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 und gegebenenfalls Fixieren der Fäden. Die beiden Komponenten der auf diese Weise hergestellten Bikomponentenfasern oder -fäden, die im Faserquerschnitt nebeneinanderliegen, 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 kann.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von Bikomponentenfaser oder -fäden bekannt geworden. So wird in der britischen Patentschrift Nr. 805 033 die Herstellung von Bikomponentenfäden beschrieben, von denen die eine Pomponente 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 diesen bekannten 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, u. zw. 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 niedriger Temperatur schmelzenden Komponente verstreckt werden. Wenngleich man durch diesen Vorschlag eine gewisse Verbesserung erzielen kann, so ist doch, wie die Anmelderin 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 eine Komponente aus einem Polyester, einem Polyamid, einem Polyesteramid oder einer mechanischen Mischung eines Polyesters und eines Polyamids mit 5-20 Gew.-O/o Polyamid und die andere Komponente aus einem Polyesteramid oder einer mechanischen Mischung eines Polyesters und eines Polyamids besteht, welche(s) 5-20 Gew.-O/o von in der ersten Komponente überwiegenden Struktureinheiten enthält.
Als Polyamide werden erfindungsgemäss Polyhexamethylendiaminadipat, Polycaprolactam, Polyaminoundecylat oder Polyaminododecylat, als Polyester Polyäthylenterephthalat, Polyäthylentere-isophthalat-copolyester oder Poly-p-dimethylolcyclohexylterephthalat und als Polyesteramide Kombinationen aus den Struktureinheiten der oben erwähnten Polyamide oder Polyester bevorzugt.
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 50:50 Gew.- /o eingesetzt, doch kann die Menge des Polyamids von 20 bis 80 Gew.-O/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 der Einkräuselung und dem Kochschrumpf die Rede ist, sollen darunter folgende Werte verstanden werden: Die Einkräuselung , in 0io, abgekürzt EK, ist durch folgende Gleichung definiert:
L, - L,
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). Lx ist die Länge des gekräuselten Fadens unter einer minimalen definierten Spannung, nämlich 2 mp/den.
Der Kochschrumpf , abgekürzt KS, ist die Ande- 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 100" 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 einer Fixierung bewirkenden Medien, wie z. B. Methylenchlorid usw., unterworfen werden.
Alle diese Fixiermethoden, die kontinuierlich am laufenden Faden oder diskontinuierlich am Strang angewendet werden können, bewirken ja 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 Falschzwirnoder Stauchkräuselmaschinen erhaltenen Endlosgarnen weitgehend entsprechen.
Unter mechanischer Kräuselbeständigkeit , KBm, ist das Verhältnis der Einkräuselung nach einer Belastung des Filaments zu der Einkräuselung vor dieser Belastung, in Prozent zu verstehen. Als Belastung zwischen den beiden Messungen der Einkräuselung können Werte wie 0,6, 0,8, 1,0 oder 1,2 piden 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 texturierten Endlosgarnen vergleichbar und zum Teil sogar überlegen.
Beispiel 1
Polyäthylenterephthalat mit einer Grundviskosität von 0,62 (gemessen in Phenol-Tetrachloräthan 3:2) und ein Polyesteramid mit einer Grundviskosität von 0,84 (gemessen in oben genanntem Lösungsmittelge misch), bestehend aus 90 Gew.-O/o Polyhexamethylendiaminadipat und 10 Gew.-o/o Polyäthylenterephthalat, 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 400 m/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. In Abhängigkeit von der Verstrekkung wurden folgende Werte von Einkräuselung und Kochschrumpf gemessen:
Tabelle 1 Streckverhältnis EK KS 1: 4 6 O/o 8 O/o 1: 4,5 10 Oio 9 O/(F 1:5 14,6 ovo 11,7 ovo
Bei keiner der Verstreckungen konnte Auftrennung der Fäden in die beiden Komponenten beobachtet werden.
Nach einer diskontinuierlichen 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 und mechanischer Kräuselbeständigkeit erhalten.
Tabelle 2 Spannung EK KBm bei Zwischenbelastg. (p/den) bei Fixierung in O/o
0,6 0,8 1,0 1,2 spannungsfrei 11,9 74 56 62 71 0,33 mp/den 5,2 85 82 100 133 1,7 mp/den 3,4 93 88 137 260 3,3 mp/den 3,2 91 86 126 233
Beispiel 2
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben wurde folgende Polymerkombination versponnen und verstreckt: Polycaprolactam mit einer Grundviskosität von 0,96, gemeinsam mit einem Polyesteramid mit einer Grundviskosität von 0,74, bestehend aus 90 Gew.-O/o Polycaprolactam.
Beispiel 3
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde folgende Polymerkombination versponnen und verstreckt: Polyhexamethylendiaminadipat mit einer Grundviskosität von 0,96, gemeinsam mit einem Polyesteramid mit einer Grundviskosität von 0,72, bestehend aus 90Gew.-O/o Polyäthylenterephthalat und 10 Gew.-O:o Polyhexamethylendiaminadipat.
Die nach den Beispielen 2 und 3 erhaltenen Bikomponentenfilamente wurden wie in Beispiel 1 verstreckt, und je nach Zusammensetzung bzw. Streckver hältnis wurden für Einkräuselung und Kochschrumpf folgende Werte erhalten:
Tabelle 3 Beispiel Streckverhältnis EK KS 2 1: 4 23 O/o 18,7 O/o
1: 4,5 14,8 0/o 15,3 O/o 3 1: 5 10,5 /o 13,7 ovo
1: 5 19,60/0 13,0 Oio
Bei der Betrachtung der Fadenquerschnitte im Mikroskop konnte kein Anzeichen von Auftrennung der Komponenten der Bikomponentenfäden beobachtet werden.
Nach einer diskontinuierlichen Fixierung des Fadenmaterials im Strang bei 1300 C im Sattdampf unter verschiedener Spannung wurden folgende Werte für Einkräuselung und mechanische Kräuselbeständigkeit erhalten:
Tabelle 4
Beispiel 2 Spannung EK KBm bei Zwischenbelastg. (p/den) bei Fixierung in O/o
0,6 0,8 1,0 1,2 spannungsfrei 40 73 64 52 55 0,33 mp/den 27 80 87 69 78 1,7 mp/den 7 104 133 131 141 3,3 mp/den 8 96 124 141 174
Beispiel 3 Spannung EK KBm bei Zwischenbelastg. (p/den) bei Fixierung in O/o
0,6 0,8 1,0 1,2 spannungsfrei 12 98 103 100 93 0,33mp/den 9 108 114 115 114 1,7 mp/den 5 111 112 123 148 3,8 mp/den 3 16 108 178 207
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 stretching and optionally fixing 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 to each other and must not separate again during 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 the production of bicomponent fibers or threads are already known. For example, British Patent No. 805 033 describes the production of bicomponent threads, one of which is made of polyester 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 these known combinations. 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, u. between. A separation of the two components is to be prevented by the fact that the spun bicomponent threads are drawn at a temperature of 600 ° C. or less below the melting point of the component which melts at a low temperature. Although a certain improvement can be achieved through this proposal, as the applicant 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 resulting from a later separation of the individual components of bicomponent threads or fibers, and consists in the fact that one component consists of a polyester, a polyamide, a polyesteramide or a mechanical mixture of a polyester and a polyamide with 5-20% by weight of polyamide and the other component consists of a polyesteramide or a mechanical mixture of a polyester and a polyamide which contains 5-20% by weight of structural units predominant in the first component .
According to the invention, the preferred polyamides are polyhexamethylene diamine adipate, polycaprolactam, polyaminoundecylate or polyaminododecylate, the polyesters polyethylene terephthalate, polyethylene tereisophthalate copolyester or poly-p-dimethylolcyclohexyl terephthalate and the polyester amides combinations of the structural units of the above-mentioned polyamides or polyesters.
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 to 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.
When we talk about curling and boiling shrinkage, the following values should be understood: The curling, in 0io, abbreviated to EK, is defined by the following equation:
L, - L,
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). Lx is the length of the crimped thread under a minimum defined tension, namely 2 mp / den.
The boiling shrinkage, abbreviated to KS, is the change 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 100 "C. It is a measure The drawn bicomponent threads can then be subjected to post-treatment by methods known per se for the purpose of fixing, such as heat treatment using hot air or saturated steam or the action of media that cause fixation, such as methylene chloride, etc. ., be subjected.
All of these fixing methods, which can be used continuously on the running thread or discontinuously on the strand, increase or decrease the crimp depending on the tension applied, but in any case decrease the heat 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, KBm, 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 piden can be selected as the load 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. Also 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 0.62 (measured in phenol-tetrachloroethane 3: 2) and a polyesteramide with an intrinsic viscosity of 0.84 (measured in the above-mentioned solvent mixture), consisting of 90 wt. O / o polyhexamethylene diamine adipate and 10 wt .-o / o polyethylene terephthalate 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 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 according to the production, arranged in a semicircular cross section of the fiber, bound together.
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. Depending on the stretching, the following values of curling and boiling shrinkage were measured:
Table 1 Stretch ratio EK KS 1: 4 6 O / o 8 O / o 1: 4.5 10 Oio 9 O / (F 1: 5 14.6 ovo 11.7 ovo
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 less than 10% and, depending on the tension applied during the fixation, crimped yarns of various crimps and mechanical crimp resistance were obtained.
Table 2 EK KBm tension at intermediate loads (p / den) when fixed in O / o
0.6 0.8 1.0 1.2 tension-free 11.9 74 56 62 71 0.33 mp / den 5.2 85 82 100 133 1.7 mp / den 3.4 93 88 137 260 3.3 mp / the 3.2 91 86 126 233
Example 2
The following polymer combination was spun and drawn in the same way as described in Example 1: Polycaprolactam with an intrinsic viscosity of 0.96, together with a polyesteramide with an intrinsic viscosity of 0.74, consisting of 90% by weight of polycaprolactam.
Example 3
In the same way as described in Example 1, the following polymer combination was spun and drawn: Polyhexamethylene diamine adipate with an intrinsic viscosity of 0.96, together with a polyesteramide with an intrinsic viscosity of 0.72, consisting of 90% by weight of polyethylene terephthalate and 10% by weight. -O: o polyhexamethylene diamine adipate.
The bicomponent filaments obtained according to Examples 2 and 3 were drawn as in Example 1, and the following values were obtained for crimping and boiling shrinkage, depending on the composition or the drawing ratio:
Table 3 Example stretch ratio EK KS 2 1: 4 23 O / o 18.7 O / o
1: 4.5 14.8 o / o 15.3 o / o 3 1: 5 10.5 / o 13.7 ovo
1: 5 19.60 / 0 13.0 oo
When observing the thread cross-sections under the microscope, no sign of separation of the components of the bicomponent threads could be observed.
After a discontinuous fixation of the thread material in the strand at 1300 C in saturated steam under various tension, the following values for crimp and mechanical crimp resistance were obtained:
Table 4
Example 2 EK KBm tension at intermediate load. (p / den) when fixed in O / o
0.6 0.8 1.0 1.2 tension-free 40 73 64 52 55 0.33 mp / den 27 80 87 69 78 1.7 mp / den 7 104 133 131 141 3.3 mp / den 8 96 124 141 174
Example 3 EK KBm tension with intermediate load. (p / den) when fixed in O / o
0.6 0.8 1.0 1.2 tension-free 12 98 103 100 93 0.33mp / den 9 108 114 115 114 1.7 mp / den 5 111 112 123 148 3.8 mp / den 3 16 108 178 207