Verfahren zur Herstellung von reissfesten Fasern oder Fäden aus einem synthetischen Polyester Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver- fahren. zur Herstellung reissfester Fasern oder Päden aits einem synthetischen Material, das Polyäthylenterephthalsäureester enthält.
Die Herstellung brauchbarer Textilfäden und -fasern aus synthetischen linearen Poly- merisaten der zuerst in den amerikanischen Patentschriften Nrn. 2071250 und 2071251 beschriebenen Art nach den bisherigen Ver fahren erforderte zwei getrennte Arbeits gänge,
nämlich das .Spinnen und das Ver- strecken. Aus einer Schmelze gesponnene Fä den aus synthetischen linearen Polyestern und Polyamiden waren bisher in dem erspon- nenen Zustande schwach und abgesehen von besonderen Anwendungsfällen für Textil zwecke ungeeignet,
wenn sie nicht verstreckt wurden. Die beim blossen Spinnen erhaltenen Reissfestigkeiten lagen im Bereich von 0,2 bis 0,8 g/den bei Dehnrungen von mehreren 100 /o-. Erst ,durch das Verstrecken, bei welchem so wohl eine Orientierung als auch eine Kristal- lisation auftritt,
erhält man brauchbare Fa sern und. Fäden mit Reissfestigkeiten von 4 bis 10 g/den. Dies .gilt allgemein für synthe tische Fäden aus Kondensations- oder Addi- tionspolymerisaten.
Es liegt auf der Hand, dass sich durch die Schaffung eines Verfahrens, nach welchem man durch den blossen Spinnvorgang brauch bare Fäden erhält, grosse wirtschaftliche Vor teile ergeben.
Der Fortfall der bisher notwen- -digen, auf das normale .Spinnverfahren fol genden Streckung ergibt eine wesentliche Einsparung sowohl an Arbeitskräften als auch in bezug auf .die notwendige Anlage Emd schliesslich eine erhebliche Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit. Ausserdem. erfor dert in diesem Falle eine bestimmte -Produk- tionskapazität
weniger Raum, da die für den Streckvorgang benötigte Fabrikationsfläche wegfällt.
Die Erfindung bezweckt nun die Schaf fung eines Verfahrens zum Spinnen von Fa- sern, und. Fäden aus Polyäthylenterephthal- säureester, welche bereits nach dem Spinnen zäh und reissfest sind und keiner nachfolgen den Streckbehandlung unterworfen zu wer den brauchen.
Ferner bezweckt die Erfindung ,die Schaffung eines mit hoher Geschwindig keit arbeitenden Verfahrens zum Spinnen von Fasern mit einer für Textilzwecke geeigneten Denierzahl und Fäden aus Polyäthylentereph- thalsäureester, wobei die Fasern und Fäden die Eigenschaft haben, sich von selbst zu einem zähen Gebilde zu kräuseln, welches den Griff, die Elastizität und den Knitterwider stand feiner Wolle hat,
wenn man das Mate rial indem gesponnenen Zustande erhitzt und ihm gestattet, sich zu entspannen.
Das den Gegenstand der Erfindung bil dende Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein geschmolzenes, faserbildendes synthetisches Material, welches wenigstens 90 Molo/o Polyäthylenterephthalsäureester ent hält, durch eine Spinndüse aLLspresst find die erhaltene fadenförmige Masse von der Spinn düse mit einer Spinngeschwindigkeit abzieht, die, gemessen an einer Stelle, wo sich das Material vollständig zu einer Faser verfestigt hat,
innerhalb eines Bereiches von 2700 bis 4800 Metern in der Minifite liegt, und dabei gestreckte Fasern erhält, die sich unter Ein wirkung erhöhter Temperaturen von selbst kräuseln. Beim Abziehen der fadenförmigen Masse von der Spinndüse mit der genannten Geschwindigkeit werden die Fasern durch Streckung im Querschnitt vermindert.
Die erzeugten .reissfesten und zähen Fasern oder Fäden kräuseln sich, wenn man sie bei einer Temperatur von etwa 90-200 C ent spannt lind ihnen die Möglichkeit zur Schrumpfung gibt, zu einem Material, wel ches die Elastizitätseigenscha,ften feiner Wolle hat. Zweckmässig. wird die Spin.ngeschwindig- lreit innerhalb der obigen Grenzen weiterhin o geregelt, dass man eine Faser bzw. einen s<B>s</B> Faden erhält, die bzw.
der bei der Wärme- behandlung iun etwa 3-30 "/a schrumpft, da die beste Kräuselung und die besten .physika lischen Eigenschaften bei einer solchen Faser erzielt werden. Unter sonst gleichen Bedin gungen ergeben höhere Spinngeschwindigkei ten geringere Schriunpfungen und niedrigere Spinngeschwindigkeiten höhere Schrumpfun gen.
Das als faserbildendes Material verwen dete Äthylenterephthalsäureesterpolymerisat bat zweckmässig eine wahre Viskosität von mindestens 0,3, da Polymerisate mit einer ge ringeren wahren Viskosität im wesentlichen nicht faserbildend sind.
Der hier verwendete Ausdruck wahre Viskosität ist ein Mass für den Polymerisa.tionsgrad des Polyesters und. kann definiert werden als
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Hierin ist r die Viskosität einer verdünnten Lösung des Polyesters in einem Gemisch von 60 Teilen Phenol und 40 Teilen Tetra,chlor- äthan, dividiert durch die Viskosität des Phenol-Tetrachloräthangemisches als solches,
gemessen in den gleichen Einheiten und bei der gleichen Temperatur, während C die Konzentration des Polyesters in Gramm auf 100 ems der Lösung. ist.
Das faserbildende Material enthält min destens 90 Molo/o Polyäthylenterephthalsäure- ester. Polyäthylenterephthalsäureester selbst ist. ein Polykondensationsprodukt von Äthy- lenglykol und Terephthalsäure oder einem Ester bildenden Derivat derselben. Während der Herstellung dieses Polyesters können kleinere Mengen eines modifizierenden Stoffes zugegeben werden, z.
B. ein anderes Glykol und/oder eine andere Dicarbonsäure. Ge eignete faserbildende Materialien können in dem .polymeren Molekül bis zu 10 Molo/o eines andern Glykols, wie z. B. Diäthylenglykol, Tetramethylenglykol oder Hexamethylenglykol oder bis zu 10 Molo/o einer andern Säure ent halten.
Geeignete Beispiele für modifizierende Säuren sind unter anderem Hexahydrotereph- thalsäure, Dibenzoesäure, Adipinsäure, Seba- einsäure, Azelainsäure, die Naphtha,linsäuren, 2,5 - Dimethyl - therephthalsäure uaid bis - (p- Ca.rboxy-phenoxy)-äthan.
Diese Modifizierungsmittel können als Ausgangsstoffe während des Polymerisations- prozesses zugegeben werden, doch kann man die Modifizierungsmittel auch getrennt poly- nierisieren und dann in der Schmelze mit dem Polyäthylenterephthalsäureester vermischen. In jedem Fall soll die gesamte Menge des mo difizierenden Stoffes in dem Endpolymerisat 70 Molo/o nicht überschreiten.
Obwohl die Po ly merisation zweckmässig in der Schmelze durchgeführt wird, kann sie auch in fester Phase oder in Lösung oder in Emulsion nach üblichen Verfahren stattfinden. Geeignete Po lymerisationsverfahren für die hier behandel ten Polyester sind beispielsweise in der ameri kanischen Patentschrift Nr.<B>2465319</B> beschrie ben.
Die erfindungsgemässe Herstellung brauch barer Fäden geht zweckmässig folgender massen vor sich: Das nach einem üblichen Polymerisations- verfa-hren hergestellte Polymerisat wird ab- gekühlt, geschnitzelt und getrocknet.
Die Schnitzel werden dann .auf einem heissen Rost geschmolzen, und die Schmelze wird mittels einer Messpumpe der in der Kunststoff-Textil- industrie gewöhnlich verwendeten Art durch einen Filterpack gepumpt und durch Spinn düsenöffnungen in Luft mit Raumtempera tur gepresst. Die ausgepressten Fäden kühlen ab und erstarren auf ihrem Weg durch die Luft und werden dabei mit Spinngeschwindig keiten von 2700-4800 Metern pro Minute. abgezogen.
Unter Spinngeschwindigkeit ist die Ge schwindigkeit des Fadens .an einer Stelle nach vollständiger Erstarrung zu verstehen, wenn die Denierzahl nicht mehr abnimmt. Eine ge eignete Stelle zur Bestimmung dieser Ge schwindigkeit liegt im Bereich der Aufwickel- oder Fördermittel. Es versteht sich, dass die Geschwindigkeit des ausgepressten Strahles in flüssigem oder halbflüssigem Zustand nicht die gleiche ist wie an der Aufwickel- oder Förderstelle.
Die Mittel zur Weiterbeförderung der Fäden können aus einem sich rasch drehenden Rad oder ebensolchen Rollen- oder Klemm walzen, aus einem Luftstrahl oder dergleichen bestehen. Durch diesen durch die Fördermit- tel ausgeübten Impuls dehnen sich die Fäden in dem Zwischenraten zwischen der Ober fläche der Spinndüse und der Stelle ihrer vollständigen Erstarrung.
Die Trägheit des llat.erials und die Schleppkraft der umgeben den Luft übertragen auf die Fäden einen ge nügenden Zug, -um eine Orientierung der poly meren Moleküle im Erstarrungsbereich herbei zuführen. Tatsächlich findet keine wesentliche Orientierung statt, bevor die Fäden sich zu verfestigen beginnen. In einem Abstand von mehreren Zentimetern von der Spinndüse scheinen die Fäden noch von .der Spinndüse herabzuhängen.
Im Ersta,rrungsbereich kann man bemerken, wie die Fäden beschleunigt werden und sich straffen, -während sie sich mit hoher Geschwindigkeit in ihrer Längs richtung weiterbewegen. Die Erscheinung kann auch dadurch wahrgenommen werden, dass man fühlt, wie die Luft von dem Erstar- rungsbereich ab mit den Fäden mitgenommen wird.
Die an dieser Stelle stattfindende Orien- tierung hat auch einige der nützlichen Eigen schaften zur Folge, welche die nach dem er findungsgemässen Verfahren ersponenen Fä den aufweisen.
Bei der Herstellung von Stapelfasern wer den die gesamten aus einer Spinnbrause aus tretenden Fäden im allgemeinen mittels eines Luftstrahles einer mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Schneidvorrichtung zugeführt, worauf man die Stapelfasern in entspanntem Zustand auf eine Temperatur von 90 bis 200 C erhitzen kann.
Alle erfindungsgemäss hergestellten Fa sern und Fäden kräuseln sich von selbst unter Einwirkung erhöhter Temperaturen. Dieser Vorgang wird im folgenden Selbstkrä@ttse- lung genannt, und dieser Ausdruck bedeutet also eine solche Art der Kräuselung, welche sich ergibt, wenn man die Fasern spannungs los oder unter geringer Spannung auf eine hohe Temperatur erhitzt.
Somit ist diese Kräuselungsa.rt von einer mit mechanischen Mitteln bewirkten Kräuselung zu i-mterschei- den. Allgemein gesprochen tritt eine Selbst- kräuselung; dann auf, wenn die Fäden oder Fasern auf etwa l00 C oder mehr, das heisst innerhalb des vorerwähnten weiteren. Be reiches von 90-200 C erhitzt werden.
Geeignete Heizmedien sind unter anderem heisse Luft, heisses oder kochendes Wasser, ge sättigter oder überhitzter Wasserdampf und verschiedene heisse Lösungen, welche auf das holyestermatexial eine milde, plastifizierende Wirkung ausüben, wie z. B. verdünnte Sal petersäure. Diese Wärmebehandlung stabili siert auch die Fäden und erhöht den Kristalii- sationsgrad, während sie gleichzeitig die Rest- schrumpfung herabsetzt.
Gegebenenfalls kön nen die Fasern oder Fäden unmittelbar von dem Spinnvorgang ab durch ein geeignetes Bad oder eine erhitzte Kammer geleitet, und es kann ihnen die Möglichkeit zur Selbstkräu selung gegeben werden, bevor man sie auf wickelt oder zu Stapeln schneidet.
Zusätzlich zu der, auf der Kräuselung be ruhenden wollartigen Eigenschaft haben Fä- den und Fasern, die nach dein erfindungs gemässen Verfahren hergestellt und zwecks Kräuselung nachbehandelt w,irden, noch eine weitere Eigenschaft der Wolle, die sehr schwie rig zu reproduzieren ist, nämlioh die Elasti zität.
Diese Eigenschaft ist quantitativ nicht leicht zu messen, kann jedoch im wesentlichen durch drei wichtige Faktoren definiert wer den: Anfänglicher Spannungsmodul, Span nungselastizität und Fliessverhältnis.
Der mit Mi bezeichnete anfängliche Span nungsmodul wird definiert als die Neigung des ersten, im wesentlichen geraden Teils einer Spannungs-Dehnungskurve des strarig- förmigen Gebildes, die man erhält, indem man auf einer senkrechten Achse die Spannung und auf einer waagrechten Achse die Dehnung aufträgt, wenn das Gebilde unter gleichen Temperaturen und Feuchtigkeitsbedingungen, z.
B. einer Temperatur von 21 C und einer Raumfeuchtigkeit von 60 /o mit einer Ge schwindigkeit von 10 % pro Mizzute gestreckt wird. Fast in jedem Falle ist dieser erste ver hältnismässig gerade Teil zugleich der steilste der ganzen Kurve. Die in der Beschreibung angegebenen Werte sind Kilogrammeinheiten pro Quadratmillimeter auf je 100 /o Dehnung.
Der anfängliche Spannungsmodul illi ist ein Mass für die Widerstandsfähigkeit gegen Streckung und Biegung. Die Wirkungen der durch diesen Modul gemessenen; Eigenschaften machen sich bei einem Gewebe hauptsächlich dann bemerkbar, wenn dasselbe zusammen gefaltet, in der Hand gedrückt oder sonst wie gehandhabt wird. Wenn der Modul zu niedrig ist, so ist das Gewebe gummiartig oder schlaff.
Bei zu hohem Modul ist das Ge webe drahtig oder sperrig. Liegt der Modul dagegen in einem geeigneten Bereich, so erhält man ein weiches Gewebe. Es wurden Versuche angestellt, um den Auswirkungen eines ausser halb des Wollbereiches liegenden Moduls durch eine geeignete Einstellung des Faden- oder Faserdurchmessers entgegenzuwirken. In jedem Falle hatte jedoch ein solches Abwei chen von den üblichen Durchmessern von Wollfäden schädliche Wirkungen auf die Eigenschaften, wie z. B. auf die Sprung- fähigkeit .und das Ausglätten von Falten.
Da die Fadeneigenschaften, von welchen der Faltungswiderstand des Gewebes fast voll- ständig abhängig ist, sowohl in dem anfäng liehen Modul als auch in dem Durchmesser bestehen, und da der Bereich der brauchbaren Durchmesser auf diejenigen beschränkt zu sein scheint, die für Wolle typisch sind, so folgt daraus,
da.ss ein wollartiger Griff des Gewebes dann erzielt wird, wenn die Fasern einen anfänglichen Modul innerhalb des Wollbereiches haben.
Die Spannungselastizität TR bezeichnet das Ausmass, in welchem ein Faden seine ursprüngliche Länge wieder annimmt, nach dem er gestreckt worden ist.
Zur Bestimmung, der Spannungselastizität unter den Ver- suchsbedingungen dient eine Spannungs- Dehnungskurve. Der Versuch besteht darin, d.ass man das strangförmige Gebilde mit einer konstanten Streckgeschwindigkeit von 101/o, pro Minute streckt. Eine Probe wird 30 Se- kunden lang auf der grössten gewünschten Streckung gehalten.
Hierbei kann man sich beispielsweise eines Zeitschaltwerkes bedie nen. Alsdann lässt man die Probe mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sie ge streckt wurde, sich wieder zusammenziehen. Die gleiche Probe wird für jede Bestimmung in einem Ausmass von annähernd 1,0, 3,0 und 5,00/e gedehnt. Der Längenzuwachs während der Dehnung und die Rückbildung bei der Verkürzung werden längs der Streckachse ge messen.
Die Spannungselastizität ist dann das Verhältnis des Ausmasses, zu welchem der Faden sich verkürzt zu dem Ausmass, zu wel- ehem er gestreckt wurde. Dieser Versuch wird unter Standardbedingungen bei einer Raum feuchtigkeit von 60 "/o und einer Temperatur von 21 C durchgeführt.
Bekanntlich sind der Widerstand gegen Faltenbildung und Zerdrücken iund ein schnelles Zurückspringen in @die ursprüngliche Form, wenn eine Faltenbildung unvermeid lich war, sehr wünschenswerte Eigenschaften eines Kleiderstoffes. Die Spannungselastizität steht nun mit diesen Eigenschaften in hohem Masse in Verbindung.
Die Span.nungselastizi- tät aus einer 1%igen Streckung entspricht dem Zurückspringen des Gewebes von einer schwachen Faltung,, während ervartungs- gemäss die Spannungselastizität aus höheren Streckungen mit der Fähigkeit, aus einer stär keren Faltung und einem scharfen Kniff in die ursprüngliche Foran zurückzukehren, in Wechselbeziehung steht.
In dieser Hinsicht können die Worte Widerstand gegen auch im Sinne von Rückkehr aus verwendet wer den, da der Widerstand gegen eine Falte oder einen Kniff eine sehr schnelle und vollstän dige Rückkehr ans einem Kniff oder einer Falte einschliesst, wenn,die Verformungskraft fortfällt.
Das Fliessverhältnis CR hängt mit der Form einer Spannumgs-Dehnungskurve zu sammen und ist ein Mass für die Geschwin- digkeit, mit welcher sich das Fliessen mit der Streckung ändert. Das Fliessen ist gekexm- zeichnet als eine Streckung dividiert durch die Spannung in kg/mm3 Hooksche Systeme, bei denen die Spannungs-Dehnungskurve eine gerade Linie darstellt, zeigen bei allen Streckungen ein gleichmässiges Fliessen.
Bei diesen ist also die Dehnungsänderung als Funktion der Streckung gleich null. Ander seits ist eine der wichtigsten Eigenschaften der Wolle diejenige, dass. sie sich bei schritt weiser Verformung nach einem höheren Fliess- grad hin ändert. Durch diese Eigenschaft fühlt sieh Wolle gleichzeitig kräuselig und weich an. Diese Eigenschaft wird durch Be stimmung des durchschnittlichen Wertes ge messen, um welchen das Fliessen sich in dem Bereich von 5-10 0/0 Streckung ändert.
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wobei Spie die Spannung bei 10 %iger und Sp5 .die Spannung bei 5 %iger Streckung be- deuten.
Die Spannungs-Dehnungskurve von -Wolle hat zwei deutlich verschiedene Gebiete. Das erste besteht aus dem anfänglichen Teil, in welchem der Verformungswiderstand verhält nismässig gross ist, während in dem zweiten darauffolgenden Teil der Widerstand regel- mässig und in hohem Ausmass abnimmt.
Aus diesem Grunde erscheint ein Wollstoff bei der Berähnzng kräuselig und fest, fühlt sich jedoch bei einem scharfen Zerknüllen in der Hand weich und geschmeidig an. Unter den natürlichen Fasern findet man dieses zwei fache Verhalten nur bei Wolle und andern Tierhaaren (nicht bei Seide, Baumwolle oder dergleichen).
Dabei ist das beschriebene dop pelte Verhalten eine der beliebtesten und wertvollsten Eigenarten von Wolle.
Bei Anwendung der obigen Verfahren zur Abschätzung. einer wollartigen Elastizität hat es sich gezeigt, .dass die besseren Wollsorten für Oberbekleidung bei !den drei Faktoren Werte innerhalb der folgenden Bereiche auf weisen Dli = 110 bis 550 kg/mm2 CR = 0,05 bis 0,
17 TR = 55 % oder mehr bei Streckungen von 3 0/0.
Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren werden synthetische Fäden oder Fasern er- zeugt, die nach geeigneter Nachbehandlung zwecks Kräuselung, innerhalb der obigen Grenzen wollartige Elastizität aufweisen. Da bei haben die synthetischen Fasern die ge wünschten Elastizitätseigensehaften über die ganze Faserlänge. Dies ergibt sich daraus, d.ass die Fäden bei ihrer Bildung und bei der nach folgenden Kräuselung über ihre ganze Länge eine gleichmässige Behandlung erhalten.
Das selbsttätige Kräuseln vermindert auch die Zähigkeit und den Spannungsmodul llli und erhöht das Fliessverhältnis CR. Die Einwirkung auf illi wird bei den höheren Spinngeschwindigkeiten wesentlich. Häufig haben Fäden welche bei Geschwindigkeiten von nahezu 4500 Metern pro Minute er sponnen werden, ursprünglich Werte von Dli, welche oberhalb des gewünschten Be reiches liegen.
Nach der Selbstkräuselung hat sich der Wert llli jedoch genügend vermindert, so dass er nunmehr in dem ge wünschten Bereich liegt. Diese Verminderung des Wertes lAli kann noch begünstigt wenden, indem man wirksamere Entspannumgsbedin- gimgen schafft, als sie normalerweise vorlie gen, indem man z. B. Dampf, Glykol, Gly- cerin oder Mineralöl bei 160 bis 200 C oder \,-erdünnte Salpetersäure und/oder längere Behandlungszeiten anwendet.
Die Eigenschaften von Polyäthylentere")h- thalsäureesterfäden, die unter verschiedenen Bedingungen ersponnen wurden, sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Das oben beschriebene allgemeine Verfahren wurde unter den besonderen Beding@ingen durchge führt, die aus der Tabelle ersichtlich sind.
In der Tabelle ist die Spinngeschwindigkeit in Metern pro Minute, die Reissfestigkeit in Gramm pro Denier angegeben, während die wahre Viskosität, der anfängliche Spannungs modul 11T1, das Fliessverhältnis CR und die Spannungselastizität PR, die mit der vor stehenden Erläuterung gegebene Bedeutung haben.
Die physikalischen Eigenschaften wer den an der gekräuselten Faser gemessen, nachdem die Faserproben eine Stunde lang in Wasser gekocht worden waren. Die prozen- tuale Schrumpfung wurde aus der Längen differenz zwischen den Fasern nach dem Spinnen bzw. nach 5minutigem Kochen in Wasser berechnet.
Die Beispiele 1 bis 15 ein schliesslich beziehen sich auf Polyäthylen- terephthalsäureest.er. Indem Beispiel 16 fand ein Mischpolymerisat -Verwendung, das ans Äthylenglykol und einem Gemisch im lIol- v erhältnis 95 :
5 von Tereplithal- und Seba- cinsäuren hergestellt wurde. Für die Beispiele 17 und 18 wurde ein ähnliches Misehpoly.me- risat benutzt, das 10 Molo/o Sebacinsäure.ent- hielt. Für die Beispiele 6 bis 9 wurden die Fasern gekräuselt, indem sie durch eine Ent- spannungsvorrichtung nach Art eines pneu matischen Rohres geblasen wurden,
dessen Speisung mit Luft von 150 C erfolgte. Für die Beispiele 3, 4, 5 und 10 bis 18 wurden die Fasern gekräuselt, während sie auf einem Förderband liegend durch eine ofenartige Entspannungsvorrichtung hindurchbefördert werden, die durch infrarote Strahlen beheizt war.
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In Abhängigkeit von den gewünschten SchrLUnpfeigenschaften des Garnes kann die Spinngeschwindigkeit innerhalb eines Berei ches von 2700 bis 4800 Metern pro Minute ge ändert werden.
Die höheren Spinngeschwin digkeiten ergeben einen Faden mit geringer Schrumpfung, während -umgekehrt niedrige Spinngeschwindigkeiten ei- einem Faden mit höheren Schrumpfwerten führten. Bei Spinn geschwindigkeiten oberhalb 4800 Metern pro Minute würde man stark orientierte, seiden artige Fäden erhalten, welche nicht das Aus sehen und die elastischen Eigenschaften von Wolle erreichen, wenn man sie in heissem Wasser oder heisser Luft entspannt..
Spinn geschwindigkeiten im Bereich von 1370 bis 2700 Metern pro Minute würden wenig orien tierte Fäden mit sehr hohen .Schrumpfwerten und Reissfestigkeiten von etwa 1,0 bis 1,5 g/den liefern, die bei der Kräuselung ebenfalls nicht eine wollartige Elastizität an nehmen.
Geschwindigkeiten -unterhalb 1370 Metern pro Minute würden Fäden liefern, die in dem nur gesponnenen Zustande unbrauch bar sind, da sie sieh in ihren Eigenschaften den gewöhnlichen, nicht orientierten Poly estern oder Polyamiden in nur gesponnenem Zustande annähern.
In dem Spinngeschwindigkeitsbereich zwi schen 2700 und 4800 Metern pro Minute stehen die physikalischen Eigenschaften der erzeugten Fasern zu der Denierzahl der nur gesponnenen Fäden ebenso in Beziehung wie die Spinngeschwindigkeit, wenn die Denier- zahl des Fadens kleiner als 3 ist.
Spinn- geschwindigkeiten nahe der untern Grenze von 2700 Metern pro Minute sind für Fäden mit niedriger Denierzahl vorzuziehen, um die besten wollähnlichen Elastizitätseigenschaften zu erhalten.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren wesentlichen Spinngeschwindigkeiten können auf verschiedene Weise-erzielt werden. Man kann sich hierbei einer angetriebenen Haspel oder einer-mit hoher Geschwindigkeit betrie benen Spulvorrichtung oder eines Luftstrahles bedienen, der als Spann- und Fördermittel Verwendung findet, iuid dureh den der Faden zusammen mit andern ein Fadenbündel bil denden Fäden unmittelbar, das heisst also ohne Zwischenspulung,
einer Stapelfaser- Schneidvorrichtung oder einer Kräuselvor- richtung zugeführt werden kann.
Die nach dem erfindungsgemässen Ver fahren hergestellten Fasern kann man durch Behandlung derselben in entspanntem Zu stande in Wasser bei 90-100 C dazu brin gen, da.ss sie sich von selbst kräuseln. Zweck mässig wird die Spinngeschwindigkeit so ein gestellt, da.ss man Fasern erhält, welche bei einer Kräuselung in Wasser bei 90 bis 100 C einer Schrumpfung von 15 bis 30 % unter- liegen. Wie aus der Tabelle ersichtlich,
kann man die erwünschten wollähnlichen Elastizi- tätseigenschaften aber auch bei viel höheren Sehriunpfwerten erreichen. Stapel mit weni ger als 15 0/0 _ Schrumpfung kräuseln sich nicht gut von selbst, wein man sie in ent spanntem Zustande auskocht.
Anderseits er- geben Schrumpfwerte über 30 % sehr dichte watteähnliche Stapelbündel, wein man teil mengenweise abkocht.
Diese Bündel sind schwer zu öffnen, obwohl diese Schwierig keit im wesentlichen dadurch beseitigt werden kann, dass man die Stapel in heisser Lift zur Selbstkräuselung bringt, wenn das Material in floekigem Zustande aus der Schneidvor- richtung kommt.
In jedem Falle kann die Spinngeschwindigkeit, welche eine bestimmte Schrumpfung ergibt, leicht in der Weise be stimmt werden, dass man clie Geschwindigkeit erhöht, wenn .die Schrumpfung zu gross ist und anderseits erniedrigt; wenn ein zu kleiner Schrumpfungswert vorliegt, bis man schliess lich .den gewünschten Schrumpfungsbereich hat.
Die erfindungsgemäss hergestellten Fasern können auch durch eine Behandlung in ent spanntem Zustande in heisser Luft von 95 bis 200 C zur Selbstkräuselung gebracht werden. Fasern, welche von 15 bis 30 % schrumpfen, kräuseln sich gut, wenn sie auf einer festen Unterlage, z. B. einem Förderband, in einem Ofen liegen.
Das zweckmässigste Kräusel- verfahren" besteht darin, dass man die Fasern von einem auf 95 bis 200 C erhitzten Luft- Strom forttragen lässt. Dieses Kränselverfah- ren arbeitet sehr wirksam und schnell.
Man kann nach diesem Verfahren Fasern, welche Schrumpfwerte so niedrig wie 3 %. und so hoch wie 30 % und mehr aufweisen, innerhalb weniger Sekunden zufriedenstell@end kräuseln.
Ein zweckmässiges Verfahren besteht darin, Stapelfasern durch ein pneumatisches Rohr zu blasen, welches mit heisser Luft von einer Temperatur von etwa 150 C gespeist wird.
Das geschmolzene Polymere kann bei etwa 260 bis 310 C durch eine Spinndüse ausge presst werden. Zur Erzielung bester Ergeb nisse mit Polyäthylenterephthalsäureester soll die Auspresstemperatur zwischen 280 und 295 C liegen, obwohl die Eigenschaften der zum Schluss erhaltenen Fäden in dem gesam ten Temperaturbereich nur wenig schwanken.
Bei Verwendung von Mischpolymerisaten von lithylenterephthalsäureester liegt der bevor zugte Temperaturbereich je nach dem Misch polymerisat etwa 10 bis 20 C niedriger, und zwar vorzugsweise in dem Bereich von 270 bis 285 C. Wird das geschmolzene Polymere in Luft von Raumtemperatur ausgepresst, so sollen die erhaltenen Fäden mindestens eine Strecke von 1,15 bis 1,30 Meter zurücklegen, bevor sie zu den Fördermitteln gelangen.
Diese Strecke brauchen sie bis zur vollständigen Er starrung. Wenn der Abstand nur 0,75 bis 1 Meter beträgt, so erhält man bei einem sonst üblichen Spinnverfahren infolge unge nügender Abkühlungszeit häufig zusammen- geschmolzene Fäden.
Aus den erfindungsgemäss erhaltenen und zwecks Kräuselung nachbehandelten Fasern gefertigte Stoffe sind ausserordentlich leben dig und knitterfest, sie haben einen guten Fall und einen ausgezeichneten Widerstand gegen das Auftreten von Falten. Gegenüber Wasser und Änder,mgen des Feuchtigkeits grades zeigen sie -eine bemerkenswerte Un- empfindlichkeit. Diese Fasern sind insbeson dere in Form von Stapelfasern für Filze ver schiedener Art, für Teppiche, Herren- und Damenkleidung usw. brauchbar.
Aus derartigen Stapelfasern hergestellte .Anzugstoffe sind besonders dauerhaft. Sie verhalten sich hinsichtlich der Knitterfestig- keit und anderer Eigenschaften gleich oder besser als. sehr gut wollene Anzugstoffe.
Method for the production of tear-resistant fibers or threads from a synthetic polyester The invention relates to a method. for the production of tear-resistant fibers or threads aits a synthetic material containing polyethylene terephthalic acid ester.
The production of useful textile threads and fibers from synthetic linear polymers of the type first described in American patents Nos. 2071250 and 2071251 according to the previous process required two separate operations,
namely, spinning and drawing. Threads spun from a melt made of synthetic linear polyesters and polyamides were previously weak in the spun state and, apart from special applications, unsuitable for textile purposes.
if they haven't been stretched. The tensile strengths obtained with mere spinning were in the range from 0.2 to 0.8 g / denier with elongations of several 100%. Only through the stretching, during which both an orientation and a crystallization occur,
you get usable fibers and. Threads with tensile strengths of 4 to 10 g / den. This generally applies to synthetic threads made from condensation or addition polymers.
It is obvious that by creating a process by which one obtains usable threads through the mere spinning process, great economic advantages result.
The elimination of the previously necessary stretching following the normal .Spinnverfahren results in a substantial saving both in manpower and in relation to .the necessary plant and finally a considerable increase in the production speed. Moreover. In this case, a certain production capacity is required
less space as the manufacturing area required for the stretching process is no longer required.
The invention now aims to create a method for spinning fibers, and. Threads made of polyethylene terephthalic acid ester, which are tough and tear-resistant after spinning and do not need to be subjected to any subsequent stretching treatment.
Another object of the invention is to provide a high-speed process for spinning fibers with a denier suitable for textile use and filaments of polyethylene terephthalic acid ester, the fibers and filaments having the property of curling themselves into a tough structure, which has the handle, elasticity and crease resistance of fine wool,
when the material is heated to the spun state and allowed to relax.
The method forming the subject of the invention is characterized in that a molten, fiber-forming synthetic material, which contains at least 90 mol / o polyethylene terephthalic acid ester, is pressed through a spinneret and the filamentary mass obtained is withdrawn from the spinning nozzle at a spinning speed that , measured at a point where the material has completely solidified into a fiber,
is within a range of 2700 to 4800 meters in the Minifite, and thereby obtains stretched fibers that curl by themselves under the action of elevated temperatures. When the filamentary mass is withdrawn from the spinneret at the speed mentioned, the fibers are reduced in cross section by stretching.
The tear-resistant and tough fibers or threads produced curl up when they are relaxed at a temperature of about 90-200 C and given the opportunity to shrink, to a material which has the elasticity properties of fine wool. Appropriate. the spin speed is still regulated within the above limits so that a fiber or a s <B> s </B> thread is obtained which or
which shrinks about 3-30 "/ a during the heat treatment, since the best crimp and the best physical properties are achieved with such a fiber. All other things being equal, higher spinning speeds result in lower shrinkage and lower spinning speeds result in higher shrinkage gene.
The ethylene terephthalic acid ester polymer used as the fiber-forming material expediently had a true viscosity of at least 0.3, since polymers with a lower true viscosity are essentially not fiber-forming.
The term true viscosity used here is a measure of the degree of polymerisation of the polyester and. can be defined as
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Here r is the viscosity of a dilute solution of the polyester in a mixture of 60 parts of phenol and 40 parts of tetra, chloroethane, divided by the viscosity of the phenol-tetrachloroethane mixture as such,
measured in the same units and at the same temperature, while C is the concentration of the polyester in grams per 100 ems of the solution. is.
The fiber-forming material contains at least 90 mol / o polyethylene terephthalic acid ester. Polyethylene terephthalic acid ester itself is. a polycondensation product of ethylene glycol and terephthalic acid or an ester-forming derivative thereof. Minor amounts of a modifying agent may be added during the manufacture of this polyester, e.g.
B. another glycol and / or another dicarboxylic acid. Ge suitable fiber-forming materials can contain up to 10 Molo / o of another glycol, such as. B. diethylene glycol, tetramethylene glycol or hexamethylene glycol or up to 10 mol / o of another acid keep ent.
Suitable examples of modifying acids are, inter alia, hexahydroterephthalic acid, dibenzoic acid, adipic acid, sebaic acid, azelaic acid, naphtha, lic acids, 2,5-dimethyl-taphthalic acid and other bis (p-carboxy-phenoxy) -ethane.
These modifying agents can be added as starting materials during the polymerisation process, but the modifying agents can also be polymerized separately and then mixed with the polyethylene terephthalic acid ester in the melt. In any case, the total amount of the modifying substance in the final polymer should not exceed 70 mol / o.
Although the polymerization is expediently carried out in the melt, it can also take place in the solid phase or in solution or in emulsion according to conventional methods. Suitable polymerization processes for the polyesters treated here are described, for example, in American patent specification no. 2465319.
The production according to the invention of usable threads expediently proceeds as follows: The polymer produced by a customary polymerisation process is cooled, chopped and dried.
The chips are then melted on a hot grate and the melt is pumped through a filter pack by means of a measuring pump of the type commonly used in the plastic-textile industry and pressed through spinning nozzle openings into air at room temperature. The extruded threads cool down and solidify on their way through the air and are spinning at speeds of 2,700-4800 meters per minute. deducted.
Spinning speed is the speed of the thread at a point after complete solidification, when the denier no longer decreases. A suitable place to determine this Ge speed is in the area of the winding or conveyor. It goes without saying that the speed of the ejected jet in the liquid or semi-liquid state is not the same as at the winding or conveying point.
The means for the further conveyance of the threads can roll from a rapidly rotating wheel or such a roller or pinch, consist of an air jet or the like. As a result of this impulse exerted by the conveying means, the filaments stretch at the intermediate rate between the surface of the spinneret and the point of their complete solidification.
The inertia of the lat.erials and the drag force of the surrounding air transmit enough tension to the threads to orient the polymer molecules in the solidification area. In fact, there is no substantial orientation before the filaments begin to set. At a distance of several centimeters from the spinneret, the threads seem to still hang down from the spinneret.
In the first area you can notice how the threads are accelerated and tightened while they continue to move at high speed in their longitudinal direction. The appearance can also be perceived by feeling how the air is carried along with the threads from the solidification area.
The orientation taking place at this point also results in some of the useful properties exhibited by the threads spared by the process according to the invention.
In the production of staple fibers who the entire from a spinneret from emerging threads are generally fed by means of an air jet to a cutting device operating at high speed, whereupon the staple fibers can be heated to a temperature of 90 to 200 C in a relaxed state.
All fibers and threads produced according to the invention pucker themselves under the action of elevated temperatures. This process is referred to in the following as self-curling, and this expression means such a type of curling which results when the fibers are heated to a high temperature without tension or under low tension.
This type of crimping is thus to be distinguished from crimping brought about by mechanical means. Generally speaking, there is self-curling; then on when the threads or fibers to about 100 ° C or more, that is, within the aforementioned further. Be heated from 90-200 C.
Suitable heating media include hot air, hot or boiling water, saturated or superheated steam and various hot solutions that exert a mild, plasticizing effect on the holyestermatexial, such as. B. Dilute nitric acid. This heat treatment also stabilizes the threads and increases the degree of crystallization, while at the same time reducing residual shrinkage.
If necessary, the fibers or threads can be passed directly from the spinning process through a suitable bath or heated chamber, and they can be given the option of self-curling before they are wound up or cut into stacks.
In addition to the wool-like property based on the crimp, threads and fibers which are produced by the method according to the invention and after-treated for crimping have another property of wool that is very difficult to reproduce, namely that Elasticity.
This property is not easy to measure quantitatively, but it can essentially be defined by three important factors: initial stress modulus, stress elasticity and flow ratio.
The initial stress modulus, labeled Mi, is defined as the slope of the first, essentially straight part of a stress-strain curve of the star-shaped structure, which is obtained by plotting the stress on a vertical axis and the strain on a horizontal axis, if the structure under the same temperature and humidity conditions, e.g.
B. a temperature of 21 C and a humidity of 60 / o with a Ge speed of 10% per mizzute is stretched. In almost every case, this first relatively straight part is also the steepest of the whole curve. The values given in the description are kilogram units per square millimeter per 100 / o elongation.
The initial tension modulus illi is a measure of the resistance to stretching and bending. The effects of the measured by this module; Properties of a fabric are mainly noticeable when the same is folded, pressed in the hand or otherwise handled. If the modulus is too low, the fabric is rubbery or slack.
If the module is too high, the tissue is wiry or bulky. On the other hand, if the module is in a suitable range, a soft fabric is obtained. Attempts have been made to counteract the effects of a module lying outside the wool range by means of a suitable setting of the thread or fiber diameter. In any case, however, such a deviation from the usual diameters of woolen threads had detrimental effects on the properties, such as e.g. B. on the ability to jump. And the smoothing out of wrinkles.
Since the thread properties, on which the folding resistance of the fabric is almost completely dependent, exist both in the initial module and in the diameter, and since the range of useful diameters seems to be limited to those typical of wool, so it follows
da.ss a wool-like feel of the fabric is achieved when the fibers have an initial modulus within the wool area.
The tension elasticity TR denotes the extent to which a thread assumes its original length again after it has been stretched.
A stress-strain curve is used to determine the stress elasticity under the test conditions. The experiment consists in stretching the strand-like structure at a constant stretching rate of 101 / o per minute. A sample is held at the greatest desired stretch for 30 seconds.
Here you can use a timer, for example. The sample is then allowed to contract again at the same rate as that at which it was stretched. The same sample is stretched approximately 1.0, 3.0 and 5.00 / e for each determination. The increase in length during stretching and the regression when shortening are measured along the stretching axis.
The tension elasticity is then the ratio of the extent to which the thread is shortened to the extent to which it has been stretched. This test is carried out under standard conditions with a room humidity of 60 "/ o and a temperature of 21 C.
It is well known that the resistance to wrinkling and crushing and the ability to spring back quickly to its original shape when wrinkling was unavoidable are very desirable properties of a garment fabric. The elasticity of tension is now largely related to these properties.
The tension elasticity from a 1% stretch corresponds to the rebound of the tissue from a weak fold, while, as expected, the tension elasticity from higher stretching with the ability to return from a stronger fold and a sharp twist to the original shape , is interrelated.
In this regard, the words resistance to can also be used in the sense of return from, since resistance to a crease or a crease includes a very quick and complete return to a crease or crease when the deformation force ceases.
The flow ratio CR is related to the shape of a span-strain curve and is a measure of the speed at which the flow changes with the extension. The flow is shown as a stretch divided by the tension in kg / mm3 Hook's systems, in which the stress-strain curve is a straight line, show an even flow for all stretchings.
In these, the change in elongation as a function of elongation is therefore equal to zero. On the other hand, one of the most important properties of wool is that it changes with gradual deformation towards a higher degree of flow. Because of this property, wool feels puckered and soft at the same time. This property is measured by determining the average amount by which the flow changes in the range of 5-10% elongation.
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Spie being the tension at 10% and Sp5 being the tension at 5% stretching.
The stress-strain curve of wool has two distinctly different areas. The first consists of the initial part, in which the deformation resistance is relatively large, while in the second, subsequent part, the resistance decreases regularly and to a large extent.
For this reason, wool appears puckered and firm when touched, but feels soft and supple when crumpled up sharply in the hand. This twofold behavior is found among natural fibers only in wool and other animal hair (not in silk, cotton or the like).
The described double behavior is one of the most popular and valuable characteristics of wool.
Using the above estimation methods. With a wool-like elasticity, it has been shown that the better types of wool for outerwear have values within the following ranges for the three factors Dli = 110 to 550 kg / mm2 CR = 0.05 to 0,
17 TR = 55% or more at 3 0/0 stretches.
According to the process according to the invention, synthetic threads or fibers are produced which, after suitable aftertreatment for the purpose of crimping, have wool-like elasticity within the above limits. Since the synthetic fibers have the desired elasticity properties over the entire length of the fiber. This results from the fact that the threads receive a uniform treatment over their entire length during their formation and during the subsequent crimping.
The automatic crimping also reduces the toughness and the modulus of tension III and increases the flow ratio CR. The action on illi becomes substantial at the higher spinning speeds. Often threads which are spun at speeds of almost 4500 meters per minute originally have values of Dli which are above the desired range.
After the self-curling, however, the value III has decreased sufficiently that it is now in the desired range. This reduction in the value lAli can be further favored by creating more effective relaxation conditions than they normally exist, e.g. B. uses steam, glycol, glycerin or mineral oil at 160 to 200 C or diluted nitric acid and / or longer treatment times.
The properties of polyethylene tere ") thalic acid ester threads which were spun under various conditions are given in the table below. The general process described above was carried out under the particular conditions which can be seen from the table.
The table shows the spinning speed in meters per minute, the tensile strength in grams per denier, while the true viscosity, the initial tension modulus 11T1, the flow ratio CR and the tension elasticity PR, which have the meaning given above.
Physical properties are measured on the curled fiber after boiling the fiber samples in water for one hour. The percentage shrinkage was calculated from the difference in length between the fibers after spinning or after boiling in water for 5 minutes.
Examples 1 to 15 relate to Polyäthylen- terephthalsäureest.er. In example 16, a copolymer was used, which was composed of ethylene glycol and a mixture in the ratio 95:
5 was made from tereplithalic and sebacic acids. For Examples 17 and 18, a similar mixed polymer was used which contained 10 mol / o sebacic acid. For examples 6 to 9, the fibers were crimped by blowing them through a relaxation device in the manner of a pneumatic tube,
which was fed with air at 150 ° C. For Examples 3, 4, 5 and 10-18, the fibers were crimped while lying on a conveyor belt through an oven-like relaxation device that was heated by infrared rays.
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Depending on the desired shrinkage properties of the yarn, the spinning speed can be changed within a range of 2700 to 4800 meters per minute.
The higher spinning speeds result in a thread with low shrinkage, while, conversely, low spinning speeds lead to a thread with higher shrinkage values. At spinning speeds above 4800 meters per minute, one would get strongly oriented, silk-like threads which do not look like wool and which achieve the elastic properties of wool when relaxed in hot water or hot air.
Spinning speeds in the range from 1370 to 2700 meters per minute would provide poorly oriented threads with very high shrinkage values and tensile strengths of around 1.0 to 1.5 g / den, which also do not assume a wool-like elasticity when crimped.
Speeds of less than 1370 meters per minute would provide filaments which are unusable in the spun-only state, since their properties approach those of the usual, non-oriented polyesters or polyamides in the spun-only state.
In the spinning speed range between 2700 and 4800 meters per minute, the physical properties of the fibers produced are related to the denier number of the threads only spun, as is the spinning speed when the denier number of the thread is less than three.
Spinning speeds near the lower limit of 2700 meters per minute are preferred for low denier filaments in order to obtain the best wool-like elastic properties.
The spinning speeds essential for the process according to the invention can be achieved in various ways. You can use a driven reel or a high-speed winding device or an air jet, which is used as a tensioning and conveying means, iuid dureh the thread together with other threads forming a bundle of threads directly, i.e. without intermediate winding ,
a staple fiber cutting device or a crimping device can be fed.
The fibers produced by the process according to the invention can be caused by treating them in a relaxed state in water at 90-100 ° C. to cause them to curl by themselves. The spinning speed is expediently set so that fibers are obtained which, when crimped in water at 90 to 100 ° C., are subject to a shrinkage of 15 to 30%. As can be seen from the table,
the desired wool-like elasticity properties can also be achieved with much higher vibration values. Stacks with less than 15 0/0 shrinkage do not curl well by themselves if you boil them in a relaxed state.
On the other hand, shrinkage values of more than 30% result in very dense, wadding-like stacks of stacks, if you boil in large quantities.
These bundles are difficult to open, although this difficulty can essentially be eliminated by self-curling the stacks in a hot lift when the material comes out of the cutting device in a flaky state.
In any case, the spinning speed, which results in a certain shrinkage, can easily be determined in such a way that the speed is increased if the shrinkage is too great and, on the other hand, decreased; if the shrinkage value is too low, until you finally have the desired shrinkage range.
The fibers produced according to the invention can also be made to self-curl by a treatment in the relaxed state in hot air at 95 to 200.degree. Fibers which shrink from 15 to 30% curl well when placed on a firm support, e.g. B. a conveyor belt, lie in an oven.
The most expedient crimping method "consists in allowing the fibers to be carried away by a stream of air heated to 95 to 200 C. This crimping method works very efficiently and quickly.
This method can be used to produce fibers with shrinkage values as low as 3%. and as high as 30% and more, satisfactorily curl within a few seconds.
A useful method is to blow staple fibers through a pneumatic tube, which is fed with hot air at a temperature of about 150 ° C.
The molten polymer can be pressed out through a spinneret at about 260 to 310 ° C. In order to achieve the best results with polyethylene terephthalic acid ester, the pressing temperature should be between 280 and 295 C, although the properties of the threads obtained at the end vary only slightly over the entire temperature range.
When using copolymers of lithylene terephthalic acid ester, the preferred temperature range, depending on the mixed polymer, is about 10 to 20 C lower, preferably in the range from 270 to 285 C. If the molten polymer is pressed out in air at room temperature, the threads obtained should Cover at least a distance of 1.15 to 1.30 meters before reaching the funds.
They need this distance until they are completely rigid. If the distance is only 0.75 to 1 meter, then with an otherwise customary spinning process, threads that have melted together are often obtained due to insufficient cooling time.
Fabrics made from the fibers obtained according to the invention and after-treated for the purpose of crimping are extraordinarily lively and crease-resistant, they drape well and have excellent resistance to the appearance of wrinkles. They show a remarkable insensitivity to water and changes, due to the degree of humidity. These fibers are in particular in the form of staple fibers for felts of various types, for carpets, men's and women's clothing, etc. useful.
Suit fabrics made from such staple fibers are particularly durable. In terms of crease resistance and other properties, they behave the same or better than. very good woolen suit fabrics.