Verfahren zur Herstellung von potentiell elastischen Zweikomponenten-Fasern sowie deren Verwendung zur Herstellung potentiell elastischer Textilmaterialien Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung von potentiell elastischen Zwei komponenten-Fasern sowie auf deren Verwendung zur Herstellung potentiell elastischer Textilmaterialien.
Die Erfindung bezieht sich somit auf potentiell elastische Stapel- und Endlosfasern. Unter die Erfin dung fallen auch gemischte Stapelfaser- und Endlosfaser- garne sowie Nonwovens, Gewebe und Gewirke, welche sich nach konventionellen Verfahren und unter Ver wendung üblicher Einrichtungen herstellen lassen.
Unter Verwendung von Stapelfasermischungen aus Elastomerfasern und Hartfasern hergestellte Textilma terialien sind bereits bekannt. Die Verarbeitung derarti ger Fasergemische erfordert jedoch fast in jeder Phase der Verarbeitung zu Textilmaterialien spezielle Ver fahren und Einrichtungen. Wenn Textilmaterialien aus solchen Fasergemischen wiederholter Dehnung unter worfen werden, zeigen die elastischen Fasern überdies die Tendenz, sich an deren Enden herauszuarbeiten. Bei wiederholter Streckung und Entspannung verändert sich demgemäss die gegenseitige Anordnung der Elasto mer- und der Hartfasern, so dass das Textilmaterial in bezug auf seine Textur und Elastizität eine erhebliche Einbusse erleidet.
Andere Bemühungen zur Herstellung von elastischen Fasern beruhten auf dem Verspinnen von endlosen Zweikomponentenfasern, welche sich dann vollständig in die individuellen Elastomer- und Hart faserkomponenten auftrennen und so ein Endlosfaser- garn liefern, in welchem separate unelastische Endlos fasern, die im wesentlichen gradlinigen elastischen Fa sern in regellos zufälligen Windungen umschlingen. Die in der Fachliteratur beschriebenen endlosen Zweikom- ponentenfasern sind mit dem Nachteil behaftet, dass sie beim Strecken zur Aufspaltung in ihre elastischen bzw. unelastischen Komponenten neigen.
Die Folgen einer solchen Aufspaltung bestehen in Verarbeitungsschwie rigkeiten und Wanderungsbewegungen der Elastomer- Endlosfasern. Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von potentiell elastischen Zweikomponentenfasern, welche ein hohes potentielles elastisches Dehn- und Bausehver mögen aufweisen und sich unter Anwendung herkömm licher Verarbeitungsprozesse und Einrichtungen in Tex tilmaterialien überführen lassen, die vorstehend beschrie benen Nachteile nicht aufweisen und mit anderen, in der Textilindustrie üblicherweise verwendeten, nicht elastischen Fasern, gemischt und verarbeitet werden können.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass ein Strom, welcher zwei verschiedene Polymere in flüs siger, geschichteter Form enthält, zu einem Zweikom- ponentenfilament extrudiert und dieses koaguliert, ge waschen, anschliessend um mindestens das 2fache seiner ursprünglichen Länge verstreckt und dann in gespann tem Zustand getrocknet wird.
Dies erfolgt durch Erzeugung eines laminaren Flüs sigkeitsstroms, welcher aus aufeinanderliegenden Schich ten von zwei verschiedenen synthetischen faserbildenden Polymeren besteht, deren eines ein synthetisches elasto- meres Polymer und das andere ein nichtelastomeres, d. h. ein Hartpolymer ist. Jede Polymerschicht weist dabei mindestens eine gemeinsame Grenzfläche mit der Schicht des anderen Polymers auf.
Der Polymerstrom wird dann durch die Düsenöffnung einer herkömmlichen Spinndüse ausgepresst und so zu einer zusammenge setzten, d. h. einer Zweikomponenten-Struktur verspon nen, in welcher die endlosen Polymerkomponenten durchgehend Seite an Seite angeordnet sind. Diese Struktur besitzt die Eigenschaft, dass sie bei einer späteren Behandlung mit einem heissen wässrigen Me dium in spannungslosem Zustand 25-75 ö der zusam mengesetzten Zweikomponentenstruktur dauernd beibe hält.
Stapelfaser- und Endlosfasergarne der beschriebe nen Faserstrukturen können mit anderen Stapelfaser- oder Endlosfasergarnen gemischt und zu Textilmate- rialien verarbeitet werden. Beim Verspinnen bildet sich eine potentiell elastische zusammengesetzte Faser, welche eine potentiell elastomere und eine nichtelasto- mere oder Hartfaser-Komponente aufweist.
Fig. 1 der Zeichnung veranschaulicht nach dem be schriebenen Verfahren hergestellte, zusammengesetzte Fasern in Seite-an-Seite-Anordnung der potentiell ela stischen und der nichtelastischen Komponente, wobei der Zusammenhalt der Komponenten über die gesamte Faserlänge hinweg eine einheitliche Beschaffenheit auf weist.
Die Faser ist praktisch geradlinig und nichtelastisch und zeigt die Charakteristik einer ausschliesslich aus einem unelastischen Polymer gesponnenen Faser. Es hat sich gezeigt, dass die Faser in der beim Spinnen anfallen den Form in einem heissen Medium wie beispielsweise Dampf oder kochendem Wasser verstreckt und unter Spannung abgekühlt werden kann, ohne dass eine Ruf trennung in die Komponenten und eine Entwicklung ihrer potentiell elastischen Eigenschaften auftritt.
Nach der Koagulation kann die frischgesponnene Faser zur Entfernung von Lösungsmittelspuren gewa schen, nach dem Verstrecken mit einem üblichen Fi nish versehen und nach dem Trocknen auf Spulen auf gewickelt werden. Während der gesamten primären Ver arbeitungsstufen scheint keine Tendenz zur Aufspaltung der potentiell elastischen und der nichtelastischen Kom ponente aufzutreten.
Eine Zweikomponentenfaser, wel che aus einem geschichteten Strom hochviskoser Flüssigkeiten, beispielsweise einer Acryl- und einer Elastomer-Komponente gesponnen wurde, zeigt näm lich die allgemeine Charakteristik einer reinen Acryl- faser. Nach der durch Verstrecken herbeigeführten Orientierung kann sie zur Entwicklung einer elastischen partiellen Mehrkomponenten-Struktur in spannungslo sem Zustand in einem heissen Medium behandelt wer den. Mischungen der frischgesponnenen Fasern mit an dern Fasern werden weiter unten noch eingehender be schrieben.
Der flüssige zweischichtige Polymerstrom kann er zeugt werden in einer Plattenmischer-Vorrichtung, wie sie in der schweizerischen Patentschrift Nr. 396 299 beschrieben wird. Die Plattenmischer-Vorrichtung weist zwei Eintrittsöffnungen auf, durch welche separate Ströme von elastischem und hartem Polymer einge- presst werden, sowie eine Mehrzahl von Platten, zwi schen denen die Polymerströme hindurchfliessen.
Die mehrfach alternierenden Platten weisen Passagen auf, durch welche Portionen beispielsweise des Hartpolymers in einer begrenzten Zone dem Hauptstrom zugeführt werden, welche auf die Innenfläche der Spinndüse mün det. Von einer Mehrzahl anderer alternierender Platten werden Portionen des andern Polymerstroms in den gleichen Hauptstrom hineingeleitet, so dass jede der alternierenden Platten die Zufuhrquelle einer andern Polymerlösung zum Hauptstrom bildet.
Der Hauptstrom wird gebildet durch diejenige Polymer-Portion, welche von der ersten Platte geliefert wird, und nimmt eine Schichtform an, da die nächste und die nachfolgenden Platten je zusätzliche Portionen der andern Polymer lösung liefern. Die Anzahl der alternierenden Polymer schichten wird bestimmt durch die Anzahl der in der Vorrichtung vorhandenen Platten.
Wenn der Haupt strom die endständige Platte der Mischvorrichtung pas siert hat, nähert er sich der Spinndüsen-Innenfläche über eine begrenzte Passage und hat in diesem Stadium einen Querschnitt, wie er in Fig. 2 dargestellt ist,
wobei jede Polymerschicht mindestens eine gemeinsame Grenz- fläche mit einer Schicht des andern Polymers aufweist. Die in einer Plattenmischvorrichtung gebildete Laminar- form des flüssigen Polymerstroms wurde an verschiede nen Punkten zwischen der endständigen Mischer-Platte und der Innenfläche der Spinndüse sowohl durch Ein frieren als auch durch Koagulation des Hauptstrom- Querschnittes nachgewiesen,
wobei eine der in Schicht form vorliegenden Polymerlösungen eine Kontrastfarbe enthielt. Bis dahin sind Zweikomponentenfasern unter Verwendung einer Zwillings-Spinndüse hergestellt wor den, in welcher die verschiedenen Spinnlösungen ge trennt bleiben, bis sie zur Spinnplatten-Innenfläche ge langen, wo dann beide Lösungen je durch eine ge meinsame Spinndüsenöffnung ausgepresst werden.
Das Zwillingsspinnen dieser Art ist kostspielig, umständlich und störanfällig und zudem aus praktischen Gründen auf die Herstellung dünner Faserbündel mit in der Regel weniger als etwa 500 Einzelfasern auf je eine Zwillingsspinndüse beschränkt. Die Polymer-La- minar-Ströme des beschriebenen Verfahrens sind durch die Bohrungen konventioneller Spinndüsen zu Faser bündeln von 15 bis beispielsweise über 20 000 Fasern pro Spinndüse versponnen worden.
Mit den aus alter nierenden Schichten von elastischen und nichtelastischen Polymeren bestehenden Laminarströmen verfügt man demgemäss über ein Mittel, mit dem sich die Produk tion in einem Ausmass erhöhen und zugleich vereinfa chen lässt, wie dies beim Spinnen potentiell elastischer Zweikomponenten-Endlosfasern bis dahin nicht in Be tracht fallen konnte.
Nach dem beschriebenen Verfahren können Fasern mit einem Titer im Bereich von etwa 2 bis 20 den ge sponnen werden. Der jeweils zu wählende Titer sowie auch die Anzahl der im Faserbündel vorhandenen Ein zelfasern hängt selbstverständlich vom vorgesehenen Verwendungszweck ab.
Der Polymer-Laminarstrom wird normalerweise in seiner Musterung der geometrischen Anordnung der Öffnungen der jeweils benützten Spinndüse angepasst. Als Richtlinie kann gelten, dass bei Verwendung von Spinndüsen mit in mehreren konzentrischen Kreisen angeordneten Düsenöffnungen ein mehrschichtiger, la- minarer Spinnlösungsstrom zur Anwendung gelangen soll,
dessen Schichtenzahl doppelt so gross ist wie die Anzahl der Düsenöffnungskreise. Eine genaue über- einstimmung der Anzahl der Spinnlösungsschichten mit der geometrischen Anordnung der Spinndüsenöffnungen ist jedoch nicht erforderlich, sofern die Zweikomponen- ten-Endlosfasern in einer wahllosen Verteilung ausge sponnen werden. Dementsprechend kann in besonderen Fällen durch Erhöhung oder Verminderung der Plat tenzahl in der Mischvorrichtung auch eine andere Muste rung herbeigeführt werden.
Bei der Bereitstellung der beim beschriebenen Ver fahren zu verwendenden Polymere ist darauf zu achten, dass das für das eine Polymer benützte Lösungsmittel keine Koagulierung des andern Polymers bewirkt. Im übrigen können die konventionellen Polymerlösungen unter Benützung des gleichen Lösungsmittels oder von untereinander mischbaren Lösungsmitteln verwendet werden. Wenn beispielsweise ein Acryl-Polymer ver wendet wird, kann für die Herstellung beider Spinn lösungen, d. h. der elastischen und der nichtelastischen Komponente, Dimethylacetamid als Lösungsmittel be nützt werden.
Anderseits kann man auch unterschied liche Lösungsmittel wie beispielsweise Dimethylacetamid und Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxyd verwen den. Die Wahl geeigneter Lösungsmittel hängt im Ein zelfall von der Art des betreffenden Hartpolymers und des elastischen Polymers ab und bereitet dem Fach mann keine Schwierigkeiten. Gewünschtenfalls können auch unterschiedliche Spinnbedingungen zur Anwendung gelangen.
Beispielsweise kann eine Spandex-Kompo- nente durch Schmelzspinnen und die harte Komponente durch Trockenspinnen zu einer Zweikomponentenfaser versponnen werden.
Die Koagulierung der ausgesponnen Zweikomponen- ten-Endlosfasern lässt sich mit den beim Nass- oder Trockenspinnen üblichen Mitteln bewerkstelligen und hängt davon ab, was für eine Methode im jeweiligen Fall für die betreffende Zweikomponenten-Faser am be sten geeignet ist sowie auch von der Anzahl der ge sponnenen Einzelfasern, von der Spinngeschwindigkeit und den andern Faktoren, deren Berücksichtigung dem Fachmann selbstverständlich ist.
Wenn beispielsweise die Faser eine Acryl-Komponente enthält, kann sie in ein Bad ausgesponnen werden, welches bis zu 80 % des Lösungsmittels enthält oder aber aus Polyäthylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 1000 besteht. Es hat sich gezeigt, dass beim Spinnen elastisch/unela- stischer Zweikomponenten-Fasern, besonders im Falle von Filamentbündeln oder hochtitrigen Monofilamenten eine ausgeprägte Tendenz zum Zusammenkleben auftritt.
Man hat daher mit Sorgfalt auf eine vollständige Koagu- lierung zu achten, worauf die restlichen Lösungsmittel durch einen Waschvorgang entfernt werden. Nach dem Waschen unterzieht man die koagulierten Fasern einer der Orientierung dienenden Verstreckung auf die zwei bis sechsfache Länge der gewaschenen Faser. Nach dem Verstrecken kann die Faser gewünschtenfalls einem Waschprozess mit Wasser unterworfen werden.
Es hat sich als in hohem Masse zweckmässig erwie sen, die Fasern mit einem Gleitmittel bzw. einem Finish vom Typ der in der kanadischen Patentschrift Num mer 573 234 beschriebenen Präparation zu behandeln. Die Applikation von etwa 2 % einer solchen Finish- Zusammensetzung macht die Fasern nicht nur gleitend, sondern verleiht ihnen auch einen weichen Griff und antistatische Eigenschaften. Vor dem Aufspulen wer den die Fasern durch überleitung über eine heisse Walze oder auf andere Weise getrocknet.
Es hat sich heraus gestellt, dass die Tendenz zum Zusammenkleben der ein zelnen Zweikomponentenfasern in erheblichem Masse zurückgeht, wenn sie unter Spannung in zwei Phasen getrocknet werden, wobei vorzugsweise die erste Stufe bei einer Temperatur von etwa 75 bis 110 C und die unmittelbar darauffolgende zweite Stufe bei ungefähr 115 bis 145 C erfolgt. Die getrockneten, üblicher weise als Multifilament-Kabel vorliegenden Fasern wer den dann beispielsweise zur Speicherung für die weitere Verwendung aufgespult.
Aus dem Vorangegangenen ergibt sich, dass die Nachbehandlung der frischgesponnenen Faser, wie sie oben beschrieben wurde, durchaus der konventionellen Behandlung entspricht, wenn man von der einen Aus nahme des zweistufigen Trocknens zur Verminderung des Zusammenklebens der individuellen Zweikompo- nenten-Fasern absieht. Immerhin sind angesichts der potentiellen Elastizität der Fasern Vorsichtsmassnahmen am Platze, damit diese dabei nicht Bedingungen ausge setzt werden, welche schon bei der beschriebenen Nach behandlung eine vorzeitige Entwicklung der Elastizität auslösen könnten.
Obwohl die Verteilung des harten und des potentiell elastischen Anteils in einem nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Multifilament-Bündel genau den Mengenanteilen der der Plattenmisch-Vorrichtung zu gelieferten harten bzw. elastischen Polymere entspricht, liegt innerhalb eines gegebenen Faserbündels von Faser zu Faser eine wahllose Gewichtsverteilung und räum liche Anordnung der Komponenten vor.
Diese wahl lose Verteilung und räumliche Anordnung der potentiell elastischen und der harten Polymerkomponente bilden einen Gegensatz zur einheitlichen Komponentenvertei- lungs-Charakteristik bei Anwendung der konventionel len Zwillingsdüsen-Spinntechnik ab.
Zur Erzielung eines potentiell elastischen Multifilament-Bündels sollte der gesamte Gehalt an elastischem Polymer etwa 5 bis 70 % Gewichtsprozent des gesamten Polymergehaltes betra gen, wobei das elastische Polymer mit Vorteil in Kon zentrationen von etwa 25 bis 35 % des gesamten Poly- mergewichts eingesetzt wird.
Ungeachtet der wahllosen Gewichtsverteilung des elastischen und des harten Poly- mers in den Fasern eines Multifilament-Bündels enthält jedoch eine grosse Zahl der Fasern eine Gewichtsvertei lung, welche der Gesamt-Gewichtsverteilung ziemlich nahekommt, so dass das Gesamt-Gewichtsverhältnis seine Bedeutung trotz der breiten Streuung im Gewichts verhältnis von Faser zu Faser nicht verliert.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Grenz- fläche zwischen den Polymerkomponenten von nach dem beschriebenen Verfahren gesponnenen Fasern un regelmässig ist, wie dies in der Fig. 3 veranschaulicht wird.
Obwohl nicht beabsichtigt wird, das beschriebene Verfahren auf irgendeine spezielle Theorie über dessen Wirkungsweise abzustützen oder durch eine solche ein zuschränken, liegt die Vermutung vor, dass die perma nenten, sich wiederholenden, verschmolzenen Segmente, welche in der Faser nachgewiesen werden können, min destens teilweise aus dem sich wiederholenden Einfluss der alternierenden Polymerlösungen beim Vorbeifliessen des Hauptstromes an der Vielzahl von Platten in der Mischvorrichtung in Verbindung mit einer nahezu inter- mittierenden Vermischung bzw.
Verschmelzung der ver schiedenen Polymerspinnlösungen an ihren gemeinsamen Grenzflächen vor der Erreichung der Spinnplatten Innenseite resultieren können. Theorien über die Spinn lösungsstruktur als Ursache für die nach der Ent wicklung der potentiellen Elastizität einzigartige Struk tur der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Fasern wurden ebenfalls in Betracht gezogen, da unter Verwendung eines konventionellen Zwillings-Spinnsy- stems hergestellte und im übrigen unter identischen Be dingungen wie oben beschrieben nachbehandelte Zwei komponentenfasern keinerlei Befähigungen zeigen,
auf die Dauer eine teilweise verschmolzene Struktur bei zubehalten, sondern im Gegenteil dazu neigen, schon bei der Verstreckung sich über die gesamte Faserlänge hinweg in ihre Komponenten aufzuspalten.
Wie bereits ausgeführt wurde, zeigen die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Fasern die Cha rakteristik einer ausschliesslich aus dem harten Polymer gesponnenen Faser. Sie weisen praktisch keine reversible Dehnbarkeit auf und sind nicht gekräuselt. Wie im Falle konventioneller Hartfasern ist es oft er wünscht, ihnen zwecks besserer Verarbeitbarkeit in einem gewissen Ausmass eine mechanische Kräuselung zu erteilen. Die beim Spinnen anfallenden Fasern lassen sich ohne Schwierigkeiten durch konventionelle Schneid prozesse in Stapelfasern überführen.
Die geradlinigen oder mechanisch gekräuselten, po tentiell elastischen Zweikomponenten-Stapelfasern kann man ohne Schwierigkeit mit konventionellen Textil fasern, wie beispielsweise solchen aus Acrylpolymeren, Nylon, Polyester, Regeneratcellulose, Baumwolle, Wolle usw., mischen, um den aus solchen Fasermischungen hergestellten Textilerzeugnissen ein elastisches Potential zu verleihen. Der zuzumischende Anteil der neuartigen Stapelfaser hängt natürlich vom Streckpotential der Zweikomponentenfaser sowie auch vom gewünschten Dehnbarkeitsgrad im fertigen Textilmaterial ab.
Bei spielsweise kann ein Stretch-Gewebe für ein Kleidungs stück, bei welchem eine reversible Dehnbarkeit von 30 bis 35 % verlangt wird, aus einem Garn gewoben wer den, welches in Mischung etwa 30 Gewichtsprozent der beim Spinnen anfallenden Stapelfaser, bei deren Her stellung die Bedingungen so gewählt wurden, dass bei der Entwicklung eine etwa 50prozentige Komponenten trennung eintritt, sowie etwa 70 Gewichtsprozent einer aus einem Acrylnitril-Copolymer hergestellten Faser enthält.
Für die Gewebe-Herstellung kann die potentiell elastische Faser sowohl als Kette wie auch als Schuss oder auch als Kette und Schuss, in je nach der Art und dem Grad der in jeder Richtung gewünschten Dehnbar keit, in gleichen oder unterschiedlichen Mischverhält nissen verwendet werden.
Die Verwendbarkeit der neuartigen Fasern erstreckt sich auf Gewebe wie auch auf Gewirke und Nonwovens. Die in bezug auf Polymere, Fasern und Faser komponenten hierverwendeten Ausdrücke hart , un elastisch und elastomer sollen in der in der Fach welt anerkannten Bedeutung verstanden werden, wie sie in der amerikanischen Patentschrift Nr. 3<B>111805</B> dar gelegt ist.
Dabei wird z. B. eine harte Faser definiert als eine Faser, welche weniger als 10 % reversible Dehnbar keit besitzt, wogegen der Begriff einer elastischen Faser auf solche Fasern Anwendung findet, welche mehr als 75 % elastische Dehnbarkeit aufweisen. Demgemäss können im beschriebenen Verfahren die Hartfaserkom- ponenten aus den konventionellen unelastischen, syn thetischen, faserbildenden Polymeren ausgewählt wer den, von denen hier die Kondensationspolymere in der Art von Polyamiden, Polyestern, Polyesteramiden,
Poly- urethanen und Polyharnstoffen und die Additionspoly mere in der Art von Polyolefinen, Polyäthern und Acryl- nitril-Polymeren genannt sein sollen, deren Verwendbar keit für die Herstellung von Textilfasern allgemein be kannt ist.
Besonders vorteilhaft sind Copolymere aus mindestens 85 % Acrylnitril und bis zur 15 % olefini- schen Comonomeren wie beispielsweise Vinylacetat, Vinylpyridin, Vinylbenzolsulfonsäuren, Methylacrylat, Methylmethacrylat, Vinylchlorid, Vinylbromid und der gleichen.
Die zur Verwendung als elastische Kompo nente besonders vorteilhaften elastischen Polymere gehö ren dem Spandex-Typ an; dieses Material ist dem Fach mann bekannt und findet sich beispielsweise beschrieben in den amerikanischen Patentschriften Nrn. 3 097 192, 3 115 384 und 3<B>111805.</B> Andere, zweckmässig ver wendbare, elastische Polymere können ausgewählt wer den unter den Acrylat-Elastomeren oder den syntheti schen Polymeren des Kautschuk-Typs, wie sie allgemein bekannt sind.
Die Wahl der für die harte und die elastische Kom ponenten bestimmten Polymere kann getroffen werden aufgrund der physikalischen Eigenschaften der daraus gebildeten Fasern. Obwohl somit also für die Herstel lung der Fasern eine breite Vielfalt von harten und ela stischen Polymeren in Betracht kommt, wird indessen vorzugsweise von der Spandex/Acryl-Kombination Ge brauch gemacht, da diese bekanntlich eine hervor ragende Faserbildungs-Charakteristik aufweist.
Mit den folgenden Beispielen sollen verschiedene spezielle Ausführungsformen des beschriebenen Verfah rens veranschaulicht werden. Die Angabe von Teilen und Prozenten ist bei Fehlen anderweitiger Hinweise stets gewichtsmässig zu verstehen.
<I>Beispiel 1</I> Ein im folgenden als Elastomer A bezeichnetes Spandex-Elastomer wurde beispielsweise in einem zwei stufigen Prozess hergestellt, wobei man zunächst durch Umsetzung von 254 Teilen Methylendiphenyl-diisocya- nat in 416 Teilen Dimethylformamid (DMF) als Lö sungsmittel mit 1000 Teilen eines Copolyesterdiols re agieren liess,
welches aus einer Mischung von 80 Caprolacton und 20 % Methylcaprolacton erhalten wor den war und ein Molekulargewicht von etwa 2000 auf wies. Das Mol-Verhältnis des Diisocyanats zum Diol be trug dabei 2 : 1.
Man erhielt so vorerst ein Isocyanat- Endgruppen aufweisendes Vorpolymer-Kondensations- produkt. Dieses in Lösung befindliche Vorpolymer wurde einer Lösung von<B>11,9</B> Teilen Hydrazinhydrat in 1750 Teilen DMF zugegeben, wobei sich eine Lösung des Elastomers A mit einer Viskosität von 10 600 cps/ 2511 C bildete.
Ein beispielsweise durch Polymerisation von 93 Tei len Acrylnitril und 7 Teilen Vinylacetat in Gegenwart eines Redox-Katalysators hergestelltes Copolymer wurde in Dimethylacetamid (DMAc) aufgelöst, so dass sich eine 25 % ige Lösung des Copolymers bildete.
Diese Copolymerlösung und die Lösung des Elastomers A wurden mittels Zenith-Pumpen einer Plattenmischer Vorrichtung in der Weise zudosiert, dass pro zugeführ ten Teil Elastomer A drei Teile Copolymer in die Vor richtung eingeleitet wurden. An der endständigen Platte der Plattenmisch-Vorrichtung bestand der Polymerlö- sungs-Hauptstrom aus 18 Schichten Acry1nitril-Copoly- mer, die je durch eine Schicht der Lösung des Ela stomers A voneinander getrennt waren.
Der laminare Hauptstrom wurde in eine Spinndüse mit 1000 Düsen öffnungen von je 0,089 mm Durchmesser gepresst und in ein Koagulationsbad ausgesponnen, in welchem die Fasern in 40 % DMAc enthaltendem Wasser von 35 C zum Erstarren gebracht wurden. Das koagulierte Faser bündel wurde gewaschen, zur Orientierung in kochen dem Wasser auf die vierfache Länge verstreckt, erneut gewaschen und dann durch ein Finish-Bad hindurch geführt. Die verstreckte Faser wurde anschliessend un ten Spannung auf dampfbeheizten Walzen bei 120 C getrocknet und aufgespult.
Das aus 1000 Einzelfasern von je 3 den bestehende Faserkabel setzte sich als Ganzes aus 75 % Hartpolymer und 25 % Elastomer zusammen; es war in der beim Spinnen anfallenden Form ganz ähnlich wie eine nor male Acrylfaser geradlinig und nichtelastisch und wies folgende physikalischen Eigenschaften auf: Reissfestig keit 1,9 g/den; Bruchdehnung 11-12 %.
Einer Menge von 11,3 kg des frischgesponnenen Kabels wurde eine leichte mechanische Kräuselung er teilt, worauf das Kabel in einer schnellaufenden Rota tionsschneidmaschine in Stapel von 8,9 cm Länge zer- schnitten wurde. Dieses Vorgehen war mit keinerlei Schwierigkeiten verbunden und lieferte Stapelfasern gleichmässiger Länge, welche keine vorzeitige Aufspal tung in die Spandex- und die Acrylkomponente zeigten und sich für die Verarbeitung zu einem Stapelfaser- Garn eigneten.
Die als Stapel vorliegende Zweikomponentenfaser wurde kombiniert mit einer Stapelfaser aus einem Co- polymer von Acrylnitril und Vinylacetat mit einem Einzelfilamenttiter von 3 den (Gewichtsverhältnis Zwei- komponentenfaser/Copolymerfaser 30 : 70), so dass sich ein 7,5 % elastomeres Polymer enthaltendes Faserge misch ergab. Das Fasergemisch wurde dann auf kon ventionelle Weise in ein Kammgarn überführt.
Die Ver- arbeitbarkeit war in allen Prozess-Stufen zufriedenstel lend, ohne dass die übliche, für reine Acrylfasern be nützte Arbeitsweise und Einrichtung irgend einer Mo difikation bedurft hätten.
Die Eigenschaften der erhaltenen Kammgarne sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Die Garne wiesen die konventionelle Beschaffenheit und Eigen schaften-Charakteristik auf.
EMI0005.0021
<I>Tabelle</I>
<tb> Stapelfaser-Garne
<tb> Eigenschaften <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb> Kammgarntiter <SEP> TEX <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 20
<tb> Dehnung, <SEP> t/m <SEP> 709 <SEP> 551 <SEP> 512
<tb> Reissfestigkeit, <SEP> g/den <SEP> 1,0 <SEP> 1,1 <SEP> 1,1
<tb> Bruchdehnung, <SEP> % <SEP> 11,0 <SEP> 11,1 <SEP> 11,4 Die in Tabelle beschriebenen Garne wurden zur Herstellung von Geweben und Gewirken verschiedener Art verwendet.
Ein 2-1-Körpergewebe wurde hergestellt unter Ver wendung von Garn 1 als Kette und Garn 2 als Schuss mit Fadenzahlen auf dem Webstuhl von 16 Kett- und 12 Schussfäden pro cm. Dieses Rohgewebe war bei der Abnahme vom Webstuhl nicht elastisch.
Ferner wurde unter Verwendung der Garne 1 und 2 als Kette bzw. Schuss ein Gewebe mit Leinwandbindung mit einer Fadenzahl ab Webstuhl von 16 Kett- und 23,5 Schussfäden pro cm hergestellt. Wie im Falle des Körpergewebes wies das vom Stuhl abgenommene Roh gewebe keine elastische Dehnbarkeit auf.
<I>Beispiel 2</I> Ein im folgenden als Elastomer B bezeichnetes Spandex-Elastomer wurde beispielsweise in einem zwei stufigen Verfahren hergestellt durch Umsetzung von 254 Teilen Methylendiphenyl-Diisocyanat in 416 Teilen DMAc mit 1000 Teilen eines aus einem Gemisch von 80 % Caprolacton und 20 % Methylcaprolacton erhalte nen Copolyester-Diols mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 und unter Einhaltung eines Molverhältnisses Düsocyanat zu Diol von 2 :
1, so dass sich Isocyanat- Endgruppen aufweisendes Vorpolymer-Kondensations- produkt bildete. Aus der so erhaltenen Lösung erhielt man auch Reaktion mit 31,8 Teilen Carbodihydrazid in 2490 Teilen DMAc eine Lösung des Elastomers B mit einer Viskosität von 85 000 cps bei 25 C.
Die Lösung des Elastomers B wurde dann zusam men mit der Lösung des Copolymers von Beispiel 1 nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren ver- sponnen und weiterbehandelt, wobei ein einstufiger Trocknungsprozess zur Anwendung kam.
Zwecks Ver gleich mit der Wirkung eines zweistufigen Trock- nungsprozesses wurde daneben eine Portion der laminar strukturierten Polymer-Spinnlösung versponnen, wobei die erhaltenen Fasern wie in Beispiel 1 bis zum Aufbringen des Finish weiterbehandelt, zur Trocknung dann aber zunächst unter Spannung über einen ersten Satz dampfbeheizter Walzen von 90 C und anschlie ssend über einen zweiten Satz von auf 130 C erhitzten Walzen geführt wurden.
Dabei zeigte sich, dass das im zweistufigen Prozess getrocknete Faserkabel bedeutend weniger gegenseitig verklebte Fasern aufwies als das einstufig getrocknete Kabel. Proben von nach der vor teilhaften Variante dieses Beispiels erhaltenen Fasern zeigten eine Reissfestigkeit von 1,9 g/den und eine Bruchdehnung von 17-l8 %.
<I>Beispiel 3</I> Das Vorgehen von Beispiel 2 wurde unter Anwen dung des zweistufigen Trocknungsprozesses wiederholt, wobei jedoch das Elastomer B zusammen mit Hart Copolymermischung aus gleichen Teilen eines Copoly- mers von Acrylnitril und Vinylacetat einerseits und einem Copolymer von Acrylnitril und Methylvinylpyri- din anderseits gemäss Beispiel 1 versponnen wurde und dabei eine Faser mit einer Reissfestigkeit von 1,8 g/den und einer Bruchdehnung von 9-11 % lieferte.
<I>Beispiel 4</I> Das Vorgehen von Beispiel 2 wurde unter Anwen dung des zweistufigen Trocknungsprozesses wiederholt, wobei das Elastomer B in diesem Falle jedoch mit einem Hart-Terpolymer aus Acrylnitril, Vinylacetat und p-Methallyloxybenzolsulfonsäure gleich wie in Beispiel 1 versponnen wurde und dabei eine Faser mit einer Festig keit von 1,9 g/den und einer Bruchdehnung von 17 bis 18 % lieferte.
<I>Beispiel 5</I> Das Vorgehen von Beispiel 2 wurde unter Anwen dung der Zweistufen-Trocknung wiederholt mit dem Unterschied, dass für die Bildung der Lösung des Iso- cyanat-Endgruppen aufweisenden Vorpolymers bei spielsweise 1000 Teile eines aus einem Gemisch von 80 % Caprolacton und 20 % Methylcarbolacton erhalte nen Polyesterdiol-Copolymers (Molekulargewicht etwa 2000)
mit 365 Teilen Methylen-diphenyl-diisocyanat in 341 Teilen DMAc als Lösungsmittel unter Anwendung eines Molverhältnisses Diisocyanat zu Diol von 3 : 1 zur Reaktion gebracht wurden.
Die entstandenen Vorpoly- mer-Lösung wurde einer Lösung von 64,3 Teilen Carbo- dihydrazid in 2 925 Teilen DMAc zugegeben, wobei man eine Elastomerlösung ( Elastomer C ) mit einer Viskosität von 60 000 cps/25 C erhielt.
Durch gemeinsames Verspinnen des Elastomers C mit dem Terpolymer von Beispiel 4 nach dem in Bei spiel 1 beschriebenen Vorgehen erhielt man eine Faser mit einer Reissfestigkeit von 1,90 g/den und einer Bruch dehnung von 18-20 %.
<I>Beispiel 6</I> Das Beispiel 2 wurde mit zweistufiger Trocknung wiederholt, wobei man aber für die Herstellung der Isocyanatendgruppen-Vorpolymerlösung beispiels- weise 1000 Teile eines aus Caprolacton gebildeten Poly- esterdiols mit einem Molekulargewicht von etwa 2800 mit 220 Teilen Methylendiphenyl-diisocyanat in 590 Tei len DMAc unter Einhaltung eines Molverhältnisses Di- isocyanat zu
Diol von 2,5 : 1 reagieren liess, die entstan- dene Vorpolymerlösung einer Lösung von 26,3 Teilen Carbodihydrazid in 2740 Teilen DMAc zugab und so eine Elastomerlösung ( Elastomer D ) mit einer Visko sität von 97 000 cps/25 C erhielt.
Das Elastomer D und das Terpolymer von Beispiel 4 wurden nach dem Beispiel 1 gemeinsam versponnen und lieferten eine Faser mit einer Reissfestigkeit von 1,5 g/ den und einer Bruchdehnung von 15-16 %.
<I>Beispiel 7</I> Beispiel 6 wurde wiederholt, wobei aber anstelle des dort verwendeten Carbodihydrazids beispielsweise 17 Teile Äthylendiamin und 2730 Teile DMAc eingesetzt wurden, wodurch man eine Elastomerlösung ( Elasto mer E ) mit einer Viskosität von 64 000 cps/25 C er hielt.
Das Elastomer E wurde zusammen mit der Ter- polymer-Mischung von Beispiel 4 nach Beispiel 1 ver sponnen und lieferte eine Faser mit einer Reissfestigkeit von 1,8 g/den und einer Bruchdehnung von 11-15 %.
<I>Beispiel 8</I> Das Beispiel 7 wurde wiederholt mit dem Unter schied, dass ein von Caprolacton abgeleitetes homopoly- meres Polyesterdiol mit einem Molekulargewicht von etwa 1400 anstatt von 2800 wie in Beispiel 6 eingesetzt wurde.
Aus diesem Polyesterdiol wurde beispielsweise durch Reaktion mit 440 Teilen Methylen-diphenyl-di- isocyanat in 776 Teilen DMAc (Molverhältnis Diiso- cyanat zu Diol <B>2,5:
</B> 1) die Lösung des Diisocyanat- Endgruppen aufweisenden Vorpolymers erhalten, durch deren Zugabe zu einer Lösung von 72,6 Teilen Carbo- dihydrazid in 3400 Teilen DMAc sich dann eine Ela- stomer-Lösung ( Elastomer F ) mit einer Viskosität von 50 000 cps/25 C bildete.
Das Elastomer F wurde mit der Terpolymer-Mi- schung von Beispiel 4 unter gleichem Vorgehen wie in Beispiel 1 gemeinsam versponnen und lieferte bei Zwei stufen-Trocknung eine Faser mit einer Reissfestigkeit von 1,7 g/den und einer Bruchdehnung von 15-17 %.
Die aus den gemäss Beispielen 2 bis 8 erhaltenen Fa sern hergestellten Garne liessen keine Anzeichen erken nen, dass während der Verarbeitung eine verfrühte Auf spaltung in ihre Komponenten auftrat.
Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Fasern lassen sich für die Herstellung leichter Stretch- Gewebe verwenden, welche eine breitgespannte Variation von Stretch-Eigenschaften aufweisen, und sich beispiels weise für die Verwendung zu Miederwaren, Unter wäsche, Anzügen, Skihosen, Handschuhen, Socken, Pull overn, Strumpfbändern, Förderbändern und dergleichen einen.
Process for the production of potentially elastic two-component fibers and their use for the production of potentially elastic textile materials The present invention relates to a process for the production of potentially elastic two-component fibers and their use for the production of potentially elastic textile materials.
The invention thus relates to potentially elastic staple and continuous fibers. The invention also includes mixed staple fiber and continuous fiber yarns as well as nonwovens, woven and knitted fabrics, which can be produced by conventional methods and using conventional equipment.
Textile materials produced using staple fiber mixtures of elastomer fibers and hard fibers are already known. However, the processing of such fiber mixtures requires special Ver drive and facilities in almost every phase of processing into textile materials. When textile materials made from such fiber mixtures are subjected to repeated stretching, the elastic fibers also show a tendency to work their way out at their ends. With repeated stretching and relaxation, the mutual arrangement of the elastomer and hard fibers changes accordingly, so that the textile material suffers a considerable loss in terms of its texture and elasticity.
Other efforts to produce elastic fibers were based on the spinning of endless bicomponent fibers, which then completely separate into the individual elastomer and hard fiber components and thus deliver a continuous fiber yarn in which separate inelastic continuous fibers, the essentially straight elastic fibers wrap around in randomly random turns. The continuous two-component fibers described in the technical literature have the disadvantage that they tend to split into their elastic or inelastic components when they are drawn.
The consequences of such a breakdown are processing difficulties and migration movements of the continuous elastomer fibers. The aim of the present invention is to create a method for the production of potentially elastic bicomponent fibers which have a high potential elastic stretch and building ability and which can be converted into textile materials using conventional manufacturing processes and facilities that do not have the disadvantages described above and can be mixed and processed with other non-elastic fibers commonly used in the textile industry.
According to the invention, this is achieved by extruding a stream containing two different polymers in liquid, layered form into a two-component filament and coagulating it, washing it, then stretching it at least twice its original length and then in a tensioned state is dried.
This is done by generating a laminar liquid flow, which consists of superimposed layers of two different synthetic fiber-forming polymers, one of which is a synthetic elastomeric polymer and the other a non-elastomeric, i.e. H. is a hard polymer. Each polymer layer has at least one common interface with the layer of the other polymer.
The polymer stream is then forced out through the nozzle opening of a conventional spinneret and so put into a composite, i.e. H. A two-component structure in which the endless polymer components are arranged side by side throughout. This structure has the property that, when subsequently treated with a hot aqueous medium, in the de-energized state, it permanently maintains 25-75 ö of the assembled two-component structure.
Staple fiber and continuous fiber yarns of the fiber structures described can be mixed with other staple fiber or continuous fiber yarns and processed into textile materials. During spinning, a potentially elastic composite fiber is formed, which has a potentially elastomeric and a non-elastomeric or hard fiber component.
Fig. 1 of the drawing illustrates manufactured by the method described, composite fibers in side-by-side arrangement of the potentially ela-elastic and the non-elastic component, the cohesion of the components over the entire fiber length has a uniform texture.
The fiber is practically straight and non-elastic and shows the characteristics of a fiber spun exclusively from an inelastic polymer. It has been shown that the fiber in the form obtained during spinning can be stretched in a hot medium such as steam or boiling water and cooled under tension without a separation into the components and a development of their potentially elastic properties.
After coagulation, the freshly spun fiber can be washed to remove traces of solvent, provided with a customary finish after stretching and wound onto bobbins after drying. There appears to be no tendency for the potentially elastic and inelastic components to split up during the entire primary processing stages.
A two-component fiber, which was spun from a layered stream of highly viscous liquids, for example an acrylic and an elastomer component, namely shows the general characteristics of a pure acrylic fiber. After the orientation brought about by stretching, it can be treated in a hot medium to develop an elastic partial multi-component structure in a tension-free state. Mixtures of the freshly spun fibers with other fibers are described in more detail below.
The liquid two-layer polymer stream can be generated in a plate mixer device as described in Swiss Patent No. 396,299. The plate mixer device has two inlet openings through which separate streams of elastic and hard polymer are pressed in, as well as a plurality of plates between which the polymer streams flow.
The multiple alternating plates have passages through which portions, for example, of the hard polymer are fed to the main flow in a limited zone, which opens onto the inner surface of the spinneret. Portions of the other polymer stream are fed from a plurality of other alternating plates into the same main stream, so that each of the alternating plates forms the supply source of a different polymer solution to the main stream.
The main flow is formed by that polymer portion which is supplied by the first plate, and assumes a layer form, since the next and the subsequent plates each supply additional portions of the other polymer solution. The number of alternating polymer layers is determined by the number of plates present in the device.
When the main stream has passed the end plate of the mixing device, it approaches the inner surface of the spinneret over a limited passage and at this stage has a cross section as shown in FIG.
each polymer layer having at least one common interface with a layer of the other polymer. The laminar form of the liquid polymer flow formed in a plate mixer was detected at various points between the terminal mixer plate and the inner surface of the spinneret, both by freezing and by coagulation of the main flow cross-section,
one of the polymer solutions present in layer form containing a contrasting color. Until then, bicomponent fibers have been produced using a twin spinneret, in which the various spinning solutions remain separated until they reach the inner surface of the spinning plate, where both solutions are then each pressed out through a common spinneret opening.
Twin spinning of this type is expensive, cumbersome and prone to failure and, for practical reasons, is limited to the production of thin fiber bundles with usually less than about 500 individual fibers per twin spinning nozzle. The polymer-laminar streams of the process described have been spun through the bores of conventional spinnerets to bundle fibers from 15 to, for example, over 20,000 fibers per spinneret.
With the laminar flows consisting of alternating layers of elastic and non-elastic polymers, one has a means with which the production can be increased and at the same time simplified, which was not previously possible with the spinning of potentially elastic two-component continuous fibers costume could fall.
According to the method described, fibers with a linear density in the range from about 2 to 20 denier can be spun. The titer to be selected as well as the number of individual fibers present in the fiber bundle naturally depends on the intended use.
The pattern of the polymer laminar flow is normally adapted to the geometric arrangement of the openings of the spinneret used in each case. A guideline can be that when using spinnerets with nozzle openings arranged in several concentric circles, a multilayer, laminar spinning solution flow should be used,
whose number of layers is twice as large as the number of nozzle opening circles. Exact correspondence between the number of spinning solution layers and the geometric arrangement of the spinneret orifices is not necessary, however, if the two-component continuous fibers are spun out in a random distribution. Accordingly, in special cases, a different pattern can be brought about by increasing or decreasing the number of plates in the mixing device.
When preparing the polymers to be used in the method described, care must be taken that the solvent used for one polymer does not cause coagulation of the other polymer. In addition, the conventional polymer solutions can be used using the same solvent or solvents which are miscible with one another. For example, if an acrylic polymer is used, both spinning solutions, i.e. H. the elastic and the non-elastic component, dimethylacetamide, can be used as a solvent.
On the other hand, you can also use different solvents such as dimethylacetamide and dimethylformamide or dimethyl sulfoxide. The choice of suitable solvents depends in a particular case on the type of hard polymer in question and the elastic polymer and presents no difficulties for the expert. If desired, different spinning conditions can also be used.
For example, a spandex component can be spun into a bicomponent fiber by melt spinning and the hard component by dry spinning.
The coagulation of the spun out two-component continuous fibers can be accomplished with the means customary in wet or dry spinning and depends on which method is most suitable for the two-component fiber in question and also on the number of ge spun individual fibers, the spinning speed and the other factors which should be taken into account for a person skilled in the art.
For example, if the fiber contains an acrylic component, it can be spun into a bath containing up to 80% of the solvent or made of polyethylene glycol with a molecular weight of about 1000. It has been shown that when spinning elastic / inelastic two-component fibers, especially in the case of filament bundles or high-denier monofilaments, there is a pronounced tendency to stick together.
Care must therefore be taken to ensure complete coagulation, after which the remaining solvents are removed by washing. After washing, the coagulated fibers are subjected to orientation stretching to two to six times the length of the washed fiber. After drawing, the fiber can, if desired, be subjected to a water washing process.
It has proven to be highly expedient to treat the fibers with a lubricant or a finish of the type described in Canadian Patent No. 573,234. The application of about 2% of such a finish composition not only makes the fibers slippery, but also gives them a soft feel and antistatic properties. Before winding, the fibers are dried by passing them over a hot roller or in some other way.
It has been found that the tendency of the individual bicomponent fibers to stick together decreases to a considerable extent when they are dried under tension in two phases, the first stage preferably at a temperature of about 75 to 110 ° C. and the second stage immediately following occurs at about 115 to 145 C. The dried fibers, which are usually present as multifilament cables, are then wound up, for example for storage for further use.
From the foregoing it follows that the aftertreatment of the freshly spun fibers, as described above, corresponds to the conventional treatment, if one disregards the exception of the two-stage drying to reduce the sticking together of the individual two-component fibers. After all, in view of the potential elasticity of the fibers, precautionary measures are in place so that they are not exposed to conditions that could trigger a premature development of elasticity in the aftertreatment described.
Although the distribution of the hard and the potentially elastic portion in a multifilament bundle produced according to the described method corresponds exactly to the proportions of the hard or elastic polymers to be supplied to the plate mixing device, there is an indiscriminate weight distribution from fiber to fiber within a given fiber bundle spatial arrangement of the components.
This random distribution and spatial arrangement of the potentially elastic and the hard polymer components form a contrast to the uniform component distribution characteristics when using conventional twin-nozzle spinning technology.
To achieve a potentially elastic multifilament bundle, the total content of elastic polymer should be about 5 to 70% by weight of the total polymer content, the elastic polymer advantageously being used in concentrations of about 25 to 35% of the total polymer weight.
Regardless of the random weight distribution of the elastic and the hard polymer in the fibers of a multifilament bundle, however, a large number of the fibers contain a weight distribution which is quite close to the overall weight distribution, so that the overall weight ratio is important in spite of the wide spread does not lose in the weight ratio of fiber to fiber.
It has already been pointed out that the interface between the polymer components of fibers spun by the method described is irregular, as is illustrated in FIG.
Although it is not intended to support the described method on any particular theory about its mode of operation or to limit it by such, it is believed that the permanent, repetitive, fused segments that can be detected in the fiber, at least in part from the repetitive influence of the alternating polymer solutions when the main stream flows past the large number of plates in the mixing device in connection with an almost intermittent mixing or
The different polymer spinning solutions can merge at their common interfaces before reaching the inside of the spinning plates. Theories about the spinning solution structure as the cause of the unique structure of the fibers produced by the process described after the development of potential elasticity were also taken into account, since they were produced using a conventional twin spinning system and otherwise under identical conditions Two-component fibers post-treated as described above do not show any capabilities
to maintain a partially fused structure in the long run, but on the contrary tend to split into their components during the stretching over the entire fiber length.
As already stated, the fibers produced by the method described show the characteristics of a fiber spun exclusively from the hard polymer. They have practically no reversible stretchability and are not crimped. As in the case of conventional hard fibers, it is often desirable to give them a degree of mechanical crimp for the purpose of better processability. The fibers produced during spinning can easily be converted into staple fibers using conventional cutting processes.
The straight or mechanically crimped, potentially elastic two-component staple fibers can be easily mixed with conventional textile fibers, such as those made of acrylic polymers, nylon, polyester, regenerated cellulose, cotton, wool, etc., to make the textile products made from such fiber blends an elastic one To give potential. The proportion of the new staple fiber to be added naturally depends on the stretching potential of the bicomponent fiber and also on the desired degree of extensibility in the finished textile material.
For example, a stretch fabric for a piece of clothing in which a reversible extensibility of 30 to 35% is required, woven from a yarn that contains about 30 percent by weight of the staple fiber obtained during spinning, the conditions in the Her position were chosen so that an approximately 50 percent separation of components occurs during development and contains approximately 70 percent by weight of a fiber made from an acrylonitrile copolymer.
For fabric production, the potentially elastic fiber can be used both as a warp and as a weft or as a warp and weft, depending on the type and degree of stretchability desired in each direction, in the same or different mixing ratios.
The usability of the novel fibers extends to woven fabrics as well as knitted fabrics and nonwovens. The terms hard, unelastic and elastomeric used in relation to polymers, fibers and fiber components are to be understood in the meaning recognized in the art, as set out in American Patent No. 3 111805 .
It is z. B. A hard fiber is defined as a fiber which has less than 10% reversible extensibility, whereas the term elastic fiber is applied to those fibers which have more than 75% elastic extensibility. Accordingly, in the process described, the hard fiber components can be selected from the conventional inelastic, synthetic, fiber-forming polymers, of which here the condensation polymers are in the form of polyamides, polyesters, polyesteramides,
Polyurethanes and polyureas and the addition polymers in the form of polyolefins, polyethers and acrylonitrile polymers should be mentioned, the usefulness of which is generally known for the production of textile fibers.
Copolymers of at least 85% acrylonitrile and up to 15% olefinic comonomers such as vinyl acetate, vinylpyridine, vinylbenzenesulfonic acids, methyl acrylate, methyl methacrylate, vinyl chloride, vinyl bromide and the like are particularly advantageous.
The elastic polymers which are particularly advantageous for use as elastic components belong to the spandex type; this material is known to the person skilled in the art and is described, for example, in US Pat. Nos. 3,097,192, 3,115,384 and 3 111805. Other, suitably usable, elastic polymers can be selected from among the Acrylate elastomers or the synthetic polymers of the rubber type, as they are generally known.
The choice of the polymers intended for the hard and elastic components can be made on the basis of the physical properties of the fibers formed therefrom. Thus, although a wide variety of hard and elastic polymers can be used for the manufacture of the fibers, the spandex / acrylic combination is preferably used because it is known to have excellent fiber formation characteristics.
The following examples are intended to illustrate various specific embodiments of the process described. In the absence of any other information, parts and percentages are always to be understood as weight.
<I> Example 1 </I> A spandex elastomer referred to below as elastomer A was produced, for example, in a two-stage process, whereby 254 parts of methylenediphenyl diisocyanate are initially converted into 416 parts of dimethylformamide (DMF) as a solution reacted solvent with 1000 parts of a copolyesterdiol,
which was obtained from a mixture of 80% caprolactone and 20% methylcaprolactone and had a molecular weight of about 2000. The molar ratio of the diisocyanate to the diol was 2: 1.
This initially gave a prepolymer condensation product containing isocyanate end groups. This prepolymer in solution was added to a solution of 11.9 parts of hydrazine hydrate in 1750 parts of DMF, a solution of elastomer A having a viscosity of 10,600 cps / 2511 ° C. being formed.
A copolymer prepared, for example, by polymerizing 93 parts of acrylonitrile and 7 parts of vinyl acetate in the presence of a redox catalyst was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) so that a 25% strength solution of the copolymer was formed.
This copolymer solution and the solution of elastomer A were metered in using Zenith pumps in a plate mixer device in such a way that three parts of copolymer were introduced into the device for each part of elastomer A supplied. At the end plate of the plate mixer, the main stream of polymer solution consisted of 18 layers of acrylonitrile copolymer, each separated from one another by a layer of the elastomer A solution.
The laminar main stream was pressed into a spinneret with 1000 nozzle openings, each 0.089 mm in diameter, and spun into a coagulation bath in which the fibers were solidified in water at 35 ° C. containing 40% DMAc. The coagulated fiber bundle was washed, stretched four times its length in boiling water for orientation, washed again, and then passed through a finishing bath. The drawn fiber was then dried under tension on steam-heated rollers at 120 ° C. and wound up.
The fiber cable, which consists of 1000 individual fibers of 3 denier each, was composed as a whole of 75% hard polymer and 25% elastomer; In the form obtained during spinning, it was very similar to a normal acrylic fiber, straight and non-elastic and had the following physical properties: tear strength 1.9 g / den; Elongation at break 11-12%.
A slight mechanical crimp was imparted to a quantity of 11.3 kg of the freshly spun tow, whereupon the tow was cut into stacks of 8.9 cm in length in a high-speed rotary cutter. This procedure was not associated with any difficulties and provided staple fibers of uniform length which did not show any premature splitting into the spandex and acrylic components and which were suitable for processing into a staple fiber yarn.
The two-component fiber present as a staple was combined with a staple fiber made of a copolymer of acrylonitrile and vinyl acetate with a single filament denier of 3 den (weight ratio two-component fiber / copolymer fiber 30:70), so that a fiber mixture containing 7.5% elastomeric polymer is mixed revealed. The fiber mixture was then converted into a worsted yarn in a conventional manner.
The workability was satisfactory in all process stages, without the usual working method and equipment used for pure acrylic fibers requiring any modification.
The properties of the worsted yarns obtained are summarized in the following table. The yarns had the conventional texture and property characteristics.
EMI0005.0021
<I> table </I>
<tb> staple fiber yarns
<tb> Properties <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb> worsted yarn count <SEP> TEX <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 20
<tb> elongation, <SEP> t / m <SEP> 709 <SEP> 551 <SEP> 512
<tb> Tear strength, <SEP> g / den <SEP> 1.0 <SEP> 1.1 <SEP> 1.1
<tb> Elongation at break, <SEP>% <SEP> 11.0 <SEP> 11.1 <SEP> 11.4 The yarns described in the table were used to produce various types of woven and knitted fabrics.
A 2-1 body fabric was made using yarn 1 as warp and yarn 2 as weft with thread counts on the loom of 16 warps and 12 wefts per cm. This raw fabric was not elastic when it was removed from the loom.
In addition, using yarns 1 and 2 as warp and weft, a fabric with a plain weave with a thread count from the loom of 16 warp and 23.5 weft threads per cm was produced. As in the case of the body fabric, the raw fabric removed from the chair had no elastic stretchability.
<I> Example 2 </I> A spandex elastomer referred to below as elastomer B was produced, for example, in a two-stage process by reacting 254 parts of methylenediphenyl diisocyanate in 416 parts of DMAc with 1000 parts of a mixture of 80% caprolactone and 20% methylcaprolactone get NEN copolyester diol with a molecular weight of about 2000 and maintaining a molar ratio of diisocyanate to diol of 2:
1, so that prepolymer condensation product containing isocyanate end groups was formed. The solution obtained in this way also gave a reaction with 31.8 parts of carbodihydrazide in 2490 parts of DMAc, a solution of the elastomer B with a viscosity of 85,000 cps at 25 C.
The solution of the elastomer B was then spun together with the solution of the copolymer from Example 1 according to the method described in Example 1 and further treated, a single-stage drying process being used.
For the purpose of comparison with the effect of a two-stage drying process, a portion of the laminar structured polymer spinning solution was spun next to it, the fibers obtained being further treated as in Example 1 until the finish was applied, but then initially under tension via a first set of steam-heated for drying Rolls at 90 ° C and then passed over a second set of rollers heated to 130 ° C.
It was shown that the fiber cable dried in the two-stage process had significantly fewer mutually glued fibers than the one-stage dried cable. Samples of fibers obtained according to the prior variant of this example showed a tensile strength of 1.9 g / den and an elongation at break of 17-18%.
<I> Example 3 </I> The procedure of Example 2 was repeated using the two-stage drying process, but using the elastomer B together with a hard copolymer mixture of equal parts of a copolymer of acrylonitrile and vinyl acetate on the one hand and a copolymer of acrylonitrile and Methylvinylpyridine, on the other hand, was spun according to Example 1, thereby producing a fiber with a tensile strength of 1.8 g / denier and an elongation at break of 9-11%.
<I> Example 4 </I> The procedure of Example 2 was repeated using the two-stage drying process, but in this case elastomer B was spun with a hard terpolymer made of acrylonitrile, vinyl acetate and p-methallyloxybenzenesulfonic acid in the same way as in Example 1 and thereby delivered a fiber with a strength of 1.9 g / den and an elongation at break of 17 to 18%.
<I> Example 5 </I> The procedure of Example 2 was repeated using two-stage drying, with the difference that for the formation of the solution of the prepolymer containing isocyanate end groups, for example 1000 parts of a mixture of 80% caprolactone and 20% methylcarbolactone contain polyester diol copolymers (molecular weight about 2000)
were reacted with 365 parts of methylene diphenyl diisocyanate in 341 parts of DMAc as a solvent using a molar ratio of diisocyanate to diol of 3: 1.
The prepolymer solution formed was added to a solution of 64.3 parts of carbodihydrazide in 2925 parts of DMAc, an elastomer solution (elastomer C) having a viscosity of 60,000 cps / 25 ° C. being obtained.
By spinning the elastomer C together with the terpolymer from Example 4 according to the procedure described in Example 1, a fiber was obtained with a tensile strength of 1.90 g / den and an elongation at break of 18-20%.
<I> Example 6 </I> Example 2 was repeated with two-stage drying, but using, for example, 1000 parts of a polyester diol formed from caprolactone with a molecular weight of about 2800 with 220 parts of methylenediphenyl for the preparation of the isocyanate end group prepolymer solution diisocyanate in 590 parts of DMAc while maintaining a molar ratio of diisocyanate
Diol of 2.5: 1 was allowed to react, the prepolymer solution formed was added to a solution of 26.3 parts of carbodihydrazide in 2740 parts of DMAc and an elastomer solution (elastomer D) with a viscosity of 97,000 cps / 25 C was obtained.
The elastomer D and the terpolymer from Example 4 were spun together according to Example 1 and yielded a fiber with a tensile strength of 1.5 g / denier and an elongation at break of 15-16%.
<I> Example 7 </I> Example 6 was repeated, but instead of the carbodihydrazide used there, for example 17 parts of ethylenediamine and 2730 parts of DMAc were used, whereby an elastomer solution (Elastomer E) with a viscosity of 64,000 cps / 25 C he held.
The elastomer E was spun together with the terpolymer mixture from Example 4 according to Example 1 and produced a fiber with a tensile strength of 1.8 g / denier and an elongation at break of 11-15%.
<I> Example 8 </I> Example 7 was repeated with the difference that a homopolymeric polyester diol derived from caprolactone and having a molecular weight of about 1400 instead of 2800 as in Example 6 was used.
This polyester diol was converted, for example, by reaction with 440 parts of methylene diphenyl diisocyanate in 776 parts of DMAc (molar ratio of diisocyanate to diol <B> 2.5:
</B> 1) the solution of the prepolymer having diisocyanate end groups is obtained, by adding it to a solution of 72.6 parts of carbodihydrazide in 3400 parts of DMAc an elastomer solution (elastomer F) with a viscosity of 50,000 cps / 25C.
The elastomer F was spun together with the terpolymer mixture from Example 4 using the same procedure as in Example 1 and, with two-stage drying, produced a fiber with a tensile strength of 1.7 g / denier and an elongation at break of 15-17% .
The yarns produced from the fibers obtained according to Examples 2 to 8 did not show any signs that premature splitting into their components occurred during processing.
The fibers produced by the process described can be used for the production of light stretch fabrics, which have a wide range of stretch properties, and can be used, for example, in corsetry, underwear, suits, ski pants, gloves, socks, pulls overs, garters, conveyor belts and the like.