Verfahren zur Herstellung potentiell gekräuselter Fäden Bekanntlich eignen sich Endlosfasergarne aus synthetischen Polymeren nicht für Zwecke, wo Weich heit, Leichtigkeit und hohe Deckkraft erforderlich sind; man ist daher für solche Zwecke auf die Ver wendung von Stapelfasergarnen angewiesen. Aus die sem Grunde werden die synthetischen Fäden häufig durch Zerschneiden in Stapelfasern übergeführt, wel che dann zu Garnen versponnen werden.
Der Nutzen eines Verfahrens, welches ermöglichen würde, aus Endlosfäden Garne mit den Eigenschaften von aus Stapelfasern hergestellten Garnen zu erhalten, unter Vermeidung der Operationen des Kräuselns und Zerschneidens sowie der langen und teuren Nach behandlungen, liegt auf der Hand. Indessen ergaben die Verfahren, welche bisher zur Erhöhung der Volu- minösität von Endlosfasergarnen angewendet wurden, keine vollkommen befriedigende Resultate.
Einige davon beruhen auf komplizierten Arbeitsgängen, wel che das Verfahren sehr verteuern, während andere, weniger komplizierte, zu schlechten Garnen führen, was deren Voluminösität anbetrifft, welche nicht dauerhaft ist, oder aber bezüglich der mechanischen Eigenschaften, welche sehr geringe Werte besitzen, die oft praktisch gleich sind wie bei ungestreckten Garnen.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun die Herstellung eines Garns aus synthetischen Endlos fäden, an denen sich bei der Verwendung eine Volu- minösität entwickeln lässt, die derjenigen von aus Stapelfasern hergestelltem Garn gleichkommt oder sie übertrifft. Solche potentiell gekräuselten Endlosfaser- garne haben eine Zugfestigkeit, welche wesentlich höher ist als diejenige von aus Stapelfasern herge stellten Garnen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von potentiell gekräuselten Fäden aus synthetischen Polymeren durch Schmelzspinnen und Verstrecken, welche durch kurzfristige Wärmebe handlung bei einer Temperatur von 50 C bis zum Schmelzpunkt des Polymers gekräuselt werden kön nen;
dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man die durch Schmelzspinnen erhaltenen, un-- verstreckten Fäden bei einer Temperatur von 20 bis 80 C und bei der höchstmöglichen Zufuhrgeschwin- digkeit verstreckt.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Garne aus Fäden aus hochkristallinen hochmolekula ren Polymeren von a-Olefinen der Formel CH2 = CHR, worin R eine Alkylgruppe ist, und insbesondere aus Polypropylen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, den Fäden aus derartigen hochmolekularen Polymeren eine potentielle Kräuselung zu erteilen, welche nach Entwicklung entlang der Faser unregelmässig verteilt ist, wobei die Krümmungen in verschiedenen Ebenen liegen. Derartige Kräuselungen erhöhen die Volumi- nösität, Leichtigkeit und Isolierfähigkeit des Garns, da sie die Fäden voneinander entfernt halten, wodurch die notwendigen Luftzwischenräume entstehen, und da sie dem Garn eine hohe Elastizität erteilen, da sie sich unter Zug zu strecken und nach Aufhören des Zuges ihre ursprüngliche Form wieder einzunehmen vermögen.
Ausserdem ist die entwickelte Kräuselung bleibend, wie aus später angeführten Untersuchungs ergebnissen hervorgeht.
Die entscheidenden Faktoren bei der Streckope ration sind die Geschwindigkeit und die Temperatur, bei welcher das Strecken erfolgt. Insbesondere ist es wichtig, dass bei der höchstmöglichen Zuführungsge schwindigkeit und relativ niedriger Temperatur ge- arbeitet wird, das heisst selbstverständlich bei der maximalen Geschwindigkeit, welche für jede Tempe ratur auf Grund der mechanischen Festigkeit der Fäden zulässig ist.
Eine Eigenschaft des erfindungsgemässen Ver fahrens ist die, dass bei der nicht beanspruchten Ent wicklung der Kräuselung die Orientierung der Kri stalle in der Faser nicht zerstört wird, weshalb nach dem Entwickeln ein Garn mit der für orientierte kristalline Garne charakteristischen hohen Zugfestig keit entsteht. Im Gegensatz dazu wird bei anderen Verfahren, welche auf einer starken Schrumpfung beruhen, die Orientierung des Garns grösstenteils zer stört, so dass das Garn in seinem Endzustand eine Zugfestigkeit von der gleichen Grössenordnung wie ungestrecktes Garn besitzt.
Es wurde gefunden, dass die besten Operations bedingungen bei einer Zuführungsgeschwindigkeit von 30-150 m/Minute (im Vergleich dazu beträgt die Zuführungsgeschwindigkeit bei normalem Strecken 10-20 m/Minute) und einer Temperatur von 20 bis 80 C (üblicherweise erfolgt das Strecken bei 80 bis 145 C, vorliegen, der Streckgrad liegt vorzugs weise im Bereich von 1<B>:2,5</B> bis 1 : 5,5. Die jeweilige höchstmögliche Geschwindigkeit bei einer bestimmten Strecktemperatur kann der Fachmann durch einfache Versuche ermitteln.
Die wirtschaftlichen Vorteile des erfindungs gemässen Verfahrens, die zur Hauptsache darin be stehen, dass ein völlig normaler Arbeitsgang benutzt wird, ohne dass spezielle und teure kostspielige Vor richtungen oder Verfahren benötigt werden, sind ohne weiteres ersichtlich.
Die nicht mehr in den Rahmen der Erfindung fallende Entwicklung der potentiellen Kräuselung der nach dem vorliegenden Verfahren erhaltenen Fäden, das heisst die überführung ihrer lediglich latenten Kräuselung in die manifeste, sichtbare Kräuselung, kann auf einfache Weise durch rasches Erhitzen be liebiger Art erfolgen.
Bei der Verwendung erfindungsgemäss hergestell ter Fäden kann man auch so vorgehen, dass nur ein Teil des Fadenmaterials durch Wärmebehandlung in gekräuselte Fäden übergeführt und diese dann mit Fäden bloss potentieller Kräuselung zusammengezwirnt werden, worauf das zusammengesetzte Garn dann einer Wärmebehandlung unterworfen wird; oder man kann die nach dem Verfahren erhaltenen, potentiell gekräuselten Fäden mit normalen End- losfäden fachen oder zusammenzwirnen und das dabei anfallende Garn dann unter hohen Tempe raturen einer Schrumpfungsbehandlung unterziehen.
Die nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen Fäden lassen sich unter Entwicklung der Kräuse lung zur Herstellung von voluminösen, weichen Textilwaren hoher Deckkraft und sehr guter Wärme- isolierfähigkeit verwenden, deren Herstellung nach den üblichen Verfahren erfolgt; z. B. also durch Weben oder Wirken. Im Falle von Geweben können erfindungsgemäss erhaltene Fäden sowohl für Kette und Schuss als auch bloss für das eine von beiden verwendet werden, wobei die Entwicklung der Kräu selung vor oder nach der Verarbeitung durchge führt werden kann.
Da die besonderen Vorteile des erfindungsgemäss hergestellten Garnes natürlich erst nach der nicht mehr in den Rahmen der Erfindung fallenden, son dern bei der Verwendung erfolgenden Entwicklung der Kräuselung feststellbar sind, muss der Vergleich zwischen normalem Polypropylen-Endlos- bzw. Stapel fasergarn und erfindungsgemäss erhaltenem Garn nach seiner Verwendung zur Herstellung von Kräusel- garn erfolgen. In der folgenden Tabelle werden die Eigenschaften eines solchen Garns denjenigen nor maler Polypropylengarne gegenübergestellt.
Die Be stimmung des Garnvolumens erfolgte durch Auf wickeln einer vorbestimmten und gleichen Menge der verschiedenen Garnarten unter konstanter Span nung auf Haspeln, worauf das Volumen geometrisch bestimmt wurde. Das Volumen wird in cm3/g aus gedrückt.
EMI0002.0022
Garnnummer <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Zwirnung <SEP> Volumen
<tb> Garntypus <SEP> den <SEP> g/den <SEP> Umdrehungen <SEP> pro <SEP> m <SEP> cm3/g
<tb> Endlosfasergarn <SEP> 430 <SEP> 4,5 <SEP> 200 <SEP> 1,93
<tb> Voluminös <SEP> gemachtes <SEP> 435 <SEP> 2,9 <SEP> 200 <SEP> 4,2
<tb> Endlosfasergarn
<tb> Stapelfasergarn <SEP> 432 <SEP> 1,5 <SEP> 200 <SEP> 4,0 Mit einem Instron-Dinamometer durchgeführte Versuche zeigten,
dass das unter Verwendung erfin dungsgemäss hergestellter Fäden erhaltene Kräusel, garn, wenn man es gleichartiger Deformationsbedin- gungen aussetzt, wie sie bei Textiloperationen auf treten, keine Veränderung weder in Form und Volu men noch in der Krümmungszahl pro Längeneinheit erleidet, und dass die Kräuselung permanent ist.
<I>Beispiel 1</I> Ein durch Schmelzspinnen erhaltenes 18 fädiges Garn aus kristallinem Polypropylen mit einer Grenz- viskosität von 0,9 (bestimmt in Tetrahydronaphthalin bei 135 C) wird auf einer warmen Platte (Platten temperatur 70 C) bei einer Einlaufgeschwindigkeit von 50 m/Minute im Verhältnis 1 : 4 gestreckt.
Für die Verwendung so erhaltenen Garns zur Herstellung eines Kräuselgarns kann man das Garn in Form eines Stranges in einen Autoklaven geben, in welchen Dampf von 120 C eingeleitet wird; es erfolgt sofort eine Schrumpfung des Garns, welches in charakteristischer Weise gekräuselt wird; die Be handlung ist in 5 Minuten beendet.
<I>Beispiel 2</I> Ein 18 fädiges Garn, erhalten durch Schmelz- spinnen von kristallinem Polypropylen mit einer Grenzviskosität von 1,1, wird auf einer auf 551>C erwärmten Platte im Verhältnis 1 : 3,5 gestreckt, bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 175 m/min. Das erfindungsgemässe Verfahren ist damit abgeschlossen.
Die Verwendung des so erhaltenen Garns zur Herstellung von Kräuselgarn kann beispielsweise so erfolgen, dass sechs Strähnen dieses Garns gefacht und mit 40 Umdrehungen pro Minute verzwirnt werden, worauf man das verzwirnte Garn in Strang form in einem Autoklaven während 5 Minuten auf eine Temperatur von 115 C bringt und dadurch ein sehr voluminöses Kräuselgarn erhält.
Zur Aufzeigung des Effektes, den man mit den gemäss vorstehenden Beispielen erhaltenen potentiell gekräuselten Garnen bei ihrer Verwendung zur Her stellung von Kräuselgarnen erzielen kann, sei erwähnt, dass ein unter Verwendung von Garn gemäss Bei spiel 1 erhaltenes Kräuselgarn von 60 den ein Volu men von 4,5 cm3/g aufweist, wogegen ein normales, ungekräuseltes, aber sonst gleiches Endlosfasergarn ein Volumen von 1,8 cm-/g einnimmt.
Das gemäss Beispiel 2 erhaltene und in einen Zwirn von 40 Um- drehungen/m übergeführte Garn besitzt ein Volumen von 2 em3/g, währenddem es nach der Entwicklung der Kräuselung ein Volumen von 4,1 cm3/g ein nimmt.
Wenn nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes potentiell gekräuseltes Garn mit einem Titer von 350 den aus Polypropylen einer Grenz- viskosität von 1,3 als Schuss für die Herstellung eines Gewebes mit nid-d'abeilles -Bindung verwendet wurde, wobei ein Endlosfasergarn aus gleichem Poly- propylen von 320 den als Kette diente, und das so erhaltene Gewebe in einem Autoklaven 5 Minuten lang auf 115 C erhitzt wurde, gelangte man zu einem weichen, sehr voluminösen Gewebe,
das eine Dicke (bestimmt gemäss ASTM D-76/49) von 1,05 mm, ein Gewicht von 231,6 g/m2 und ein Volumen von 4,55 em3/g aufwies, währenddem die entsprechenden Werte des Gewebes vor der Wärmebehandlung im Autoklaven mit 0,63 mm, 195 g/m2 und 3,00 cm3/g bestimmt wurden.
Process for the production of potentially crimped threads It is known that continuous fiber yarns made from synthetic polymers are not suitable for purposes where softness, lightness and high covering power are required; one is therefore dependent on the use of staple fiber yarns for such purposes. For this reason, the synthetic threads are often converted into staple fibers by cutting, which are then spun into yarns.
The benefit of a process which would make it possible to obtain yarns from continuous filaments with the properties of yarns made from staple fibers, while avoiding the operations of crimping and cutting and the long and expensive after-treatments, is obvious. However, the methods which have hitherto been used to increase the volume of continuous filament yarns have not produced completely satisfactory results.
Some of them are based on complicated operations, which make the process very expensive, while others, less complicated, lead to poor yarns in terms of bulkiness, which is not permanent, or in terms of mechanical properties, which have very low values, which often are practically the same as with undrawn yarns.
The purpose of the present invention is now to produce a yarn from synthetic continuous filaments which, when used, can develop a volume which equals or exceeds that of yarn made from staple fibers. Such potentially crimped continuous fiber yarns have a tensile strength which is significantly higher than that of yarns made from staple fibers.
The invention relates to a process for the production of potentially crimped threads from synthetic polymers by melt spinning and drawing, which can be crimped by brief heat treatment at a temperature of 50 C to the melting point of the polymer;
This process is characterized in that the undrawn threads obtained by melt spinning are drawn at a temperature of 20 to 80 ° C. and at the highest possible feed rate.
The invention is particularly applicable to yarns made from threads made from highly crystalline, high molecular weight polymers of α-olefins of the formula CH2 = CHR, in which R is an alkyl group, and in particular made from polypropylene.
The method according to the invention makes it possible to give the threads made of such high molecular weight polymers a potential crimp, which after development is irregularly distributed along the fiber, the curvatures being in different planes. Such crimps increase the volume, lightness and insulating capacity of the yarn, because they keep the threads apart, creating the necessary air gaps, and because they give the yarn a high degree of elasticity, because they stretch under tension and after the tension has stopped be able to regain their original shape.
In addition, the developed curl is permanent, as can be seen from the test results given later.
The decisive factors in the stretching operation are the speed and temperature at which the stretching takes place. In particular, it is important to work at the highest possible feed speed and a relatively low temperature, that is of course at the maximum speed which is permissible for each temperature due to the mechanical strength of the threads.
One property of the process according to the invention is that when the crimp is not stressed, the orientation of the crystals in the fiber is not destroyed, which is why a yarn with the high tensile strength characteristic of oriented crystalline yarns is produced after development. In contrast to this, in other methods, which are based on strong shrinkage, the orientation of the yarn is largely destroyed, so that the yarn in its final state has a tensile strength of the same order of magnitude as unstretched yarn.
It has been found that the best operating conditions are at a feed speed of 30-150 m / minute (compared to this, the feed speed for normal stretching is 10-20 m / minute) and a temperature of 20 to 80 ° C (stretching usually takes place at 80 to 145 ° C., the degree of stretching is preferably in the range from 1: 2.5 to 1: 5.5. The person skilled in the art can determine the respective highest possible speed at a certain stretching temperature through simple experiments.
The economic advantages of the fiction, according to the method, which are mainly the fact that a completely normal operation is used without special and expensive expensive devices or methods are needed, are readily apparent.
The development of the potential crimp of the threads obtained by the present process, which is no longer within the scope of the invention, that is, the conversion of their merely latent crimp into the manifest, visible crimp, can be done in a simple manner by rapid heating of any kind.
When using threads produced according to the invention one can also proceed in such a way that only part of the thread material is converted into crimped threads by heat treatment and these are then twisted together with threads of merely potential crimp, whereupon the assembled thread is then subjected to a heat treatment; or the potentially crimped threads obtained by the process can be ply or twisted together with normal continuous threads and the resulting yarn can then be subjected to a shrinkage treatment at high temperatures.
The threads obtained by the process of the invention can be used, with the development of crimping, for the production of voluminous, soft textile goods with high covering power and very good thermal insulation properties, which are produced according to the customary processes; z. B. So by weaving or knitting. In the case of woven fabrics, threads obtained according to the invention can be used both for warp and weft and just for one of the two, whereby the development of the crimp can be carried out before or after processing.
Since the particular advantages of the yarn produced according to the invention can of course only be determined after the crimp develops, which no longer falls within the scope of the invention, but instead develops during use, the comparison between normal polypropylene continuous or staple fiber yarn and yarn obtained according to the invention must be made after it has been used to produce crimped yarn. In the following table, the properties of such a yarn are compared with those of normal polypropylene yarns.
The yarn volume was determined by winding a predetermined and equal amount of the different types of yarn under constant tension on reels, whereupon the volume was determined geometrically. The volume is expressed in cm3 / g.
EMI0002.0022
Yarn number <SEP> tensile strength <SEP> twist <SEP> volume
<tb> Yarn type <SEP> the <SEP> g / the <SEP> turns <SEP> per <SEP> m <SEP> cm3 / g
<tb> Continuous fiber yarn <SEP> 430 <SEP> 4.5 <SEP> 200 <SEP> 1.93
<tb> Voluminous <SEP> made <SEP> 435 <SEP> 2.9 <SEP> 200 <SEP> 4.2
<tb> continuous fiber yarn
<tb> Staple fiber yarn <SEP> 432 <SEP> 1.5 <SEP> 200 <SEP> 4.0 Tests carried out with an Instron dinamometer showed
that the crimp obtained using threads produced according to the invention, when exposed to the same deformation conditions as occur in textile operations, does not change either in shape or volume or in the number of curvatures per unit of length, and that the crimp is permanent is.
<I> Example 1 </I> An 18-filament yarn made of crystalline polypropylene with an intrinsic viscosity of 0.9 (determined in tetrahydronaphthalene at 135 ° C.), obtained by melt spinning, is placed on a warm plate (plate temperature 70 ° C.) at an infeed speed stretched at a ratio of 1: 4 at 50 m / minute.
To use the yarn obtained in this way to produce a crimped yarn, the yarn can be placed in the form of a strand in an autoclave, into which steam at 120 ° C. is introduced; there is an immediate shrinkage of the yarn, which is crimped in a characteristic manner; the treatment is over in 5 minutes.
<I> Example 2 </I> An 18-filament yarn, obtained by melt-spinning crystalline polypropylene with an intrinsic viscosity of 1.1, is stretched on a plate heated to 551 ° C. in a ratio of 1: 3.5, with a Take-off speed of 175 m / min. The method according to the invention is thus concluded.
The yarn thus obtained can be used for the production of crimped yarn, for example, in such a way that six strands of this yarn are plied and twisted at 40 revolutions per minute, whereupon the twisted yarn in strand form in an autoclave at a temperature of 115 ° C. for 5 minutes brings and thereby receives a very voluminous crimped yarn.
To demonstrate the effect that can be achieved with the potentially crimped yarns obtained according to the preceding examples when they are used to manufacture crimped yarns, it should be mentioned that a crimped yarn of 60 denier obtained using yarn according to Example 1 has a volume of 4 , 5 cm3 / g, whereas a normal, non-crimped, but otherwise identical continuous fiber yarn has a volume of 1.8 cm- / g.
The yarn obtained according to Example 2 and converted into a thread of 40 turns / m has a volume of 2 cm3 / g, while after the crimp has developed it has a volume of 4.1 cm3 / g.
If potentially crimped yarn with a titer of 350 denier made from polypropylene with an intrinsic viscosity of 1.3 and produced by the process according to the invention was used as a weft for the production of a fabric with a nid-d'abeilles weave, a continuous fiber yarn made of the same poly propylene of 320 den served as a chain, and the fabric obtained in this way was heated in an autoclave at 115 C for 5 minutes, a soft, very voluminous fabric was obtained,
which had a thickness (determined according to ASTM D-76/49) of 1.05 mm, a weight of 231.6 g / m2 and a volume of 4.55 em3 / g, while the corresponding values of the fabric before the heat treatment im Autoclaves with 0.63 mm, 195 g / m2 and 3.00 cm3 / g were determined.