Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfäden auf der Basis von Äthylenterephthalat, die fähig sind, nach Entspannung zu kräuseln.
Aus der britischen Patentschrift 911 509 ist bekannt, gekräuselte Fäden durch mindestens dreifache Verstreckung von unverstreckten oder teilverstreckten Polyamidfäden herzustellen, wobei Fäden im Verstreckungspunkt senkrecht zu ihrer Längsachse ein Temperaturgefälle aufweisen, das jedoch nicht durch Berührung mit einer heissen Oberfläche bewirkt wird. Dabei behandelt man Fäden von hoher Kristallinität, geringer Orientierung und einer nicht über 0,012 liegenden Doppelbrechung. Dieses Verfahren ist jedoch wegen der zahlreichen damit verbundenen Temperaturregelungen kompliziert, so dass nicht bei hoher Geschwindigkeit gearbeitet werden kann.
Aus der britischen Patentschrift 1 025 241 ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von gekräuselten Fäden aus Polyäthylenterephthalat durch Verstrecken von unverstreckten Fäden mit einer Doppelbrechung von 0,001-0,015 bei einem Streckverhältnis von 2,5-6 bekannt. Dabei wird ein Querspannungsgradient durch Reibung der Fäden während eines Viertel-Umlaufs bis zu vier Umläufen auf einem zwischen Liefer- und Streckwalzen angebrachten Stift mit einem Radius unter 6 mm bewirkt, während die Temperatur der Fäden unmittelbar vor dem geheizten Stift auf 90-125 "C gebracht wird, und infolgedessen die Temperatur der Fäden über ihren gesamten Querschnitt praktisch gleichmässig ist.
Die Kräuselung ist jedoch ungenügend, wenn bei hoher Geschwindigkeit gearbeitet wird, und ausserdem verlangt dieses Verfahren die Einstellung von zwei Temperaturen.
Aus der französischen Patentschrift 1 243 781 ist schliesslich ein Verfahren zur Herstellung von Fäden mit latenter Kräuselung bekannt, und zwar durch asymmetrische Heizung auf einer schmalen, auf 300-900 "C erhitzten Oberfläche beim Verstrecken mit einem Streckverhältnis von 2-8 und einer Geschwindigkeit von mindestens 100 imin, wobei die Fäden eine Richtungsänderung in einem Winkel von 130-170 zwischen Auflauf und Ablauf von der heissen Oberfläche erfahren. Die Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch schwierig, da die Temperatur des Stiftes weit über dem Schmelzpunkt der Fäden liegt und die Kräuselung nicht latent ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfäden auf der Basis von Äthylenterephthalat, die fähig sind, nach Entspannung zu kräuseln, dadurch gekennzeichnet, dass man Fäden aus einem Homooder Copolymer auf Basis von Äthylenterephthalat, die eine Doppelbrechung von 0,015-0,080, einen Kochschrumpf von 25-80% und eine Kristallinität unter 6% haben, mit einem solchen Streckverhältnis verstreckt, dass nach der Verstrekkung die Dehnung der Fäden unter 15% liegt, wobei die Verstreckung an einer Stelle erfolgt, wo die Fäden über ihren Querschnitt ein Temperaturgefälle aufweisen, das durch einen kurzen Lauf der Fäden über ein feststehendes, poliertes, konvex gekrümmtes Organ bewirkt wird, das auf einer um 2-30 "C unter dem Schmelzpunkt des Polymers liegenden Temperatur gehalten wird.
Die Erfindung betrifft auch die nach dem Verfahren erhaltenen Fäden, die fähig sind, nach Entspannung bereits in der Kälte zu kräuseln, und die entspannten gekräuselten Fäden.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird auf Fäden angewandt, die aus Polyäthylenterephthalat bestehen oder aus einem Polymer, das einen grossen Anteil Äthylenterephthalatgruppen und einen kleinen Anteil solcher Gruppen enthält, die von einem anderen Diol als Äthylenglycol oder von einer anderen Dicarbonsäure als Terephthalsäure stammen.
Die Fäden sollen ferner eine Doppelbrechung von 0,015-0,080, vorzugsweise von 0,030-0,070, einen Kochschrumpf von 25-80%, vorzugsweise von 40-80% und eine Kristallinität unter 6%, vorzugsweise unter 3% oder sogar gleich oder annähernd Null aufweisen. Im allgemeinen stellt man solche Fäden durch Spinnen bei Geschwindigkeiten von 2000-4000 mlmin her; sie zeigen bei gewöhnlicher Temperatur meist eine Restverstreckung von etwa 1,4-2,5. Unter Restverstreckung versteht man in diesem Text, sofern nicht anders angegeben, die Verstreckung, die man vornehmen kann, damit die Fäden eine Dehnung von 25% zeigen.
Gemäss der Erfindung werden die gesponnenen Fäden einer Verstreckung unterworfen, durch die ihre Dehnung, nach der Verstreckung, auf einen Wert unter 15%, vorzugsweise auf einen Wert unter 10% reduziert wird. Dabei wendet man ein Streckverhältnis an, das grösser ist, als die Restversteckung der gesponnenen Fäden, wobei der Unterschied zwischen angewandtem Streckverhältnis und Restverstrekkung etwa 1/10 bis 1/4 der Restverstreckung beträgt.
Die Verstreckung erfolgt an einer Stelle, wo die Fäden über ihren Querschnitt ein Temperaturgefälle aufweisen. Zu diesem Zweck wird zwischen Liefer- und Streckrollen ein feststehendes, poliertes, konvex gekrümmtes Organ angebracht, auf dem eine Temperatur aufrechterhalten wird, die 2-30 "C unter dem Schmelzpunkt des Polymers liegt, aus dem die Fäden bestehen, vorzugsweise jedoch 2-8 "C unter dem Schmelzpunkt, z. B. bei 250 "C. Dieses Organ kann ein zylindrischer Stift oder irgendeine andere konvex gekrümmte Fläche sein, die jedoch, entgegen der Erwartung, nicht unbedingt einen sehr kleinen Krümmungsradius haben muss. Die Länge des Kontakts der Fäden mit diesem Organ muss genügend sein, um die Temperatur der Fäden auf einer Seite stark zu erhöhen, aber nicht derart, dass die Fäden durchgehends erhitzt werden.
Auf diese Weise bewirkt man ein beträchtliches Temperaturgefälle über den Querschnitt jedes einzelnen Fadens. Die erforderliche Kontaktlänge hängt natürlich von der Laufgeschwindigkeit der Fäden ab: Beträgt z. B. die Laufgeschwindigkeit beim Verstrecken etwa 600-700 imin, so genügt im allgemeinen eine Kontaktlänge von etwa 11 mm, während eine Laufgeschwindigkeit von 6000-7000 m/min eine bedeutend grössere Kontaktlänge verlangt, die 400 mm und mehr betragen kann.
Die nach dem Verfahren erhaltenen Fäden zeigen gute Kräuselungseigenschaften, besonders eine sehr feine Spiralkräuselung, sobald sie kalt, oder vorzugsweise heiss, entspannt werden. Wenn man es wünscht, kann man die Fäden sogleich nach dem erfindungsgemässen Verstrecken auf Spulen aufwickeln. Die Fäden sehen dann aus wie ein flaches Garn, das jedoch zu kräuseln beginnt, sobald die Spannung aufhört, z. B. beim Abspulen bei gewöhnlicher Temperatur.
Die Kräuselung ist jedoch um so feiner, je rascher die Entspannung nach dem Verstrecken erfolgt. Ausserdem ist die Kräuselung um so feiner und dauerhafter, je höher die Temperatur ist, bei der die Entspannung vorgenommen wird.
Es ist daher vorteilhaft, die Entspannung der Fäden unmittelbar nach dem Verstrecken kontinuierlich durchzuführen.
Die Entspannung kann nach irgendeinem bekannten Verfahren erfolgen, z. B. durch zeitweiliges Lagern der Fäden ohne jede Spannung bei gewöhnlicher Temperatur oder in der Wärme. Die Entspannung kann im besonderen mit Hilfe der Vorrichtung erfolgen, die in der deutschen Offenlegungsschrift No. 2419 298 beschrieben ist. In diese Vorrichtung kann man Kaltluft, Heissluft, Wasserdampf oder eine Mischung von Heissluft und Wasserdampf bei Temperaturen bis über 180 "C, vorzugsweise bei Temperaturen von 120-180 "C einleiten.
Um die Fäden ohne Spannung aufzuwik keln und dabei die Kräuselung gut zu erhalten, kann man die in der genannten Offenlegungsschrift beschriebene Düse senkrecht oder in einem kleinen Winkel zur Senkrechten nach oben richten und die Düse durch ein Rohr in derselben Richtung verlängern, wodurch die aus der Düse austretenden Fäden einen Halt bekommen.
Man kann auch eine Düse verwenden, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 2 459 074 beschrieben ist, an die man gegebenenfalls ein Rohr oder eine zweite im Gegensinn arbeitende Düse anschliesst, um den Fäden im Raum zwischen den beiden Düsen Halt zu geben.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann man ausführen, indem man von vorher gesponnenen und aufgespulten Fäden ausgeht, oder indem man es kontinuierlich an den Spinnprozess anschliesst ohne die Fäden dazwischen aufzuspulen. Im ersten Fall kann man die für das erfindungsgemässe Verfahren günstigste Geschwindigkeit wählen, die ein gutes Arbeiten der gebrauchten Vorrichtung gewährleistet.
Im zweiten Fall ist es erwünscht, solche Geschwindigkeiten zu wählen, dass man sowohl Fäden mit guten Eigenschaften erhält als auch einen einwandfreien Ablauf des integrierten Verfahrens. Ein solches integriertes Verfahren ist wirtschaftlich bei weitem am vorteilhaftesten, da es gestattet, direkt vom geschmolzenen Polymer zu den gekräuselten Fäden zu gelangen, die auf dem Textilgebiet einsatzbereit sind.
Die gemäss der Erfindung hergestellten Fäden besitzen eine feine Kräuselung und gute Dehnbarkeits- und Einkräuselungs-Eigenschaften. Die Fäden sind nicht deformiert und zeigen an der Oberfläche keine Schmelzspuren. Das erfindungsgemässe Verfahren schont daher die Fäden sehr und bewirkt im Gegensatz zu der Mehrzahl der bekannten Kräuselungsverfahren keine wesentlichen Festigkeitsverluste.
Gemäss einer interessanten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, ein Phantasie-Mischgarn zu erhalten, indem man die Fäden beim Verlassen der Spinndüse in zwei Bündel teilt, von denen das eine dem erfindungsgemässen Streckverfahren und das andere einem einfachen Streckverfahren ohne asymmetrische Heizung unterworfen wird, worauf beide Bündel wieder vereinigt werden, z. B. mit Hilfe einer Verwirbelungsdüse. Man erhält so auf sehr wirtschaftliche Weise ein Mischgarn mit gutem Phantasie-Effekt.
Es ist überraschend festzustellen, dass man eine Kräuselung nur dann erhält, wenn man das erfindungsgemässe Verfahren auf Fäden anwendet, die gleichzeitig für Doppelbrechung, Kochschrumpf und Kristallinität Werte zeigen, welche alle in den weiter oben genannten Grenzen liegen. Ist nur einer dieser Werte ausserhalb der genannten Grenzen, so kräuseln die Fäden nicht, selbst wenn man versucht, die Behandlungsbedingungen zu variieren, wie in den Beispielen 1, 2 und 12.
Entsprechend schlecht ist das Ergebnis, wenn zwei dieser Werte ausserhalb der genannten Grenzen sind, wie die Beispiele 7 und 14-17 für verschiedene Polyamide zeigen.
Die beigefügten Zeichnungen sollen die Erfindung näher erläutern:
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens, wobei man von Fäden auf einer Spule ausgeht und die Entspannung unmittelbar nach dem Verstrecken vornimmt.
Fig. 2 zeigt schematisch eine andere Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens in Form eines integrierten Spinn- Streck- und Entspannungsprozesses.
Fig. 3 stellt schematisch die Herstellung eines Phantasie Mischgarnes mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens dar.
In Fig. 1 laufen die von der Spule 1 kommenden Fäden 10 in mehreren Umschlingungen um die ungeheizten Lieferrollen 2, darauf während einer kurzen Strecke über den feststehenden, auf eine Temperatur von 250 "C geheizten Stift 3, und sodann in mehreren Umschlingungen über die ungeheizten Streckrollen 4. Anschliessend laufen die Fäden in die Düse 5, welche durch das Rohr 8 mit Druckluft gespeist wird. Durch die Kraft der Druckluft werden die Fäden in das an die Düse anschliessende Rohr 6 und dann aus dem Rohr bis zum Umkehrpunkt 9 nach oben getrieben, wo die kinetische Energie der Fäden geringer wird, als die gemeinsame Kraft des Fadengewichts und der sehr geringen Kraft, die von der Aufwickelvorrichtung 7 ausgeübt wird.
Um die Entspannung der Fäden zu ermöglichen, muss die Umfangsgeschwindigkeit der Vorrichtung 7 so eingestellt werden, dass sie genügend unterhalb der Geschwindigkeit der Streckrollen 4 liegt, damit die Fäden mit einer Spannung von Null oder nahe Null aufgewickelt werden können.
In Fig. 2 werden die durch die Spinndüse 11 extrudierten Fäden 10 mittels der Kühlvorrichtung 12 verfestigt, durch die Präpariervorrichtung 13 präpariert und dann von den positiv angetriebenen Lieferrollen 14 übernommen. Darauf laufen die Fäden über die heisse gekrümmte Platte 15 und über die ungeheizten, ebenfalls positiv angetriebenen Streckrollen 16. Schliesslich laufen die Fäden durch die Entspannungsvorrichtung 17 und werden ohne jede Spannung im Behälter 19 aufgefangen.
In Fig. 3 werden die aus der Spinndüse 11 austretenden Fäden in der Kühlzone in zwei Bündel 21 und 22 geteilt, worauf jedes Bündel über eine Präpariervorrichtung 13 läuft.
Bündel 22 wird dann nach dem erfindungsgemässen Verfahren gemäss Fig. 2 behandelt, während Bündel eine konventionelle Streckvorrichtung, bestehend aus Lieferrollen 23 und Streckrollen 24, durchläuft. Die Bündel 21 und 22 laufen dann zusammen durch die Verwirbelungsdüse 25 und werden von der Rolle 7 aufgewickelt.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie in irgendeiner Weise zu beschränken. Falls nicht anders angegeben, werden darin die Eigenschaften der Fäden unter Normalbedingungen, d. h. bei einer Temperatur von 20 "C und einer relativen Feuchtigkeit von 65010 gemessen.
Der Kristallinitätsgrad des Polyamids wird nach der Methode der Röntgenstrahlenbeugung bestimmt. Der Kristallinitätsgrad von Polyäthyenterephthalat wird berechnet nach der Formel: d-1,335 0,i24 100 worin d die Dichte der Probe ist, gemessen in einem Gradientenrohr durch Vergleich mit der Dichte eines Vergleichskörpers, und 0,124 die Differenz zwischen den Dichten eines völlig kristallinen und eines völlig amorphen Polyesters.
Das Streckverhältnis für eine gegebene Dehnung erhält man durch Verstrecken der Fäden zwischen Liefer- und Streckrollen bei verschiedenen Streckverhältnissen. Man misst dann die Dehnung der erhaltenen Fäden mittels eines Instron Gerätes, und daraus leitet man ab, welches Streckverhältnis erforderlich ist, um die gegebene Dehnung der Fäden zu erhalten.
Die Fadenspannung wird mit Hilfe eines elektronischen Rothschild Spannungsmessers gemessen. Das Streckverhältnis vor oder nach Kontakt mit dem geheizten Organ wird abgeleitet von der Fadenspannung durch Vergleich mit einer ohne Heizorgan aufgenommenen Kurve, die die Beziehung zwischen Spannung und Streckverhältnis zeigt.
Die Einkräuselung wird nach der folgenden Formel berechnet: L-L, x100 worin L die Länge des entkräuselten Fadens ist und L, die Länge des gekräuselten Fadens unter einer Last von 0,1 mg/denier.
Die Entkräuselungsschwelle wird abgeleitet von der Kraft-Dehnungskurve des entkräuselten Fadens durch Messung von Kraft und Dehnung am Beginn der Abflachung der Kurve.
Beispiele 1-7
Ausgangsmaterial sind mehrere aus je 30 Fäden bestehende Polyäthylenterephthalat-Garne, die bei verschiedenen Geschwindigkeiten gesponnen wurden und folgende Eigenschaften haben: Beispiel 1 2 3 4 5 6 7 Spinngeschwindigkeit 1000 1500 2100 3100 3500 4000 4500 in m/min Gesamttiter in dtex 670 535 418 317 284 250 230 Doppelbrechung 0,005 0,008 0,016 0,037 0,049 0,068 0,083 Kochschrumpf in % 42 54 64 68 63 40 6 Kristallinität in /0 2 2 2 3 3 6 12 Restverstreckung 4,0 3,2 2,5 1,9 1,7 1,5 1,4
Wie man aus den Werten für Doppelbrechung, Kochschrumpf oder Kristallinität ersieht, entsprechen die Beispiele 3 bis 6 den von der vorliegenden Erfindung verlangt ten Grenzwerten, während die Beispiele 1, 2 und 7 zu Vergleichszwecken angegeben sind.
Die Verfahrensbedingungen der erfindungsgemässen Fäden 3 bis 6 sind die folgenden: Beispiel 3 4 5 6 Streckverhältnis: vor Heizstift 3 1,02 1,02 1,02 1,02 nach Heizstift 3 3,00 2,10 1,91 1,72 Streckspannung in g: vor Heizstift 3 125 125 135 155 nach Heizstift 3 215 220 245 265 Temperatur des 248 248 248 248 Heizstifts in "C Kontaktlänge in mm 11 11 11 11 Diese vier Beispiele ergeben gekräuselte Fäden.
Die Vergleichsbeispiele 1, 2 und 7 führen nicht zu Fäden mit annehmbarer Kräuselung. Um festzustellen, ob die Fäden bei bestimmten Behandlungswerten kräuseln, wurden Streckspannung, Temperatur des Heizstiftes und Kontaktlänge wie folgt variiert: Beispiel 1 2 7 Streckverhälntis: vor Heizstift 3 1,01 1,01 1,02 nach Heizstift 3 3,90 3,54 1,53 Streckspannung in g: vor Heizstift 3 40-130 35-130 115-225 nach Heizstift 3 140-210 150-220 250-320 Temperatur des Heizstifts in "C 220-255 220-255 220-255 Kontaktlänge in mm 3-20 3-20 5-20 Trotz dieser wesentlichen Variationen der Behandlungswerte wurden keine Fäden mit annehmbarer Kräuselung erhalten.
Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften der gekräuselten Fäden gemäss Beispielen 3 bis 6:
Beispiel 3 4 5 6
Festigkeit in gltex 44 47 50 48
Dehnung in % 8,1 10,0 9,6 9,5
Einkräuselung in 0/0 47 57,7 52,4 55,2 Zahl der Halbbogenlcm 5,1 5,8 6,5 4,9
Entkräuselungsschwelle: Dehnung in 0/0 5,6 5,5 5,6 5,5
Kraft in g/dtex 3,8 3,8 4,0 3,8
Diese Fäden werden anschliessend weiterbehandelt, indem man sie durch die Düse 5 und das Rohr 6 gemäss Fig.
1 leitet, wobei durch das Rohr 8 heisse trockene Luft von
175 "C eingeführt wird, die die Temperatur im Inneren der
Düse auf etwa 105 "C bringt. Die entspannten gekräuselten
Fäden haben die folgenden Eigenschaften:
Beispiel 3 4 5 6
Festigkeit in gltex 46 48 54 53
Dehnung in 0/0 11,6 12,5 13 12
Einkräuselung in % 45,8 52,2 48,2 46,1 Zahl der Halbbogenlcm 3,8 6,6 8,0 7,0
Entkräuselungsschwelle:
Dehnung in 0/0 9,7 8,5 8,4 8,5
Kraft in g/dtex 3,9 3,7 4,15 4,3
Beispiel 8
Zum Vergleich werden dieselben Fäden, die als Ausgangs material für Beispiel 4 dienten, in einer Vorrichtung gemäss
Fig. 1 aber ohne Heizstift 3 im Streckverhältnis von 2,09 verstreckt. Die erhaltenen Fäden sind nicht gekräuselt.
Beispiele 9, 10 und 11
Ausgangsmaterial sind Fäden aus Polyäthylenterephtha lat (Beispiele 9 und 10) und Fäden aus einem Copolymer von Äthylenterephthalat mit 5 Mol% Dimethylpropandiol (Beispiel 11). Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften des Ausgangsmaterials und die Verfahrensbedingungen: Ausgangsmaterial: Beispiel 9 10 11 Spinngeschwindigkeit 3500 2100 3000 in m/min Gesamttiter in dtex 66/34 3030/192 313/34 /Zahl der Einzelfäden Doppelbrechung 0,054 0,025 0,0295 Kochschrumpf in 0/0 62 63 78 Kristallinität in % 4 3 2,5 Restverstreckung 1,7/25% 2,5/20% 1,9/25% Ifür Dehnung von Verfahrensbedingungen: Beispiel 9 10 11 Streckverhältnis: vor Heizstift 3 1,02 1,01 1,01 nach Heizstift 3 1,77 2,96 2,14 Streckspannung in g:
vor Heizstift 3 40 750 70 nach Heizstift 3 62 1300 175 Temperatur des Heizstifts in C 248 248 250 Kontaktlänge in mm 7 12 9 Eigenschaften der gekräuselten Fäden: Beispiel 9 10 11 Festigkeit in g/tex 51 76 40 Dehnung in % 14,3 15 11 Einkräuselung in 0/0 62,2 25 37 Zahl der Halbbogen/cm 9,5 3,5 5 Entkräuselungsschwelle: Dehnung in % 7,4 8,5 6,5 Kraft in g/dtex 4,0 5,3 3,1
Nach Weiterbehandlung mit heisser trockener Luft, wie bei Beispielen 3-6 beschrieben, zeigen die Fäden gemäss Beispiel 9 die folgenden Eigenschaften: Festigkeit in g/tex 53 Dehnung in % 17 Einkräuselung in % 64 Zahl der Halbbogen/cm 10,4 Entkräuselungsschwelle:
: Dehnung in % 9,5 Kraft in g/dtex 4,1 Beispiel 12
Zum Vergleich behandelt man Fäden aus demselben Polymer, wie in Beispiel 11 beschrieben, die einen Gesamttiter von 649 dtex mit 34 Einzelfäden, eine Doppelbrechung von 0,0061, einen Kochschrumpf von 58%, eine Kristallinität von 1,5% und eine Restverstreckung von 3,4 haben, gemäss den folgenden Bedingungen: Streckverhältnis: 1,01 1,01 vor Heizstift 3 1,01 1,01 nach Heizstift 3 3,5 3,8
Streckspannung in g: vor Heizstift 3 50 80 nach Heizstift 3 140 200 Temperatur des 230 255
Heizstifts in "C
Kontaktlänge in mm 5 12
Nach beiden Varianten wurden keine Fäden mit annehmbarer Kräuselung erhalten.
Beispiel 13
In der integrierten Vorrichtung gemäss Fig. 2 wird ein Poly äthylenterephthalat mit der intrinsischen Viskosität von 0,67 bei 285 "C durch eine Spinndüse mit 34 Öffnungen von je 0,33 mm Durchmesser und 0,66 mm Länge bei einem Durchsatz von 99,5 g/min extrudiert. Die Fäden 10 passieren die Kühlvorrichtung 12, werden durch die Vorrichtung 13 präpariert, laufen in mehreren Umschlingungen um die Lieferrollen 14, die eine Oberflächengeschwindigkeit von 3100 m/min haben, berühren die auf 255 "C erhitzte Platte 15 auf einer Länge von 380 mm, laufen dann über die Streckrollen 16 mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 6650 m/min und schliesslich durch die mit Kaltluft betrieben Düse 17, worauf sie ohne jede Spannung im Behälter 19 abgelegt werden.
Die erhaltenen Fäden haben die folgenden Eigenschaften: Gesamttiter in dtex 150 Festigkeit in g/tex 49 Dehnung in 0/0 10,5 Kochschrumpf in 0/0 12 Zahl der Halbbogen/cm 5 Einkräuselung in 0/0 38 Entkräuselungsschwelle: Dehnung in 0/0 5,5 Kraft in g/dtex 3,8 Beispiele 14-17
Zum Vergleich werden Fäden aus einem Polyhexamethylenadipamid (Beispiel 14), einem Polycaprolactam (Beispiel 15) und einem Copolymer enthaltend 950/0 Hexamethylenadipamid- und 5 /0 Caproamidgruppen (Beispiele 16 und 17).
Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften des Ausgangsmaterials und die Verfahrensbedingungen: Ausgangsmaterial: Beispiel 14 15 16 17 Spinngeschwindigkeit 3000 4000 3000 4000 in m/min Gesamttiter in dtex 115/23 106/34 150/34 140/34 /Zahl der Einzelfäden Doppelbrechung 0,043 0,037 0,041 0,043 Kochschrumpf in 0/0 -1,1* 1,0 -0,5" 1,2 Kristallinität in % > 20 > 20 > 15 > 15 Restverstreckung 1,47 1,35 1,45 1,30 für 35% Dehnung Verfahrensbedingungen: Streckverhältnis: vor Heizstift 3 1,02 1,02 1,02 1,02 nach Heizstift 3 1,8 1,3-1,55 1,4-1,7 1,2-1,6 Temperatur des 220-255 180-210 220-250 220-250 Heizstifts in "C Kontaktlänge in mm 3-20 3-15 3-15 3-15 Keine dieser Fäden sind nach dem Entspannen gekräuselt.
Dies zeigt deutlich, dass Polyamidfäden, die mit hoher Geschwindigkeit gesponnen wurden und eine hohe Kristallinität und einen sehr niedrigen Kochschrumpf haben - die mit * bezeichneten Werte zeigen in kochendem Wasser sogar eine Dehnung an - die Herstellung gekräuselter Fäden nach dem erfindungsgemässen Verfahren nicht gestatten.
The present invention relates to a process for the production of polyester threads based on ethylene terephthalate, which are capable of curling after relaxation.
From British patent specification 911 509 it is known to produce crimped threads by drawing undrawn or partially drawn polyamide threads at least three times, with threads having a temperature gradient at the drawing point perpendicular to their longitudinal axis, which, however, is not caused by contact with a hot surface. This involves treating threads of high crystallinity, poor orientation and birefringence not exceeding 0.012. However, this method is complicated because of the numerous temperature controls involved, so that it cannot be operated at high speed.
British patent specification 1 025 241 also discloses a process for the production of crimped threads from polyethylene terephthalate by drawing undrawn threads with a birefringence of 0.001-0.015 at a draw ratio of 2.5-6. A transverse tension gradient is caused by rubbing the threads during a quarter turn up to four turns on a pin with a radius of less than 6 mm attached between the delivery and stretching rollers, while the temperature of the threads immediately in front of the heated pin is 90-125 ° C is brought, and as a result, the temperature of the threads is practically uniform over their entire cross-section.
However, the crimp is insufficient when working at high speed and, moreover, this method requires the setting of two temperatures.
Finally, from the French patent specification 1 243 781 a process for the production of threads with latent crimp is known, namely by asymmetrical heating on a narrow surface heated to 300-900 ° C. during drawing with a draw ratio of 2-8 and a speed of at least 100 imin, whereby the threads experience a change of direction at an angle of 130-170 between the run-up and run-off from the hot surface is latent.
The present invention relates to a process for the production of polyester threads based on ethylene terephthalate which are capable of crimping after relaxation, characterized in that threads made of a homo or copolymer based on ethylene terephthalate, which have a birefringence of 0.015-0.080, are heat-shrunk of 25-80% and a crystallinity of less than 6%, drawn with such a draw ratio that after drawing the elongation of the threads is below 15%, the drawing taking place at a point where the threads have a temperature gradient over their cross-section, which is brought about by a short run of the threads over a fixed, polished, convexly curved organ, which is kept at a temperature lying around 2-30 "C below the melting point of the polymer.
The invention also relates to the threads obtained by the process, which are capable of curling even in the cold after relaxation, and the relaxed, curled threads.
The process according to the invention is applied to threads made of polyethylene terephthalate or of a polymer which contains a large proportion of ethylene terephthalate groups and a small proportion of such groups which come from a diol other than ethylene glycol or from a dicarboxylic acid other than terephthalic acid.
The threads should also have a birefringence of 0.015-0.080, preferably 0.030-0.070, a boiling shrinkage of 25-80%, preferably 40-80% and a crystallinity of less than 6%, preferably less than 3% or even equal to or approximately zero. In general, such threads are produced by spinning at speeds of 2000-4000 mlmin; they mostly show a residual stretching of about 1.4-2.5 at ordinary temperature. Unless otherwise stated, residual stretching is understood in this text to mean the stretching that can be carried out so that the threads exhibit an elongation of 25%.
According to the invention, the spun threads are subjected to a drawing, by means of which their elongation, after drawing, is reduced to a value below 15%, preferably to a value below 10%. A draw ratio is used that is greater than the residual hiding of the spun threads, the difference between the draw ratio used and the residual draw being about 1/10 to 1/4 of the residual draw.
The drawing takes place at a point where the threads have a temperature gradient over their cross-section. For this purpose, a fixed, polished, convexly curved organ is attached between the supply and stretching rollers, on which a temperature is maintained which is 2-30 "C below the melting point of the polymer from which the threads are made, but preferably 2-8 "C below the melting point, e.g. B. at 250 "C. This organ can be a cylindrical pin or any other convexly curved surface which, contrary to expectations, does not necessarily have to have a very small radius of curvature. The length of contact of the threads with this organ must be sufficient to increase the temperature of the threads on one side, but not in such a way that the threads are continuously heated.
In this way, a considerable temperature gradient is created over the cross section of each individual thread. The required contact length naturally depends on the running speed of the threads. B. the running speed when stretching about 600-700 imin, a contact length of about 11 mm is generally sufficient, while a running speed of 6000-7000 m / min requires a significantly larger contact length, which can be 400 mm and more.
The threads obtained by the process show good crimping properties, especially a very fine spiral crimp, as soon as they are relaxed cold, or preferably hot. If one so wishes, the threads can be wound onto bobbins immediately after the drawing according to the invention. The threads then look like a flat yarn, but it begins to pucker as soon as the tension ceases, e.g. B. when unwinding at normal temperature.
However, the faster the relaxation occurs after stretching, the finer the crimp. In addition, the higher the temperature at which the relaxation is carried out, the finer and more permanent the crimp.
It is therefore advantageous to continuously relax the threads immediately after drawing.
Relaxation can be carried out by any known method, e.g. B. by temporarily storing the threads without any tension at ordinary temperature or in heat. The relaxation can take place in particular with the aid of the device described in German Offenlegungsschrift No. 2419 298 is described. Cold air, hot air, steam or a mixture of hot air and steam at temperatures of up to over 180.degree. C., preferably at temperatures of 120-180.degree. C., can be introduced into this device.
In order to wind up the threads without tension and thereby preserve the crimp well, the nozzle described in the aforementioned patent application can be directed upwards or at a small angle to the vertical and the nozzle can be extended through a tube in the same direction, whereby the from the Exiting threads from the nozzle get a hold.
You can also use a nozzle as described in German Offenlegungsschrift 2,459,074, to which a pipe or a second nozzle working in the opposite direction can be connected to hold the threads in the space between the two nozzles.
The method according to the invention can be carried out by starting with previously spun and wound threads, or by continuously connecting it to the spinning process without winding the threads in between. In the first case, the most favorable speed for the method according to the invention can be selected which ensures that the device used works properly.
In the second case, it is desirable to choose such speeds that one obtains both threads with good properties and a smooth operation of the integrated process. Such an integrated process is by far the most economically advantageous as it allows one to go straight from the molten polymer to the crimped filaments ready for use in the textile field.
The threads produced according to the invention have a fine crimp and good extensibility and crimp properties. The threads are not deformed and show no melting traces on the surface. The method according to the invention is therefore very gentle on the threads and, in contrast to the majority of the known crimping methods, does not cause any significant loss of strength.
According to an interesting variant of the method according to the invention, it is possible to obtain a fancy mixed yarn by dividing the threads into two bundles when they leave the spinneret, one of which is subjected to the drawing process according to the invention and the other to a simple drawing process without asymmetrical heating, whereupon both bundles are reunited, e.g. B. with the help of a swirl nozzle. A mixed yarn with a good fantasy effect is thus obtained in a very economical way.
It is surprising to find that a crimp is only obtained if the method according to the invention is applied to threads which simultaneously show values for birefringence, boiling shrinkage and crystallinity which are all within the limits mentioned above. If only one of these values is outside the stated limits, the threads do not pucker, even if one tries to vary the treatment conditions, as in Examples 1, 2 and 12.
The result is correspondingly poor when two of these values are outside the stated limits, as Examples 7 and 14-17 show for various polyamides.
The attached drawings are intended to explain the invention in more detail:
1 shows schematically an embodiment of the method according to the invention, starting with threads on a bobbin and relaxing the tension immediately after stretching.
Fig. 2 shows schematically another embodiment of the method according to the invention in the form of an integrated spinning, stretching and relaxation process.
Fig. 3 shows schematically the production of a fancy mixed yarn with the aid of the method according to the invention.
In Fig. 1, the threads 10 coming from the bobbin 1 run in several loops around the unheated delivery rolls 2, then over a short distance over the fixed pin 3 heated to a temperature of 250 "C, and then in several loops over the unheated ones Draw rollers 4. The threads then run into the nozzle 5, which is fed with compressed air through the pipe 8. The force of the compressed air forces the threads into the pipe 6 adjoining the nozzle and then out of the pipe up to the reversal point 9 where the kinetic energy of the threads becomes less than the combined force of the thread weight and the very low force exerted by the winder 7.
In order to allow the threads to relax, the peripheral speed of the device 7 must be adjusted so that it is sufficiently below the speed of the stretching rollers 4 so that the threads can be wound with a tension of zero or close to zero.
In FIG. 2, the threads 10 extruded through the spinneret 11 are solidified by means of the cooling device 12, prepared by the preparation device 13 and then taken over by the positively driven delivery rollers 14. The threads then run over the hot, curved plate 15 and over the unheated, likewise positively driven stretching rollers 16. Finally, the threads run through the relaxation device 17 and are caught in the container 19 without any tension.
In FIG. 3, the threads emerging from the spinneret 11 are divided into two bundles 21 and 22 in the cooling zone, whereupon each bundle runs over a preparation device 13.
Bundle 22 is then treated according to the method according to the invention according to FIG. 2, while bundle passes through a conventional stretching device consisting of delivery rollers 23 and stretching rollers 24. The bundles 21 and 22 then run together through the swirl nozzle 25 and are wound up by the roll 7.
The following examples are intended to illustrate the invention without restricting it in any way. Unless otherwise stated, the properties of the threads under normal conditions, i.e. H. measured at a temperature of 20 "C and a relative humidity of 65010.
The degree of crystallinity of the polyamide is determined by the X-ray diffraction method. The degree of crystallinity of polyethylene terephthalate is calculated according to the formula: d-1.335 0, i24 100 where d is the density of the sample, measured in a gradient tube by comparison with the density of a reference body, and 0.124 the difference between the densities of a completely crystalline and a completely amorphous polyester.
The stretch ratio for a given elongation is obtained by stretching the threads between delivery and stretch rollers at different stretch ratios. The elongation of the filaments obtained is then measured using an Instron device, and from this it is deduced what draw ratio is required to obtain the given elongation of the filaments.
The thread tension is measured using an electronic Rothschild tension meter. The draw ratio before or after contact with the heated element is derived from the thread tension by comparison with a curve recorded without a heating element, which shows the relationship between tension and draw ratio.
The crimp is calculated according to the following formula: L-L, x100 where L is the length of the uncrimped thread and L is the length of the crimped thread under a load of 0.1 mg / denier.
The uncrimped threshold is derived from the force-elongation curve of the uncrimped yarn by measuring the force and elongation at the beginning of the flattening of the curve.
Examples 1-7
The starting material is several polyethylene terephthalate yarns, each consisting of 30 threads, which were spun at different speeds and have the following properties: Example 1 2 3 4 5 6 7 Spinning speed 1000 1500 2100 3100 3500 4000 4500 in m / min Total denier in dtex 670 535 418 317 284 250 230 Birefringence 0.005 0.008 0.016 0.037 0.049 0.068 0.083 Boiling shrinkage in% 42 54 64 68 63 40 6 Crystallinity in / 0 2 2 2 3 3 6 12 Remaining stretching 4.0 3.2 2.5 1.9 1.7 1, 5 1.4
As can be seen from the values for birefringence, boiling shrinkage or crystallinity, Examples 3 to 6 correspond to the limit values required by the present invention, while Examples 1, 2 and 7 are given for comparison purposes.
The process conditions of the threads 3 to 6 according to the invention are as follows: Example 3 4 5 6 Stretching ratio: before heating pin 3 1.02 1.02 1.02 1.02 after heating pin 3 3.00 2.10 1.91 1.72 stretching tension in g: before heating pin 3 125 125 135 155 after heating pin 3 215 220 245 265 temperature of 248 248 248 248 heating pin in "C contact length in mm 11 11 11 11 These four examples result in crimped threads.
Comparative Examples 1, 2 and 7 do not result in filaments with acceptable crimp. In order to determine whether the threads pucker at certain treatment values, the stretching tension, temperature of the heating pin and contact length were varied as follows: Example 1 2 7 Stretching ratio: before heating pin 3 1.01 1.01 1.02 after heating pin 3 3.90 3.54 1.53 Yield stress in g: before heating element 3 40-130 35-130 115-225 after heating element 3 140-210 150-220 250-320 temperature of heating element in "C 220-255 220-255 220-255 contact length in mm 3 -20 3-20 5-20 Despite these substantial variations in treatment values, no yarns with acceptable crimp were obtained.
The following table shows the properties of the crimped threads according to Examples 3 to 6:
Example 3 4 5 6
Strength in gltex 44 47 50 48
Elongation in% 8.1 10.0 9.6 9.5
Ripple in 0/0 47 57.7 52.4 55.2 Number of semicircles cm 5.1 5.8 6.5 4.9
Uncurling threshold: stretching in 0/0 5.6 5.5 5.6 5.5
Force in g / dtex 3.8 3.8 4.0 3.8
These threads are then treated further by passing them through the nozzle 5 and the tube 6 according to FIG.
1 passes through the pipe 8 hot dry air from
175 "C is introduced which is the temperature inside the
Brings nozzle to about 105 "C. The relaxed ruffled
Threads have the following properties:
Example 3 4 5 6
Strength in gltex 46 48 54 53
Stretching in 0/0 11.6 12.5 13 12
Curling in% 45.8 52.2 48.2 46.1 Number of half-arches 3.8 6.6 8.0 7.0
De-curling threshold:
Elongation in 0/0 9.7 8.5 8.4 8.5
Force in g / dtex 3.9 3.7 4.15 4.3
Example 8
For comparison, the same threads that were used as the starting material for Example 4, in a device according to
Fig. 1 but without heating pin 3 stretched in a stretching ratio of 2.09. The threads obtained are not crimped.
Examples 9, 10 and 11
The starting material are threads made of polyethylene terephthalate (Examples 9 and 10) and threads made of a copolymer of ethylene terephthalate with 5 mol% of dimethylpropanediol (Example 11). The following table shows the properties of the starting material and the process conditions: Starting material: Example 9 10 11 Spinning speed 3500 2100 3000 in m / min Total denier in dtex 66/34 3030/192 313/34 / number of individual threads Birefringence 0.054 0.025 0.0295 Boiling shrinkage in 0/0 62 63 78 Crystallinity in% 4 3 2.5 Remaining stretching 1.7 / 25% 2.5 / 20% 1.9 / 25% I For stretching process conditions: Example 9 10 11 Stretching ratio: before heating pin 3 1.02 1.01 1.01 according to heater 3 1.77 2.96 2.14 Yield stress in g:
before heating pin 3 40 750 70 after heating pin 3 62 1300 175 temperature of the heating pin in C 248 248 250 contact length in mm 7 12 9 properties of the crimped threads: example 9 10 11 strength in g / tex 51 76 40 elongation in% 14.3 15 11 Crimping in 0/0 62.2 25 37 Number of semi-arches / cm 9.5 3.5 5 Uncurling threshold: elongation in% 7.4 8.5 6.5 force in g / dtex 4.0 5.3 3, 1
After further treatment with hot dry air, as described in Examples 3-6, the threads according to Example 9 show the following properties: Strength in g / tex 53 Elongation in% 17 Crimping in% 64 Number of semi-arches / cm 10.4 Uncrimping threshold:
: Elongation in% 9.5 Force in g / dtex 4.1 Example 12
For comparison, threads made of the same polymer are treated as described in Example 11, which have a total denier of 649 dtex with 34 individual threads, a birefringence of 0.0061, a boiling shrinkage of 58%, a crystallinity of 1.5% and a residual draw of 3 , 4, according to the following conditions: Stretching ratio: 1.01 1.01 before heating pin 3 1.01 1.01 after heating pin 3 3.5 3.8
Yield stress in g: before heating pin 3 50 80 after heating pin 3 140 200 temperature of 230 255
Heating pin in "C
Contact length in mm 5 12
No yarns with acceptable crimp were obtained in either variant.
Example 13
In the integrated device according to FIG. 2, a poly ethylene terephthalate with the intrinsic viscosity of 0.67 at 285 "C is passed through a spinneret with 34 openings, each 0.33 mm in diameter and 0.66 mm in length, at a throughput of 99.5 The threads 10 pass the cooling device 12, are prepared by the device 13, run in several loops around the delivery rollers 14, which have a surface speed of 3100 m / min, touch the plate 15, which is heated to 255 "C. Length of 380 mm, then run over the stretching rollers 16 at a surface speed of 6650 m / min and finally through the nozzle 17 operated with cold air, whereupon they are deposited in the container 19 without any tension.
The threads obtained have the following properties: Total denier in dtex 150 Strength in g / tex 49 Elongation in 0/0 10.5 Cooking shrinkage in 0/0 12 Number of semi-arcs / cm 5 Crimping in 0/0 38 Uncrimping threshold: Elongation in 0 / 0 5.5 force in g / dtex 3.8 Examples 14-17
For comparison, threads made of a polyhexamethylene adipamide (Example 14), a polycaprolactam (Example 15) and a copolymer containing 950/0 hexamethylene adipamide and 5/0 caproamide groups (Examples 16 and 17).
The following table shows the properties of the starting material and the process conditions: Starting material: Example 14 15 16 17 Spinning speed 3000 4000 3000 4000 in m / min Total denier in dtex 115/23 106/34 150/34 140/34 / number of individual threads birefringence 0.043 0.037 0.041 0.043 Boiling shrinkage in 0/0 -1.1 * 1.0 -0.5 "1.2 Crystallinity in%> 20> 20> 15> 15 Residual stretching 1.47 1.35 1.45 1.30 for 35% Elongation Process conditions: Draw ratio: before heating pin 3 1.02 1.02 1.02 1.02 after heating pin 3 1.8 1.3-1.55 1.4-1.7 1.2-1.6 Temperature of 220 -255 180-210 220-250 220-250 heating pin in "C Contact length in mm 3-20 3-15 3-15 3-15 None of these threads are crimped after relaxing.
This clearly shows that polyamide threads which have been spun at high speed and have high crystallinity and very low boiling shrinkage - the values marked with * even indicate elongation in boiling water - do not allow the production of crimped threads by the process according to the invention.