2) has an acceptable T value, neither a birefringence nor a density greater than the prescribed minima. The test condition R shows that it is impossible to stretch the yarn at higher ratios (4.14) with short heating times, because the yarn breaks.
It should be noted that the high load carrying capacity staple fiber of the present invention is not simply a product of higher tenacity obtained by a conventional increase in the draw ratio and / or temperature. This point is illustrated by the M and N samples (Tables 1 and 2) which have higher toughness resulting from a higher draw ratio than samples I to L, but unacceptable T7 values. Samples I to L are acceptable.
EXAMPLE II The process of Example I is repeated with filaments spun from Nylon 6 (polymer derived from caprolactam) at 3-4% monomer, finished under vacuum.
The draw ratio in this case is 4.00, and the filaments are held at a temperature of 165 ° C for 30 seconds under draw tension. The yarn obtained, after 9 days of aging in the relaxed state, has a tenacity of 6.3 gdp, an elongation at break of 19.1% and a T of 2.3 gdpo The yarn sample has a density greater than 1.139, and a birefringence greater than 0.0590.
The greater tenacity of the yarns obtained from the high load-carrying capacity cut nylon of the present invention in blends with combed cotton is evident from FIG. 2 as compared to Conventionally Made Cut Nylon o The diagram shows that 70% or more Cut Nylon must be added to combed cotton yarns to achieve the tenacity of the original 100% cotton yarn. In contrast, the nylon-cotton blend yarn of the present invention gives greater tenacities even when the amounts of nylon added are small.
The high load-carrying capacity cut nylon of the present invention can also be used with advantage to form blends with cut rayon yarns, as shown in FIG. 3. In this case, the critical parameter is the elongation at break of the rayon yarn, which is typically 14%. Cut nylon should therefore have a high T value. The cut nylon of the present invention shows a marked improvement in this over compared to conventional cut nylon; the curve of FIG. 3 shows that initial additions of conventional nylon, up to about 50%, result in a reduction in tenacity and that the initial tenacity of the rayon is only achieved in y
<Desc / Clms Page number 7>
adding more than about 65% Nylon.
In contrast, the cut nylon of the present invention exhibits an increase in toughness without the initial additions.
The high load carrying capacity nylon of the present invention can also be added with advantage to natural low modulus fibers, such as wool, as shown in Fig. 4. For equivalent compositions, the staple fibers of the present invention. gives a stronger yarn than when blending with the wool of conventional nylon cut.
Another measure of the improvement in the tenacity and the uniformity of the yarns obtained from the mixed fibers of the present invention is given by the skein breaking test (lea test), shown in Table 3, for blends with cotton, rayon and wool o The values from the test show a consistent improvement in strength with increasing additions of the staple fibers of the present invention, compared with a reduction in tenacity or with a degree less improvement for cut nylon, prepared in the conventional way.
TABLE 3.
Lea test values for nylon yarns and other fibers.
Nylon, length 1¸ inch (38.1 mm) 3 den. filament.
EMI7.1
<tb>
<SEP> fiber <SEP> blend <SEP> Cotton <SEP> Rayon <SEP> Wool
<tb>
<tb>
<tb> n <SEP> of <SEP> yarn <SEP> 20/1 <SEP> 15/1 <SEP> 8/1
<tb>
<tb>
<tb> Type <SEP> of <SEP> Nylon <SEP> cut <SEP> T7 <SEP> C2 <SEP> T7 <SEP> C <SEP> T7 <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb> Lea <SEP> test
<tb>
Nylon added: 0% 2040 2040 1700 1700 1148 1148
20% 2150 1730 2200 1580 2240 1490
30% 2220 1610 2750 1540 2840 1830
100% 4300 3000
Nylon cut at high T7
Classic cut nylon.
In addition to the improvement in the tenacity of cotton yarns made from blends containing the high load-carrying staple fiber of the present invention, there is a marked improvement in abrasion resistance, as shown by the data in Table 4. From High load-carrying capacity cut nylon of 29 2 denier per filament, 1 ½ inch (38.1 mm) is mixed in the quantities shown with 1 1/8 inch (28.6 mm) middlings and spun into a thread cotton number 20/1 which is then knitted into a fabric and subjected to a Stoll abrasion test at. flat, made according to the AoSoT.M standard. D-1175-55T. The fabrics are tested after boiling.
TABLE 4.
Effect of Nylon on abrasion resistance.
EMI7.2
<tb>
<SEP> abrasion cycles <SEP> to <SEP> flat <SEP> Stoll
<tb>
<tb>
<tb> Cotton, <SEP> middlings <SEP> of <SEP> 1 <SEP> 1/8 <SEP> inch <SEP> (28.6 <SEP> mm) <SEP> 425
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Addition <SEP> of <SEP> 15% <SEP> of <SEP> Nylon <SEP> to <SEP> value <SEP> T7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> high <SEP> 1025
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Addition <SEP> of <SEP> 30% <SEP> of <SEP> Nylon <SEP> to <SEP> value <SEP> T7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> high <SEP> 1433
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Addition <SEP> of <SEP> 50% <SEP> of <SEP> Nylon <SEP> to <SEP> value <SEP> T7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> high <SEP> 1928
<tb>
x Executed in accordance with A.S.T.M. standard D-1175-55T.
<Desc / Clms Page number 8>
The high load carrying capacity staple fiber of the present invention also has remarkable pilling resistance, either in admixture with another staple fiber or in the form of a 100% nylon fabric. "Pilling" is a defect often observed when fabrics woven from high tenacity synthetic fibers are subjected to abrasion. It forms on the surface of the fibers fibrous, ugly pellets, called "pills".
What may be called a "heat treatment and stretching process" by which the high load capacity cut nylon of the present invention is prepared must be critically controlled. It is desirable to stretch the nylon yarns in the absence of added moisture; that is, if antistatic finishes are added to the wire prior to drawing, they must be of a non-aqueous type or, alternatively, the rope must be dried before being subjected to the drawing operations .
If aqueous finishes are required, the heating operation should be carried out in such a way as to ensure sufficient time and heat capacity to vaporize the water in excess over that in equilibrium with the polymer at room temperature, as well as the water. conditions necessary to subject the fila. ing heat treatment to the required level of degree seconds. It is important to avoid exposing treated filaments to wet conditions (e.g. liquid water, water vapor at high humidity conditions or high humidity conditions and high temperature) after heat treatment and stretching.
Obviously, if an antistatic or other type of staple fiber size is to be applied to the tow before heat treatment and drawing, that size must be stable at the hot plate temperatures that the filaments will encounter.
As indicated above, the maximum possible draw ratio should be used on the sole condition of avoiding excessive breakage of the filaments. The cable can be heated advantageously in contact with a hot plate, the shape of which is not critical, as long as necessary to obtain good contact. It was established that the wire reaches the temperature of the plate within 1 to 1 second; during the remainder of the contact time with the plate, the filaments have been found to be at substantially the temperature of the plate. An alternative which may sometimes be desirable is to use radiant heat or a hot air furnace .
Combinations of these processes are often of interest, because the hot plate heats the cable quickly, while the oven provides a very uniform heat treatment and prevents friction of the wire and the formation of charred deposits of wire finishes on the wire surfaces. heated contact.
Nylon 66 cord can be heated to temperatures of 140 to 225 C, and preferably 165 to 200 C. The residence time at this temperature varies from 1 to 40 seconds, with shorter times requiring higher temperatures. high, as shown above. Very satisfactory results are obtained when the wire is heated in contact with the plate at 195 ° C., then in an oven at 185 ° C. for 20 seconds. Under these conditions, the wire is subjected to a heat treatment of 3800 degree-seconds, which constitutes an extremely suitable exposure; a draw ratio of 3.7 can be used for 2.2 denier filaments.
As an indication, the following draw ratios are given which are suitable for different deniers of the filaments:
EMI8.1
<tb> Denier <SEP> Stretch
<tb>
<tb> 1.2 <SEP> 3.2
<tb>
<tb> 2.2 <SEP> 3.7
<tb>
<tb> 4, <SEP> 3 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 5
<tb>
The heat treatment ranges apply to a wide range of deniers (eg 1.2 to 15 denier and more per filament). It may be desirable to raise processing temperatures by about 5 ° C for filaments.
<Desc / Clms Page number 9>
from 10 to 15 denier, but the processing times should not be changed.
Generally, the heat exposure under the stretching tension should be about 1000 to 6000 degree-seconds and preferably 2000 to 5000 degree-seconds.
After the heat treatment, it is desirable to allow the filaments to cool somewhat before releasing the draw tension. Preferably, the cable will be cooled to 90 ° C or less.
After drawing, nylon intended to serve as staple fibers is usually creped in a creping device (eg that described in US Pat. No. 2,311,174). This treatment has been found to lead to some relaxation of the yarn, especially when performed in the presence of moisture.
This relaxation results in a significant drop in the T7 value and is therefore undesirable. For example, nylon is easily processed without creping at a T of 2.5 gdp. Under the same treatment conditions, but followed by a creping operation giving a creping index of 10%, the T is only 1.9 gdp; with further creping to achieve a creping index of 20.5% (normal for classic 3 denier cut nylon / filament), the T7 drops to 1.57 gdp.
2 creping index is determined on individual filaments (a) by grinding a fiber to eliminate crimping without substantially extending it, (b) by measuring the length in the ground condition, (c) leaving the fiber freely retracting and measuring again; creping is calculated as follows: length (a) - length (c) X 100% = creping index length (a) Therefore, to obtain the maximum values of T, mechanical creping should be avoided. More satisfactory results are obtained by feeding the cable directly to a suitable cutting device. A suitable cutting device is described in U.S. Patent Hull No. 2,694,447.
Preferably, the cut fiber is then passed through an opener, for example the Davis Furber opener for synthetic fibers. The cut fibers opened can then be baled under the usual pressure and in this way they acquire sufficient crimping to be able to be mixed satisfactorily with cotton or processed in conventional cotton spinning plants. Maximum retention of the high load-bearing capacity of the chopped fibers of the present invention is achieved if the fiber is chopped and baled as soon as possible after the stretching operation.
The high load carrying capacity staple fiber of the present invention is suitable for blending into clusters, slivers for the preparation of 100% synthetic yarns.
The high load carrying capacity staple fiber of the present invention can be prepared from polyethylene terephthalate filaments. The preparation is illustrated by the following example.
EXAMPLE III.-
Spun filaments of polyethylene terephthalate (relative viscosity 26.7) are combined into a tow of about 50,000 denier, 120,000 filaments, which is drawn on a machine arranged in substance as shown in Figo 1, with the except that the friction fingers and the hot plate are removed. During the drawing operation, water heated to 95 C. is sprayed onto the cable. After the drawing operation in the machine shown in Fig. 1, the cable passes through a heat treatment furnace. and thence in a second set of draw rollers which keep the yarn under suitable tension.
By adjusting the peripheral speed of the second set of drawing rolls relative to the first set, the cable can be relaxed, held at a constant length, or stretched while it is passing through the oven. Cable passes through the 8-foot (2.4 m) oven three times in an SO path Cable is exposed for approximately 20 seconds
<Desc / Clms Page number 10>
to circulating air at 190 C in the oven. The yarn is stretched by 1% as it passes through the oven. This treatment is sufficient to remove most of the water added during drawing, but it is even more remarkable that it imparts a high degree of crystallinity to the yarn.
Due to the much lower sensitivity to water of the polyethylene terephthalate filaments (compared to nylon), it is unnecessary to keep the tow in a dry state.
1 After this treatment, the cable is mechanically creped and cut into 1 inch (38.1 mm) sections. The sections are mixed with Egyptian cotton; the properties of the fibers and the values of the tests l1 (sample A) are given in Table 50. Table 5 also reproduces the similar results obtained for chopped fibers of conventionally prepared polyethylene terephthalate (sample B); the preparation is similar to that of the high T chopped fiber of the present invention except that the tow is heat treated in the heating oven while it is free to relax.
TABLE 5.
Physical properties of Dacron 1 cotton yarn blends.
EMI10.1
<tb>
Sample <SEP> A <SEP> B
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dacron <SEP> to <SEP> high <SEP> Cotton <SEP> Dacron <SEP> classic
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> value <SEP> T7 <SEP> from Egypt
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tenacity <SEP> (gpd) <SEP> 5.3 <SEP> 3-4 <SEP> 3.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T7 <SEP> (gpd) <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP> 3-4 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Withdrawal <SEP> to <SEP> the boil <SEP>% <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Lea <SEP> test <SEP> mixture,
<SEP> 65/352
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13/1 <SEP> n <SEP> cotton <SEP> 4930 <SEP> 38603 <SEP> 2940
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 47/1 <SEP> n <SEP> cotton <SEP> 3670 <SEP> 35003 <SEP> 2060
<tb>
Dacron is the trademark for Pont's polyester fiber made from polyethylene terephthalate 2 The blend consists of 65 parts Dacron and 35 parts cotton 3 The test value is for 100% cotton yarns.
Table 5 shows that the test values for a mixture of 65 parts of polyethylene terephthalate filaments and 35 parts of cotton filaments indicate a substantial improvement in toughness when using the fiber of the present invention.
EXAMPLE IV Filaments of polyethylene terephthalate are drawn as in Example III; they are then released at 3¸% in the heat treatment oven at 13000, then mechanically creped and cut into strands. These filaments are called sample Co A second batch of chopped fibers, called sample D, is prepared under similar conditions, except that the tow is subjected to 2% stretching in the oven at 140 C, followed by heat treatment at 140 ° C. 'released state at 140 C. The properties of the filaments are shown in Table VI.
TABLE 6.
EMI10.2
<tb>
Sample <SEP> C <SEP> D
<tb>
<tb> Tenacity, <SEP> gpd <SEP> 5,2 <SEP> 5,2
<tb>
<Desc / Clms Page number 11>
TABLE 60
EMI11.1
<tb> Elongation <SEP> at <SEP> the <SEP> break, <SEP>% <SEP> 20 <SEP> 25
<tb>
<tb> T7, <SEP> gpd <SEP> 3.5 <SEP> 1.5
<tb>
Mixed with cotton in the weight ratio of 65 parts to 35 parts cotton, the yarn from sample D has a lower test value of 15%, which shows that it is the T value which determines the tenacity. of the mixture, rather than the toughness of polyethylene terephthalate,
By resuming the conditions for preparing sample C, except that the oven is maintained at 220 C, similar results are obtained.
The serviceability is somewhat better at 220 C <. Maximum T values can be obtained when the polyethylene terephthalate yarn is stretched by about 1% in the furnace by proper adjustment of the speed of the second set of rolls d. 'call. This improvement comes, to a certain extent, at the expense of the dyeing rate and this way of acting is therefore not preferred for mixtures of staple fibers which are to be dyed; for such blends it is more desirable to provide about 4% relaxation, which is a satisfactory compromise.
EXAMPLE V.-
By repeating the test under the conditions of sample A, but using filaments of high tinctorial affinity polyethylene terephthalate modified by sulfonates, filaments in which 2 mole percent of a sulfonated isophthalate radical replace an equivalent amount of a terephthalate radical, as described in US patent application Griffing and Remington n 622,811, the dye content is high enough to be able to use oven temperatures of the order of 180 C associated with an oven treatment to zero relaxation; under these conditions, high T7 values are obtained at the same time as a high tinctorial rate.
The above examples are intended to illustrate the present invention and it is clear that modifications can be made in the nature of the staple fiber, time, temperature, stretch, etc., to obtain a finished yarn or ultimate fabric with desired properties. It should also be noted that the replacement of cotton by wool, or by other cellulosic fibers can be done when conditions permit.
Slightly less desirable results can be obtained with polyethylene terephthalate filaments when the stretching is carried out without the addition of hot water using the arrangement of FIG. 1 and which has been found to be useful for nylon filaments. In addition, satisfactory results are obtained by dry drawing followed by heat treatment in an oven using superheated water vapors or air at 200 Co
The high load carrying capacity staple fiber of the present invention can contain the usual delustrants, dye modifiers, antistatic agents, antioxidants, heat stabilizers, and the like.
Suitable sizes for staple fibers can be added before, during or after the stretching and heat treatment operation, provided that the conditions of heat stability and, for polyamides, absence of effects are observed. hygroscopic tending to raise the moisture content of the fiber above the equilibrium value (eg, about 4.1% in a relative humidity of 76%, to 74 F or 23 C).
The present invention offers many advantages over the known methods. It allows the use of relatively inexpensive natural fibers or those derived from natural cellulosic materials with even small proportions of synthetic fibers to obtain a yarn which can be made into articles of clothing with better resistance to wear and abrasion. .
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Another advantage is that clothing items made from these blended fibers, such as sweaters and socks have better properties, such as less pilling and elongation, softer feel, better shape retention. and greater comfort. It is therefore evident that the fibers described herein constitute a significant economic improvement over known fibers.
Although certain embodiments and details of execution have been described to illustrate the present invention, it is clear that many changes and modifications can be made to it without departing from its scope.
CLAIMS.
1.- Cut fiber yarn composed of a mixture of fibers of a natural polymer (or of natural origin) and fibers of a synthetic polymer, characterized in that the synthetic fiber is a fiber of a A high tenacity linear condensing polymer having a load capacity equal to or greater than that of natural fiber at elongation at break of natural fiber.