Verfahren zur Herstellung von Bikomponentenfäden oder -fasern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bikomponentenfäden oder -fasern mit hoher mechanischer Kräuselbeständigkeit durch gemeinsames Verspinnen zweier verschiedenartiger thermoplastischer fadenbildender Kunststoffmaterialien aus denselben Spinndüsenlöchern und anschliessendes Verstrekken der Fäden. Die beiden Komponenten der auf diese Weise hergestellten Bikomponentenfasern oder -fäden, die im Faserquerschnitt nebeneinander liegen, müssen fest miteinander verbunden sein und dürfen sich bei keiner der üblichen textiltechnologischen Verfahrensschritte, wie Verstrecken, Fixieren, usw. wieder trennen.
Es ist bekannt, dass Bikomponentenfäden sich nach dem Verstrecken und Fixieren spontan kräuseln und einen wollähnlichen Charakter annehmen. Die Ursache der Kräuselung beruht auf einer unterschiedlichen Längenänderung der beiden Komponenten, die a) durch unterschiedliche Feuchtigkeitsaufnahme der beiden Komponenten; b) durch verschiedenen Schrumpf beim Abwickeln des verstreckten Fadens von der Streckspule infolge unterschiedlichen Relaxationsverhaltens der beiden Komponenten im gespannten Zustand; c) durch verschiedenen Schrumpf beim Heissfixieren infolge z. B. unterschiedlicher Kristallinität oder Orientierung der beiden Komponenten verursacht sein kan.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von Bikomponentenfasern oder -fäden bekannt geworden. So wird in der amerikanischen Patentschrift Nr. 2931091 die Herstellung von Bikomponentenfäden beschrieben, von denen die eine Komponente aus Polyestern und die andere Komponente aus Polyamiden besteht. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die Bedingung der unlösbaren Verbindung im Faserquerschnitt bei den in oben angeführter Patentschrift bevorzugten Kombinationen nicht in ausreichendem Masse verwirklicht ist. Es kommt vor, dass sich während des Verstreckprozesses die beiden Komponenten in den Einzelfilamenten trennen, auf welchen Umstand auch in der österreichischen Patentschrift Nr. 228 919 hingewiesen ist.
In dieser zuletzt genannten Literaturstelle wird als Verbesserung eine Wärmebehandlung vorgeschlagen, und zwar soll eine Trennung der beiden Komponenten dadurch verhindert werden, dass die gesponnenen Bikomponentenfäden bei einer Temperatur von 600 C oder weniger unter dem Schmelzpunkt der bei niedrigerer Temperatur schmelzenden Komponente verstreckt werden. Wenngleich man durch diesen Vorschlag eine gewisse Verbesserung erzielen kann, so ist doch, wie die Patentinhaberin festgestellt hat, eine Verhinderung der Trennung der beiden Komponenten bei der technologischen Weiterverarbeitung nicht gewährleistet.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der Schwierigkeiten, die sich durch eine spätere Trennung der einzelnen Komponenten von Bikomponentenfäden oder -fasern ergeben, und besteht darin, dass die erste Komponente aus einem Homopolyester der Terephthal- säure oder einem Copolymer mit mindestens 80 Mol-O/o Äthylenglykolterephthal ateinheiten und einem zweiten Diol oder einer zweiten Dicarbonsäure, und die zweite Komponente aus einem Copolyamid, welche als eine Säurekomponente mindestens 20 Mol-O/o Terephthaleinheiten enthält, besteht.
Als Homopolyester der Terephthalsäure wird beispielsweise Polyäthylenterephthalat oder Poly-p-(bisoxymethyl)-cyclohexylterephthalat verwendet; als Copolyester der Terephthalsäure kann ein solcher aus Terephthalsäure, Isophthalsäure und Äthylenglykol oder aus Terephthalsäure, Äthylenglykol und einem anderen Glykol der allgemeinen Formel HO(CH2)nOH, wobei n = 1-10 bedeutet, verwendet werden. Als Copolyamid wird beispielsweise ein Polykondensat aus Terephthalsäure, Adipinsäure und Hexamethylendia min, oder aus Terephthalsäure, r-Caprolactam und Hexamethylendiamin, oder aus Terephthalsäure, Isophthalsäure und Hexamethylendiamin verwendet.
Die Verbesserung der Haftfähigkeit zwischen den beiden Komponenten ergibt sich aus der Anwesenheit von strukturell gleichen Elementen, nämlich Terephthalsäure, in beiden Komponenten.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Bikomponentenfäden oder -fasern erfolgt, wie bekannt, derart, dass die beiden Polymeren getrennt voneinander gleichzeitig einer gemeinsamen Spinndüsengruppe zugeführt, ausgepresst und die entstehenden Fäden oder Fasern verstreckt werden. Vorzugsweise werden die beiden Komponenten in einem Verhältnis von 50:50 Gew.-O/o eingesetzt, doch kann die Menge des Polyamids von 20-80 Gew.- /o variiert werden.
Die Bikomponentenfäden kräuseln sich spontan nach dem Verstrecken, wenn sie von der Streckspule abgenommen werden, also nach Aufhebung der Fadenspannung. Das Ausmass dieser räumlichen, spiralförmigen Kräuselung ist, ausser von den gewählten Komponenten, weitgehend von dem bei der Verstreckung angewendeten Streckverhältnis abhängig. Die Filamente zeigen in diesem Zustand naturgemäss beträchtlichen Kochschrumpf.
Wenn nachfolgend von einer Einkräuselung und dem Kochschrumpf die Rede ist, sollen darunter folgende Werte verstanden werden: Die Einkräuselung in O/o, abgekürzt EK, ist durch folgende Gleichung definiert:
Ls - LK
EK 100
LX wobei Ls die Länge des Fadens im gestreckten Zustand, unter einer Spannung von 200 mp/den bedeutet (200 mp/den ist die Spannung, unter der die Kräuselung bereits ausgezogen, die Substanz jedoch noch nicht wesentlich belastet ist). LK ist die Länge des gekräuselten Fadens unter einer minimalen definierten Spannung, nämlich von 2 mp/den.
Der Kochschrumpf , abgekürzt KS, ist die Sinde- rung der Länge des Filaments oder Fadens in Prozent, bezogen auf die ursprüngliche Länge, bei einer t/2-stün- digen, spannungslosen Behandlung desselben im Sattdampf von 1000 C. Er ist ein Mass für den Fixierungszustand des vorliegenden Fadenmaterials.
Die verstreckten Bikomponentenfäden können anschliessend nach an sich bekannten Methoden zum Zwecke der Fixierung einer Nachbehandlung, wie z. B.
einer Wärmebehandlung durch Heissluft oder Sattdampf oder Einwirkung von Fixierung bewirkenden Medien, wie z. B. Methylenchlorid usw., unterworfen werden. Alle diese Fixiermethoden, die kontinuierlich am laufenden Faden angewendet werden können, bewirken je nach der dabei angewendeten Spannung eine Erhöhung oder Erniedrigung der Einkräuselung, in jedem Falle aber eine Abnahme des Kochschrumpfes.
Durch die genannten Fixiermethoden können Kräuselfilamente oder Kräuselfasern beliebiger Einkräuselung erhalten werden, die eine ausgezeichnete mechanische Kräuselbeständigkeit besitzen und in ihrem Aussehen den auf Falschzwirn- oder Stauchkräuselmaschinen erhaltenen Endlosgarnen weitgehend entsprechen.
Unter mechanischer Kräuselbeständigkeit , KB,, ist das Verhältnis der Einkräuselung nach einer Belastung des Filaments zu der Einkräuselung vor dieser Belastung, in Prozent, zu verstehen. Als Belastungen zwischen den beiden Messungen der Einkräuselung können Werte wie 0,6, 0,8, 1,0 oder 1,2 p/den gewählt werden. Die Belastungsdauer sowie die Zeit für die Erholung der belasteten Faser vor der zweiten Messung der Einkräuselung beträgt 1 Minute. Auch betreffend die Kräuselbeständigkeit sind die erfindungsgemässen Bikomponenten-Endlosgarne durchaus mit den nach dem Falschdraht- oder Stauchkräuselverfahren hergestellten, mechanisch textuierten Endlosgarnen vergleichbar und zum Teil sogar überlegen.
Beispiel 1
Polyäthylenterephthalat mit einer Grundviskosität von 0,60 (gemessen in Phenol-Tetrachloräthan 3:2) und ein Copolyamid aus Adipinsäure, Terephthalsäure und Hexamethylendiamin mit 20 Mol- /o Tereplithalat- einheiten, Grundviskosität 1,04 (gemessen in konz.
Schwefelsäure) wurden getrennt aufgeschmolzen. Die beiden Schmelzen wurden in gleichen Mengen pro Zeiteinheit durch getrennte Zuführungsleitungen und Sandfilter zu einer Spinndüsenplatte geleitet, bei der sie unmittelbar vor Düsenlöchern aufeinandertrafen und anschliessend nebeneinander durch die Düsenlöcher ausgepresst wurden. Das auf diese Weise hergestellte Bikomponenten-Multifilament wurde mit einer Geschwindigkeit von 400m/Min. abgezogen und aufgespult. Die Einzelfäden des Multifilaments bestanden somit über ihre ganze Länge aus den beiden oben genannten Komponenten, wobei diese entsprechend der Herstellung Seite an Seite versponnen, im Querschnitt der Faser halbkreisförmig aneinander gebunden, angeordnet waren.
Die Verstreckung erfolgt auf einer üblichen Streckvorrichtung, ausgestattet mit geheiztem Streckdorn (75 C) und Heizbügel (160 C). Beim Abnehmen des Filaments von der Streckspule war dieses stark spiralförmig gekräuselt.
Bei keiner der Verstreckungen konnte Auftrennung der Fäden in die beiden Komponenten beobachtet werden. Nach einer diskontinierlichen Fixierung im Strang bei 1300 C im Sattdampf lag der Kochschrumpf unter 1 O/o, und es wurden je nach der bei der Fixierung angelegten Spannung Kräuselgarne verschiedener Einkräuselung (Werte zwischen 3 und 30 O/o) und ausgezeichneter mechanischer Kräuselbeständigkeit erhalten.
Beispiel 2
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben wurde folgende Polymerkombination versponnen und verstreckt: Polyäthylenterephthalat mit einer Grundviskosität von 90,58 (gemessen in Phenol-Tetrachloräthan 3:2) gemeinsam mit einem Copolyamid aus E-Caprolactam, Terephthalsäure und Hexamethylendiamin mit 40 Mol-O/o Terephthalateinheiten, Grundviskosität 0,86 (gemessen in konz. Schwefelsäure).
Beispiel 3
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde folgende Polymerkombination versponnen und verstreckt: Polyäthylenterephthalat mit einer Grundvis kosität von 0,58 (gemessen in Phenol-Tetrachloräthan 3:2) gemeinsam mit einem Copolyamid aus Isophthalsäure, Terephthalsäure und Hexamethylendiamin mit 35 Mol- /o Terephthalateinheiten, Grundviskosität 0,64 (gemessen in konz. Schwefelsäure).
Die nach den Beispielen 2 und 3 erhaltenen Bikomponentenfilamente wurden wie in Beispiel 1 verstreckt. Bei der Betrachtung der Fadenquerschnitte im Mikroskop konnte kein Anzeichen von Auftrennung der Komponenten der Bikomponentenfäden beobachtet werden.
Nach Fixierung des Fadenmaterials bei 1300 C im Sattdampf unter verschiedener Spannung wurden Einkräuselungswerte zwischen 3 und 30 010 und ausgezeichnete mechanische Kräuselbeständigkeit erhalten.
Process for the production of bicomponent threads or fibers
The invention relates to a method for producing bicomponent threads or fibers with high mechanical crimp resistance by spinning two different thermoplastic thread-forming plastic materials together from the same spinneret holes and then drawing the threads. The two components of the bicomponent fibers or threads produced in this way, which lie next to each other in the fiber cross-section, must be firmly connected and must not separate again in any of the usual textile-technological process steps such as stretching, fixing, etc.
It is known that bicomponent threads spontaneously curl after drawing and fixing and take on a wool-like character. The cause of the crimp is based on a different change in length of the two components, which a) due to different moisture absorption of the two components; b) by different shrinkage when unwinding the drawn thread from the draw bobbin as a result of different relaxation behavior of the two components in the tensioned state; c) due to different shrinkage during hot fixing due to z. B. different crystallinity or orientation of the two components can be caused.
Various processes for producing bicomponent fibers or threads have already become known. For example, US Pat. No. 2931091 describes the production of bicomponent threads, one component of which consists of polyesters and the other component of polyamides. In practice, however, it has been shown that the condition of the non-detachable connection in the fiber cross-section is not sufficiently achieved in the combinations preferred in the patent specification cited above. It happens that during the drawing process the two components separate in the individual filaments, which is also pointed out in Austrian patent specification No. 228 919.
In this last-mentioned reference, a heat treatment is proposed as an improvement, namely a separation of the two components is to be prevented by drawing the spun bicomponent threads at a temperature of 600 ° C. or less below the melting point of the component which melts at a lower temperature. Although one can achieve a certain improvement through this proposal, as the patent proprietor has established, a prevention of the separation of the two components during further technological processing is not guaranteed.
The aim of the invention is to avoid the difficulties which arise from a later separation of the individual components of bicomponent threads or fibers, and consists in the fact that the first component consists of a homopolyester of terephthalic acid or a copolymer with at least 80 mol-O / o Ethylene glycol terephthalate units and a second diol or a second dicarboxylic acid, and the second component consists of a copolyamide which contains at least 20 mol-O / o terephthalic units as an acid component.
Polyethylene terephthalate or poly-p- (bisoxymethyl) -cyclohexyl terephthalate, for example, are used as homopolyester of terephthalic acid; a copolyester of terephthalic acid can be used from terephthalic acid, isophthalic acid and ethylene glycol or from terephthalic acid, ethylene glycol and another glycol of the general formula HO (CH2) nOH, where n = 1-10. A polycondensate of terephthalic acid, adipic acid and hexamethylenediamine, or of terephthalic acid, r-caprolactam and hexamethylenediamine, or of terephthalic acid, isophthalic acid and hexamethylenediamine, for example, is used as the copolyamide.
The improvement in the adhesiveness between the two components results from the presence of structurally identical elements, namely terephthalic acid, in both components.
The production of the bicomponent threads or fibers according to the invention takes place, as is known, in such a way that the two polymers are simultaneously fed separately from one another to a common spinneret group, pressed out and the threads or fibers formed are drawn. The two components are preferably used in a ratio of 50:50% by weight, but the amount of the polyamide can be varied from 20-80% by weight.
The bicomponent threads pucker spontaneously after drawing, when they are removed from the drawing bobbin, that is, after the thread tension has been released. The extent of this spatial, spiral-shaped crimp is largely dependent on the stretching ratio used in the stretching, in addition to the components selected. In this state, the filaments naturally show considerable heat shrinkage.
If curling and boiling shrinkage are mentioned below, the following values are to be understood: The curling in O / o, abbreviated EK, is defined by the following equation:
Ls - LK
EK 100
LX where Ls means the length of the thread in the stretched state, under a tension of 200 mp / den (200 mp / den is the tension under which the crimp has already pulled out but the substance is not yet significantly stressed). LK is the length of the crimped thread under a minimum defined tension, namely of 2 mp / den.
The boiling shrinkage, abbreviated to KS, is the reduction in the length of the filament or thread in percent, based on the original length, with a t / 2-hour, tension-free treatment of the same in saturated steam of 1000 C. It is a measure of the state of fixation of the thread material present.
The stretched bicomponent threads can then by methods known per se for the purpose of fixing a post-treatment, such as. B.
a heat treatment by hot air or saturated steam or the action of fixation causing media, such as. B. methylene chloride, etc., are subjected. All these fixing methods, which can be used continuously on the running thread, cause an increase or decrease in the crimp depending on the tension applied, but in any case a decrease in the boiling shrinkage.
By means of the above-mentioned fixing methods, crimped filaments or crimped fibers of any desired crimp can be obtained which have excellent mechanical crimp resistance and largely correspond in their appearance to the continuous yarns obtained on false twisting or compression crimping machines.
Mechanical crimp resistance, KB, is to be understood as the ratio of crimp after loading the filament to crimp before this loading, in percent. Values such as 0.6, 0.8, 1.0 or 1.2 p / den can be selected as the loads between the two measurements of the curl. The duration of the stress and the time for the stressed fiber to recover before the second measurement of the curl is 1 minute. With regard to the crimp resistance, the bicomponent continuous yarns according to the invention are definitely comparable and in some cases even superior to the mechanically textured continuous yarns produced by the false twist or upset crimp process.
example 1
Polyethylene terephthalate with an intrinsic viscosity of 0.60 (measured in phenol-tetrachloroethane 3: 2) and a copolyamide of adipic acid, terephthalic acid and hexamethylenediamine with 20 mol / o terephthalate units, intrinsic viscosity 1.04 (measured in conc.
Sulfuric acid) were melted separately. The two melts were fed in equal quantities per unit of time through separate feed lines and sand filters to a spinneret plate, where they met immediately in front of the nozzle holes and were then pressed out side by side through the nozzle holes. The bicomponent multifilament produced in this way was fed at a speed of 400 m / min. pulled off and wound up. The single threads of the multifilament thus consisted of the two above-mentioned components over their entire length, whereby these were spun side by side in accordance with the production process and bound together in a semicircle in the cross section of the fiber.
The stretching takes place on a conventional stretching device equipped with a heated stretching mandrel (75 ° C.) and heating bar (160 ° C.). When the filament was removed from the draw bobbin, it was strongly crimped in a spiral.
No separation of the threads into the two components could be observed in any of the draws. After a discontinuous fixation in the strand at 1300 ° C. in saturated steam, the boiling shrinkage was below 10%, and, depending on the tension applied during the fixation, crimped yarns of various crimps (values between 3 and 30%) and excellent mechanical crimp resistance were obtained.
Example 2
In the same way as described in Example 1, the following polymer combination was spun and drawn: Polyethylene terephthalate with an intrinsic viscosity of 90.58 (measured in phenol-tetrachloroethane 3: 2) together with a copolyamide of E-caprolactam, terephthalic acid and hexamethylene diamine with 40 mol% / o terephthalate units, basic viscosity 0.86 (measured in conc. sulfuric acid).
Example 3
In the same way as described in Example 1, the following polymer combination was spun and drawn: Polyethylene terephthalate with a basic viscosity of 0.58 (measured in phenol-tetrachloroethane 3: 2) together with a copolyamide of isophthalic acid, terephthalic acid and hexamethylenediamine with 35 mol / o Terephthalate units, basic viscosity 0.64 (measured in conc. sulfuric acid).
The bicomponent filaments obtained according to Examples 2 and 3 were drawn as in Example 1. When observing the thread cross-sections under the microscope, no sign of separation of the components of the bicomponent threads could be observed.
After fixing the thread material at 1300 ° C. in saturated steam under various tension, curling values between 3 and 30,010 and excellent mechanical curling resistance were obtained.