CH634357A5 - Verfahren zum spinntexturieren von polyamid. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spinntexturieren von Polyamid zur kontinuierlichen Herstellung verstreckter (d. i. molekularorientierter) Mehrfaser-Polyamidgarne mit latenter Kräuselung, bei welchen die latente Kräuselung in einzelne Fasern des Garnes ohne die Anwendung einer speziellen Kräuselvorrichtung oder einer gesonderten Kräusel-massnahme eingebracht wird.

Zum Einbringen einer Kräuselung in Polyamidgarne sind verschiedene mechanische Techniken bekannt. Normalerweise erfordern diese Techniken, dass das gesponnene Garn vor der Kräuselstufe vollständig verstreckt ist. Im allgemeinen umfassen diese Techniken das Erwärmen eines vollständig verstreckten Polyamidgarnes, das Deformieren des warmen Garnes, dann das Kühlen des Garnes, während es in dem deformierten Zustand ist, und schliesslich das Beseitigen der Deformationen an dem gekühlten Garn. Bei einer derartigen Technik, dem Zahnradkräuseln, wird das verstreckte Polyamidgarn zwischen zwei Zahnrädern hindurchgeführt, deren Zähne miteinander in Eingriff sind. Die Geschwindigkeit, mit welcher das Garn zwischen den Zahnrädern laufen kann, ist begrenzt und beträchtlich geringer als die Liefergeschwindigkeit heutiger Schmelzspinnvorrichtungen. Daher wird das Zahnradkräuseln normalerweise in einem vom Schmelzspinnen gesondertem Vorgang durchgeführt, was aus Wirtschaftlichkeitsüberlegungen heraus aufwendig ist. Andererseits werden selbst bei solchen Kräuseltechniken, die bei hohen Geschwindigkeiten durchgeführt werden können und daher an den Spinn- und Streckvorgang gekoppelt werden können, wie beim Stopfkräuseln oder Strahltexturieren, spezielle Ausrüstungen verwendet und erfordern einen gesonderten und aufwendigen Texturierschritt, welcher dem Spinnschritt und dem Verstreckschritt folgt.

Eine andere Technik, welche zur Aufbringung einer Kräuselung auf Polyamidgarn verwendet wurde, besteht im Spinnen einer Verbundfaser, in welcher zwei verschiedenartige Polyamide verschiedenartiger Eigenschaften (z. B. Schrumpffähigkeit) nicht-konzentrisch zur Faserachse vereinigt werden. Bei dieser Technik ist jedoch eine aufwendige und komplizierte Ausrüstung zum Schmelzen und Extrudieren der beiden Polyamide erforderlich.

Ein Ziel der Erfindung ist es, zur Herstellung eines Polyamidgarnes mit latenter Kräuselung ein einfaches und wirksames Verfahren zu schaffen, durch welches die Nachteile der oben angeführten Kräuseltechniken vermieden sind.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Spinntexturieren von Polyamid zur kontinuierlichen Herstellung eines verstreckten Mehrfaser-Polyamidgarns mit latenter Kräuselung ist kommerziell attraktiv, weil die latente Kräuselung einzelner Fasern ohne die Verwendung einer speziellen Kräuselausrüstung oder eines speziellen Kräuselschrittes aufgegeben wird. Das Verfahren gemäss der Erfindung wird unter solchen Bedingungen durchgeführt (die noch beschrieben werden), dass durch die Entwicklung der latenten Kräuselung das Garn eine Kräuselung (wird noch definiert) von wenigstens 10% und vorzugsweise wenigstens 15% erhält, wobei eine Kräuselung im Bereich von 15% bis 40% beson5

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ders bevorzugt wird. Mehrfaser-Polyamidgarne mit einer Kräuselung zwischen 15% und 40% können mit Vorteil für die Herstellung von Teppichen verwendet werden, ohne das Garn weiter texturieren zu müssen, so dass aufwendige Tex-turiervorgänge entfallen können.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein geschmolzenes, fadenbildendes Polyamid mit bestimmter Extrusionsrate durch Düsenlöcher einer Mehrloch-Spinndüse in Form mehrerer Schmelzenfäden extrudiert wird, dass die Schmelzenfäden in einer Abkühlzone unter Ausbildung von Fasern abgekühlt werden, dass diese Fasern verstreckt werden, indem sie aus der Abkühlzone mit bestimmter Umschlingungszahl um eine mit bestimmter Umfangsgeschwindigkeit angetriebene erste Rollenanordnung geführt werden, die wenigstens eine Rolle enthält, welche auf einer Rollentemperatur von mindestens 70°C gehalten ist, die jedoch geringer als die Zersetzungstemperatur der Fasern ist, und dann von der ersten Rollenanordnung mit mehreren Umschlingungen um eine zweite Rollenanordnung geführt werden, die mit einer derartigen Umfangsgeschwindigkeit angetrieben ist, dass die Fasern zwischen der ersten und der zweiten Rollenanordnung mit einer Streckzahl von mehr als 1,0 und weniger als 4,0 verstreckt werden und verstreckt sind, bevor die Fasern ihr kristallines Gleichgewicht erreichen, und dass die Fasern dann in Form eines Garnes gesammelt werden, wobei die Extrusionsrate, die Rollentemperatur, die Umschlingungszahl und das Verstrecken derart aufeinander abgestimmt werden, dass ein Garn mit bestimmtem Denier pro Faser und einer Kräuselung von wenigstens 10% nach einer Temperaturbehandlung mit trockener Wärme bei 180°C in entspanntem Zustand erhalten wird.

Die Bezeichnung «kristallines Gleichgewicht» wird hier im Zusammenhang mit einer Faser zur Bezeichnung desjenigen Kristallisationsgrades verwendet, der normalerweise von der Faser erreicht wird, und über welchen hinaus eine merkliche Kristallisation mit der Zeit nicht auftritt. Die Bezeichnung «teilweise kristallin», welche hier im Zusammenhang mit einer Faser verwendet wird, bedeutet, dass die Faser einen Kristallisationsgrad hat, jedoch noch nicht denjenigen Kristallisationsgrad erreicht hat, welcher bei ihrem kristallinen Gleichgewicht vorhanden ist.

Wenngleich der genaue Mechanismus, durch welchen das Verfahren gemäss der Erfindung eine latente Kräuselung in eine Faser einbringt, nicht vollständig verstanden wird, wird angenommen, dass die latente Kräuselung in die Faser aufgrund der Morphologie der Faser eingebracht wird, welche sich in dem Zeitpunkt, in welchem die Faser verstreckt wird, im Zustand der Asymmetrie in bezug auf die Ebene quer zu ihrer Länge befindet. Das Erwärmen der Faser induziert oder löst in der Faser ersichtlich asymmetrisch Spannungen zu einem Zeitpunkt, bei welchem sich in der Faser kristalline Bereiche entwickeln. Durch das Verstrecken der Faser, während diese sich in diesem Zustand befindet, werden die asymmetrischen Spannungen in der Faser bis zu einem Zeitpunkt eingefroren, in welchem die Spannungen durch eine Temperaturbehandlung mit trockener Wärme bei 180°C im entspannten Zustand freigesetzt werden, was dazu führt, dass die Faser sich kräuselt.

Das Ausmass der Erwärmung, das erforderlich ist, um ein Garn mit einem gewünschten Mass latenter Kräuselung zu erhalten, ist abhängig von der Extrusionsrate, dem Streckverhältnis oder der Streckzahl und dem Denier der Fasern und muss daher auf diese Verfahrensbedingungen abgestimmt werden. Durch Konstanthalten dieser zuletzt erwähnten Bedingungen wurde gefunden, dass die in das Garn eingebrachte latente Kräuselung mit zunehmendem Erwärmen des Garns bis zu einem Maximum des Grades der latenten Kräuselung zunimmt und danach mit zunehmendem Erwärmen des Garnes abnimmt. Das Ausmass der Erwärmung, das bei bestimmten, gegebenen Verfahrensbedingungen erforderlich ist, um ein Garn mit einem gewünschten Grad an latenter 5 Kräuselung zu erzeugen, kann in der Praxis leicht von einem Fachmann bestimmt werden, indem er lediglich das Ausmass der Erwärmung ändert, bis der gewünschte Grad an latenter Kräuselung erreicht ist.

Im allgemeinen werden die beheizten Rollen durch elek-lo trische Einrichtungen geheizt. Die Temperatur, auf welcher die beheizte Rolle gehalten ist, ist abhängig von der Verweilzeit des Garnes in Kontakt mit der beheizten Fläche. Das Verstrecken des erwärmten Garnes muss durchgeführt werden, bevor die Fasern ihr kristallines Gleichgewicht erreichen, 15 wenn eine merkliche Kräuselung eingebracht werden soll. Der Verstreckschritt kann durch konventionelle Techniken durchgeführt werden.

Das Erwärmen auf mindestens 70°C und das Verstrecken werden dadurch durchgeführt, dass die abgekühlten Fasern 20 mit bestimmter Umschlingungszahl um eine mit bestimmter Umfangsgeschwindigkeit angetriebene erste Rollenanordnung (z. B. eine Zuführrolle oder eine Zuführrolle mit einer Abstandshalterrolle oder ein Paar von Zuführrollen) geführt werden, die wenigstens eine Rolle enthält, welche auf einer 25 Rollentempertur von mindestens 70°C gehalten ist, die jedoch geringer als die Zersetzungstemperatur der Fasern ist, und dann mit mehreren Umschlingungen um eine zweite Rollenanordnung (z. B. Abzugsrolle und Distanzhalterrolle oder ein Paar von Abzugsrollen) geführt werden, die mit einer der-30 artigen Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wird, dass die Fasern zwischen der ersten und der zweiten Rollenanordnung mit einer Streckzahl von mehr als 1,0 und weniger als 4,0 verstreckt werden und verstreckt sind, bevor die Fasern ihr kristallines Gleichgewicht erreichen. Das Garn kann auf 35 ringförmigem oder achtförmigem Weg um jede oder beide Rollenanordnungen herumgeführt werden.

Die Temperatur der beheizten Rollen und die Anzahl von Umschlingungen des Garnes um das erste Rollenpaar können auf die anderen Verfahrensbedingungen abgestimmt 40 werden, um ein Garn zu erhalten, welches den gewünschten Grad an latenter Kräuselung hat. Wenn zwischen den beiden Rollenpaaren kein Ausrichtstift zur Lokalisierung des Streckpunktes vorhanden ist, wird das Garn verstreckt, sobald es das erste Rollenpaar verlässt. Unter diesen Bedingungen 45 werden die Fasern, gleichgültig, ob ein Ausrichtstift vorhanden ist oder nicht, verstreckt, während sie nur teilweise kristallin sind. Vor dem Ende des Verstreckens muss jede Behandlung des Garns, die zum Erreichen des kristallinen Gleichgewichtes sämtlicher Fasern führt, vermieden werden, so Je nach der Weise, in welcher das Erwärmen durchgeführt wird, kann die latente Kräuselung, die in ein Mehrfasergarn eingebracht wird, regelmässig oder zufallsverteilt über die Länge der einzelnen Fasern hin und von Faser zu Faser auftreten. Wenn eine grosse Anzahl von Fasern (grösser als 34) 55 mittels der Zuführrolle(n) in der im vorstehenden Absatz beschriebenen Weise erwärmt wird, steht in jedem gegebenen Zeitpunkt nur ein Teil der Fasern des Garns in Kontakt mit der beheizten Rolle, weil während eines einzigen Umlaufs einige der Fasern auf anderen Fasern aufreiten und die Posi-60 tion der Fasern von Umschlingung zu Umschlingung sich ändert. Daher werden Abschnitte jeder Faser stärker aufgeheizt als andere Abschnitte, und ein oder mehrere Abschnitte einiger Fasern können vollständig unbeheizt bleiben. Nach Entwicklung der latenten Kräuselung hat das sich ergebende 65 Garn eine zufallsverteilte Schraubenkräuselung, d. i. einige Abschnitte jeder Fasern haben eine hohe Kräuselhäufigkeit, andere Abschnitte haben eine mittlere Kräuselhäufigkeit, wieder andere Abschnitte haben eine geringe Kräuselhäufig

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keit und noch andere Abschnitte können keine Kräuselung haben. Die Zufallsverteilung der Kräuselung führt dazu, dass das Garn besonders geeignet ist für die Verwendung in Teppichkonstruktionen. Jedoch kann die Zufallsverteilung der Kräuselung, falls gewünscht, durch ein gleichförmigeres Erwärmen der Fasern reduziert werden.

Garn, welches durch das Verfahren gemäss der Erfindung spinntexturiert ist, kann in üblicher Weise zur Entwicklung der latenten Kräuselung behandelt werden, wie durch Erhitzen des Garnes auf eine Temperatur zwischen etwa 90°C und etwa 220°C mit Dampf oder trockener Wärme, wärend es entspannt ist. Wenn die Wärmebehandlung mit trockener Wärme bei 180°C ausgeführt wird, behält das sich ergebende texturierte Garn seine Kräuselung nach dem Abkühlen und hat eine Kräuselung von wenigsten 10% und bis zu 50% oder mehr, die folgendermassen bestimmt wird:

% Bauschigkeit = x 100,

worin LI eine gegebene Garnlänge vor der Entwicklung der latenten Kräuselung und L2 die Länge desselben Garns (LI) nach der Entwicklung der latenten Kräuselung durch Behandlung der Garnlänge bei 180°C mit trockener Wärme für fünf Minuten und anschliessendes Abkühlen des Garns auf Umgebungstemperatur während einer Minute bedeuten. Danach wird die Garnlänge erneut gemessen (L2), mit einer Kraft von 0,0009 gpd (Gramm pro Denier) 30 Sekunden nach dem Abkühlen verstreckt. Der Kräuselgrad des erhaltenen texturierten Garns kann durch die folgende Formel bestimmt werden:

% Kräuselung = x 100,

worin L2 dieselbe Bedeutung wie oben hat und L3 die Länge desselben Garns (L2) ist, nachdem es mit 0,8 gpd verstreckt ist. Garne, die durch das Verfahren gemäss der Erfindung hergestellt werden, haben eine latente Kräuselung von wenigstens 10%, vorzugsweise von 15 bis 35%. Die prozentuale thermische Schrumpfung (% TS) des texturierten Garnes kann durch die folgende Formel berechnet werden:

11-13 %TS = j , x 100.

Bei der Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung kann das Garn in der Form eines kontinuierlichen Fasergarnes oder in Form von Stapellängen gesammelt werden, d. i. das Garn kann auf einer Spule gesammelt oder in Schlingen in einen Behälter abgelegt werden oder in Stapelfäden zerschnitten und dann gesammelt werden.

Die Erfindung wird anhand einer Ausführungsform einer Vorrichtung, die aus der Zeichnung ersichtlich ist, und anhand von Beispielen erläutert. Die Figur der Zeichnung stellt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung dar,

welche zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung geeignet ist.

Von den im Handel verwendeten Polyamidgarnen sind Polyhexamethylenadipamid (Nylon 66) und Polycapro-lactam (Nylon 6) bevorzugte Polyamide in Faserform für das Verfahren gemäss der Erfindung, wobei Nylon 66 besonders bevorzugt wird. Jedoch können auch andere geeignete Polyamide verwendet werden, unter welche diejenigen fallen, welche durch die Polykondensation eines oder mehrerer

Diamine der Formel NH2-(CH2)n-NH mit einer oder mehr Disäuren der Formel HOOC-(CH2)n-COOH und/oder HOOC-Ar-COOH gebildet sind, worin n eine Zahl von 4 bis 12 und Ar bedeuten.

Beispiele solcher Polyamide umfassen Nylon 6TA/6IA, Nylon 66/6TA, Nylon 66/6TA/6IA und dergleichen. Polyamide, aus welchen die Garne hergestellt werden, können Zusätze oder Modifiziermittel enthalten, wie diejenigen, welche gewöhnlich in Textil- und Teppichgarnen verwendet werden, beispielsweise Wärme- und Lichtstabilisierer, Mat-tierungsmittel, Farbzusätze oder Farbmodifiziermittel, Mittel zur Erhöhung der Flammenbeständigkeit, antistatische Mittel oder dergleichen.

Das Verfahren wird hier im Zusammenhang mit Nylon 66 beschrieben. Wenngleich leichte Einstellungen der Verfahrensbedingungen, wie der Temperatur, der Verfahrenszeit und der Verstreckbedingungen, erforderlich sein können, um eine optimale Bauschigkeit in anderen Polyamidgarnen zu erzielen, können solche Bedingungen leicht durch Routineversuche bestimmt werden. Der Bauschigkeitsgrad des Polyamidgarnes liegt normalerweise zwischen 10% und 50% oder mehr. Für Teppichgarne ist ein Bauschigkeitsgrad von wenigstens etwa 10% und gewöhnlich zwischen 15 und 40% erwünscht. Verfahrensbedingungen, welche den Bauschigkeitsgrad eines Garnes beeinflussen, werden noch beschrieben.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung wird gemäss der Zeichnung geschmolzenes, faserbildendes Nylon 66 in Handelsgüte mit einer bestimmten Extrusionsrate durch Düsenlöcher der Mehrloch-Spinndüse 1 extrudiert, so dass geschmolzene Ströme gebildet werden, welche zur Ausbildung von Fasern 2 in einer Kühlzone gekühlt werden. Die Fasern 2 werden aus der Kühlzone abgezogen und um eine Zuführrolle 3 und die ihr zugeordnete Distanzhalterrolle 4 wenigstens in einer Teil-umschlingung herumgeführt. Die Fläche der Zuführrolle 3, um welche die Fasern herumgeführt sind, ist beispielsweise elektrisch beheizt und auf einer bestimmten Temperatur gehalten. Geeignete elektrisch heizbare und drehbare Rollen sind im Handel verfügbar. Die Fasern 2 werden von der Zuführrolle 3 abgezogen und mittels der Abzugsrolle 5 und der ihr zugeordneten Distanzhalterrolle 6 mit einem bestimmten Streckverhältnis verstreckt, bevor sie ihr kristallines Gleichgewicht erreichen. Die Abzugsrolle 5 wird von einem Motor (nicht gezeigt) für eine Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, welche grösser ist als die Umfangsgeschwindigkeit der Zuführrolle 3. Falls gewünscht, kann ein Ausrichtstift (Streckstift) zwischen der Zuführrolle 3 und der Abzugsrolle 5 angeordnet werden, um den Streckpunkt zu lokalisieren. Die Extrusionsrate, die Streckzahl und das Beheizen der Fasern, d. i. die Temperatur der geheizten Zuführrolle 3 und die Anzahl der Umschlingungen, in welchen die Fasern 2 um die geheizte Zuführrolle 3 herumgeschlungen sind, sind aufeinander abgestimmt, um ein Garn mit einem gegebenen Denier pro Faser (dpf) zu erhalten, welches den gewünschten Grad an latenter Kräuselung hat. Die Fasern 2 werden dann von der Abzugsrolle 5 abgezogen, nachdem sie eine oder mehrere Umschlingungen (beispielsweise 5 bis 13) um die Rollen 5 und 6 durchlaufen haben, und werden mittels einer Querführung 7 oder einer anderen geeig5

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neten Einrichtung zu einer Aufwickelspule 8 aufgewickelt. Wahlweise können die Fasern auch in einen Behälter in Schlingen abgelegt werden oder in Stapellängen zerschnitten und dann gesammelt werden. Die Extrusionsrate und Umfangsgeschwindigkeit der Rollen 3 und 5 sind aufeinander abgestimmt, um ein Garn zu erzeugen, welches ein gewünschtes Denier pro Faser hat.

Es ist ersichtlich, dass viele variable Verfahrensfaktoren einen Einfluss auf den Grad an latenter Kräuselung haben, welche in das Garn eingebracht wird. Die folgende Diskussion bezieht sich auf die Wirkung der Änderung nur einer Variablen auf einmal, während alle anderen Variablen konstant bleiben, und bezieht sich auf die Herstellung von Garn aus Nylon 66. Es ist ersichtlich, dass zwischen einigen Variablen ein Zusammenwirken vorhanden sein kann.

Garn, welches in dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellt wird, kann jeden gewünschten Querschnitt haben, z. B. können die Fasern einen kreisförmigen, dreieckigen, dreilappigen oder dreistrahligen (drei gerade oder krumme Linienstücke, die in einem gemeinsamen Zentrum zusammenlaufen) Querschnitt haben.

Das Kühlen der Schmelzenfäden in der Kühlzone kann unterstützt werden durch einen Querstrom oder Gegenstrom von Luft in einer Abkühl- oder Abschreckkammer, die gewöhnlich als Kamin bezeichnet wird. Von dem Kamin können die Fasern durch ein Dampfkonditionierrohr geführt werden. Es wurde nicht festgestellt, dass die Verwendung von Kühlluft und/oder Konditionierdampf einen merklichen Einfluss auf den Grad an latenter Kräuselung hat, welche in die Fasern eingebracht wird.

Wenngleich Konvergenzführungen bei der Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung verwendet werden können, beispielsweise in dem Kamin, wurde beobachtet, dass durch die Verwendung solcher Führungen eine Reduzierung des Grades an latenter Kräuselung auftreten kann, der in anderen Fällen in die Fasern eingebracht werden kann.

Falls gewünscht, kann ein Ausrüstmittel auf die Fasern unmittelbar vor ihrer Berührungsstelle mit der Zuführrolle aufgebracht werden. Am bequemsten kann dies durchgeführt werden, indem die Fasern über eine Rolle geführt werden, von welcher ein Ausrüstmittel aus einem Behälter auf die Fasern übertragen wird, in welchem die Rolle sich dreht. Es wurde beobachtet, dass ein Anstieg des Grades an latenter Kräuselung, die in die Fasern eingebracht wird, erreicht werden kann, indem ein Ausrüstmittel auf die Fasern in der gerade beschriebenen Weise aufgebracht wird. Es wurde auch beobachtet, dass das Mass dieses Anstiegs der latenten Kräuselung umgekehrt proportional zu der Umfangsgeschwindigkeit der Ausrüstrolle ist.

Die Zuführrollenanordnung besteht zweckmässig aus einer konventionellen, motorisch angetriebenen, elektrisch geheizten Rolle und einer zugeordneten Distanzhalterrolle. Möglicherweise kann jedoch eine einzelne angetriebene, elektrisch beheizte Rolle verwendet werden, wobei dann die Fasern in einer Teilumschlingung oder einer oder mehr Umschlingungen um solch eine Rolle geführt sind. Wenn jedoch eine Mehrzahl von Umschlingungen einer Einzelrolle durch die Fasern vorgesehen werden, neigen die Fasern dazu, sich zu verwirren. Es wurde gefunden, dass bei Fasern, die während der Umschlingung der Rollen in Kontakt mit der geheizten Zuführrolle (110°C bis 140°C) für eine Zeitspanne stehen, welche kleiner als etwa 0,01 Sekunden oder grösser als 1,00 Sekunden ist, eine merkliche latente Kräuselung in den fertigen Fasern nicht vorhanden ist. Bei der Herstellung von Fasern mit etwa 20 Denier können mit einer Kontaktzeit zwischen 0,05 und 0,3 Sekunden auf der geheizten Zuführrolle, die auf einer Temperatur zwischen etwa 110°C und etwa 140°C gehalten ist, Fasern mit einer potentionellen Bauschigkeit im Bereich von 15 bis 40% erzeugt werden. Um Garn aus Nylon 66 mit 20 dpf und merklicher potentioneller Bauschigkeit (grösser als 5%) zu erzeugen, soll die Zuführrolle auf einer Temperatur von wenigstens 70°C gehalten werden. Jedoch darf die Zuführrolle nicht auf einer so hohen Temperatur gehalten werden, dass die Fasern zerstört werden oder sich zersetzen. Bei einer bestimmten Zuführrollentemperatur nimmt die Bauschigkeit mit der Verweilzeit (Aufenthaltszeit) bis zu einem Maximum zu und sinkt dann mit grösser werdender Verweilzeit. Die Umfangsgeschwindigkeit und Temperatur der Zuführrolle können leicht ohne aufwendige Experimente derart abgestimmt werden, dass ein Garn erhalten wird, welches einen optimalen (oder gewünschten) Grad an latenter Kräuselung hat.

Die Fasern müssen verstreckt werden, bevor sie gesammelt werden und vorzugsweise unmittelbar nachdem sie von der geheizten Zuführrolle abgezogen werden. Wenn ein Garn aus Nylon 66 mit 20 dpf durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellt wird, indem eine geheizte Zuführrolle verwendet wird, welche unter den Bedingungen steht, die in dem vorstehenden Absatz beschrieben sind, wurde gefunden, dass der Grad an latenter Kräuselung, welche in das Garn eingebracht wird, mit zunehmender Streckzahl (zunehmendem Streckverhältnis) zunimmt und ein Maximum bei einer Streckzahl von etwa 1,75 durchläuft und danach abnimmt. Bei einer Streckzahl von weniger als etwa 1,00 oder grösser als etwa 4,00 ist der Grad der in die sich ergebenden Fasern eingebrachten latenten Kräuselung geringer als für die meisten Teppichanwendungen erwünscht. Vorzugsweise wird bei diesem dpf eine Streckzahl im Bereich von 1,75 bis 3,25 verwendet. Die optimale Streckzahl variiert in Abhängigkeit von Faktoren, wie den Heizbedingungen der Zuführrolle, der Verfahrensgeschwindigkeit, dem Denier des Garns und der Fasern und der Zusammensetzung des speziellen Polyamids, aus welchem die Fasern gebildet sind. Es wurde gefunden, dass die Verwendung einer geheizten Abzugsrolle anstelle einer ungeheizten Abzugsrolle zu einer Reduzierung des Grades an latenter Kräuselung führt, welche in die Fasern eingebracht ist. Die Anzahl der Umschlingungen, welche die Fasern an einer ungeheizten Abzugsrolle und der ihr zugeordneten Distanzhalterrolle durchlaufen, hat - soweit dies festgestellt wurde - keinen merklichen Einfluss auf den Grad der in die Fasern eingebrachten latenten Kräuselung.

Nach dem Verstrecken und vor dem Sammeln des Garns kann dieses, falls gewünscht, in einer Verwirrvorrichtung (beispielsweise durch Strömungsmittelstrahlen) behandelt werden, um seine Kohärenz zu vergrössern und/oder ein Teil seiner Kräuselung vorzuentwickeln. Bei Verwendung eines Strahles kann das Strömungsmittel Umgebungsluft oder Warmluft oder Dampf sein. Es ist ersichtlich, dass durch die Verwendung solch eines Strahls auf dem Garn eine zusätzliche Kräuselung überlagert werden kann und/oder seine thermische Schrumpffähigkeit verringert werden kann.

Das Denier pro Faser liegt für die Anwendung als Teppichgarne normalerweise im Bereich von 6 bis 22, während eine Bauschigkeit im Bereich von 15% bis 40% erwünscht ist. Es wurde gefunden, dass die in das Garn eingebrachte latente Kräuselung mit zunehmendem Denier pro Faser zunimmt.

Hinsichtlich der Behandlungsgeschwindigkeit des Garns sind die Extrusionsrate und die Umfangsgeschwindigkeit der Zuführrolle(n) und Abzugsrolle(n) aufeinander abgestimmt, um ein Garn mit dem gewünschten dpf zu erhalten. Die Umfangsgeschwindigkeit der Zuführrolle(n) und/oder Abzugsrolle(n) können über einen breiten Bereich hin variieren. Beispielsweise kann die Umfangsgeschwindigkeit der Zuführrolle(n) im Bereich von 350 m/min bis 1200 m/min oder höher liegen. Der Grad an latenter Kräuselung, die in das Garn bei einer bestimmten Zuführrollengeschwin5

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digkeit eingebracht wird, ist abhängig von der gegenseitigen Abstimmung der verschiedenen, oben erwähnten Verfahrensbedingungen.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung, sollen jedoch diese nicht notwendig auf die besonderen Ausführungsformen beschränken, die in den Beispielen beschrieben sind.

Die Beispiele 1 bis 16 erläutern die Herstellung von Garnen mit 95 Fasern aus Nylon 66 in einem Verfahren gemäss der Erfindung.

Jedes Garn wurde unter leicht unterschiedlichen Verfahrensbedingungen hergestellt, um den Einfluss der verschiedenen Verfahrensbedingungen auf den Bauschigkeitsgrad und den Kräuselgrad der Garne zu illustrieren. Es wurde das folgende Verfahren und die folgende Vorrichtungsanordnung zur Herstellung der Garne verwendet. Faserbildendes Nylon in Handelsgüte wurde bei einer Schmelztemperatur von 282°C nach unten durch die Düsenlöcher einer Mehrloch-Spinndüse mit 95 Löchern in einen konventionellen Schmelzspinnkamin extrudiert, dessen Länge annähernd 1,8 m war. Der Kamin war zur Aufnahme eines Querstromes aus Kühlluft bei Umgebungstemperatur mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 170 m/min ausgelegt. Die geschmolzenen Ströme verfestigten sich in dem Kamin unter Ausbildung von Fasern. Die Fasern wurden durch ein sich unmittelbar an den Kamin anschliessendes Dampfkonditio-nierrohr mit einer Länge von etwa 1,2 m geführt (es wurde jedoch kein Dampf oder ein anderes Strömungsmittel in das Rohr eingeführt). Die Fasern wurden aus dem Konditionier-s rohr über eine konventionelle angetriebene Ausrüst-Aufbringrolle geführt, auf welcher mit Ausnahme im Beispiel 3 ein Ausrüstmittel auf die Fasern aufgebracht wurde. Die Fasern liefen auf der Ausrüstrolle zusammen und wurden dann unmittelbar anschliessend auf und um eine angetriebene, elektrisch beheizte Zuführrolle und die ihr zugeordnete Distanzhalterrolle mit mehreren Umschlingungen geführt. Die Zuführrolle wurde mit einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit angetrieben und auf einer bestimmten Temperatur gehalten. Das Garn wurde von der geheizten Zuführrolle aus über und um eine angetriebene Abzugsrolle (kalt) und die ihr zugeordnete Distanzhalterrolle in mehreren Umschlingungen geführt. Die Abzugsrolle wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, die grösser als die Umfangsgeschwindigkeit der geheizten Zuführrolle war. Das Garn wurde dann von der Abzugsrolle abgezogen und auf eine Spule aufgewickelt. Die prozentuale Bauschigkeit und prozentuale Kräuselung jedes der Garne wurde bestimmt und sind in der folgenden Tabelle zusammen mit den speziellen Verfahrensbedingungen angeführt, die zur Herstellung jedes Garnes angewendet wurden.

is

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1. Teiltabelle

Beispiel 1 2 3 4 5 6 7 8

Spinndüsenloch dreistrahlig

Querschnitt

Kühlluft ja

Viskosität (m/min) 270 -

Temp. (°C) 82 -

Ausrüstrolle

Geschw. (m/min) 8.9 -

Drehzahl pro min 14 -

Zuführrolle

Geschw. (m/min) 640 -

Drehzahl pro min 1358-

Umschlingungen 5

Temp. °C 130 -

Verweilzeit des Garns (s) 0.17 -

nein ja -

270

82

► 0

-> 0

8.9 14 -

-> 3

-> 0.10

$> 100

0.27 0.17-

150

-O ->

-e>

-> 130

Abzugsrolle

Geschw. (m/min) Drehzahl pro min Temp. °C Umschlingungen

1417

3008

Umgebung 12

1760 3735

-O -ß>

Streckzahl 2.21 ■

-£> 2.75

Polymerdurchsatz kg/h

15.3 —

—«>

Bauschigkeit %

37.1

32.1

19.9

33.5

28.5

21.7

32.6

24.9

Kräuselung %

29.8

23.4

7.2

29.3

18.6

17.2

23.6

15.7

Garndenier

1864

1864

1830

1850

1880

1852

1848

1500

Faserdenier

20

20

19

19

20

19

19

16

therm. Schrumpfung, %

10.4

11.3

12.7

5.9

12.2

5.4

11.8

10.9

7

2. Teiltabelle

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Beispiel

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Spinndüsenloch

Querschnitt

Kühlluft Viskosität (m/min) Temp. (°C)

Ausrüstrolle Geschw. (m/min) Drehzahl pro min

Zuführrolle Geschw. (m/min) Drehzahl pro min Umschlingungen Temp. °C

dreistrahlig rund dreistrahlig ja ■

270

82

8.9 14

640 -1358-5

130 -

457 962

510 1073

> 125

Verweilzeit des Garns (s) 0.17 -

140 -—►

0.23

130 0.21

610 -1283-

175 0.017-

->5

Umgebung —►

Abzugsrolle Geschw. (m/min) Drehzahl pro min Temp. °C Umschlingungen

Streckzahl

640 1417 1300 3008 Umgebung — 12

1.00

2.21

-> 1005 1595--> 2115 3353-

-> 2.20

2.97

2.62-

Polymerdurchsatz kg/h

15.3

13.1

16.8

16.1 —

-> 15.8 —

—►

Bauschigkeit %

1.80

34.4

18.1

38.0

35.3

17.6

20.8

5.9

Kräuselung %

1.80

26.8

13.4

30.4

27.8

10.3

12.0

3.7

Garndenier

3960

1596

2048

1964

2784

1770

1780

1850

Faserdenier

42

17

15

14

20

19

19

19

therm. Schrumpfung %

0

10.4

5.4

10.9

10.4

8.1

10.0

2.3

Beispiel 1 erläutert einen optimalen Satz von Verfahrensbedingungen, der zur Herstellung von bauschigem Garn mit 20 dpf verwendet werden kann. Die Beispiele 2 bis 16 zeigen die Wirkung der Änderung einer speziellen Verfahrensbedingung auf die Bauschigkeit, während andere Verfahrensbedingung konstant bleiben.

Beispiel 2 zeigt, dass beim Verfahren gemäss der Erfindung Kühlluft mit Vorteil verwendet werden kann, ohne dass die Verwendung von Kühlluft wesentlich ist.

Beispiel 3 zeigt, dass die Anwendung eines Ausrüstmittels nicht wesentlich für das Verfahren ist, wenngleich ein Ausrüstmittel mit Vorteil auf das Garn aufgebracht werden kann.

Die Beispiele 4 und 5 zeigen, dass die Verweilzeit des Garnes in Kontakt mit der geheizten Zuführrolle einen Einfluss auf den Bauschigkeitsgrad des fertigen Garnes hat. Im Beispiel 4 ist die Verweilzeit kleiner als im Beispiel 1, während im Beispiel 5 die Verweilzeit grösser ist. In beiden Fällen ist jedoch der prozentuale Bauschigkeitsgrad geringer. Diese Daten zeigen, dass eine Vergrösserung oder Verringerung der optimalen Verweilzeit zu einem niedrigeren Bauschigkeitsgrad führt.

Die Beispiele 6 und 7 zeigen, dass die Erniedrigung oder Erhöhung der Zuführrollentemperatur gegenüber der optimalen Temperatur zu einem niedrigeren Bauschigkeitsgrad führen.

Beispiel 8 erläutert, dass eine Vergrösserung der Streckzahl über die optimale Streckzahl hinaus zu einem geringeren Bauschigkeitsgrad führt.

Beispiel 9 zeigt, dass in einem Fall, bei welchem das Garn überhaupt nicht verstreckt wird, in das Garn i. w. keine Bauschigkeit eingebracht wird.

Beispiel 10 zeigt, dass mit abnehmendem Polymerdurchsatz oder dpf der Bauschigkeitsgrad etwas absinken kann.

Beispiel 11 zeigt, dass das Verfahren wirksam angewendet werden kann, um eine Bauschigkeit in Fasern mit rundem Querschnitt einzubringen.

Beispiel 12 zeigt optimale Bedingungen bei einem etwas höheren Polymerdurchsatz und einer etwas höheren Zuführrollentemperatur (140°C) als im Beispiel 1 (130°C). Das hergestellte Garn hatte einen etwas höheren Bauschigkeitsgrad.

Beispiel 13 zeigt, dass eine Erhöhung der Verweilzeit des Garnes auf der Zuführrolle bei der höheren Zuführrollentemperatur (140°C) zu einer leichten Abnahme des Bauschig-keitsgrades geführt hat.

Beispiel 14 zeigt, dass eine Erhöhung der Streckzahl von 2,21 (Beispiel 1) auf 2,97 zu einer Abnahme des Bauschig-keitsgrades führt.

so Beispiel 15 zeigt die Anwendung einer verhältnismässig . hohen Zuführrollentemperatur (175°C) und einer mittelhohen Streckzahl (2,62).

Beispiel 16 zeigt, dass das fertige Garn, wenn die Zuführrolle nicht beheizt ist, eine merkliche oder ausnutzbare Bau-65 schigkeit nicht hat.

Beispiel 17

In diesem Beispiel wurde ein wie im Beispiel 9 gespon50

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8

nenes Garn anschliessend in einem gesonderten Vorgang verstreckt, bei welchem das Garn über eine geheizte Zuführrolle und über Abzugsrollen wie im Beispiel 1 geführt wurde. ïn diesem Fall hatte das fertige verstreckte Garn keine merkliche oder nutzbare Bauschigkeit, d. i. der Bauschigkeitsgrad war kleiner als 2%. Dieses Beispiel zeigt die Wichtigkeit des Versteckens des Garnes, bevor die Fasern ihr kristallines Gleichgewicht erreicht haben.

Beispiel 18

In diesem Beispiel wurde Garn hergestellt wie im Beispiel 1, ausgenommen dass das Garn nicht in ringförmiger Bahn sondern in achtförmiger Bahn um das Zuführrollenlager geschlungen wurde (d. i. die Bahn des Garnes verlief unter der ersten Rolle, über der zweiten Rolle und um diese herum, über die erste Rolle und um diese herum usw.). Das fertige Garn hatte nach der Entwicklung seiner latenten Kräuselung einen Bauschigkeitsgrad und Kräuselgrad, der vergleichbar mit dem des Garnes aus Beispiel 1 ist.

Beispiel 19

In diesem Beispiel wurde Garn hergestellt wie in Beispiel 1, ausgenommen, dass das Garn durch eine Verwirrvorrichtung hindurchgeführt wurde, bevor es auf die fertige Spule aufgewickelt wurde. Diese Verwirrvorrichtung war des Typs, bei welchem mit turbulentem Strömungsmittel gearbeitet wird, wobei Warmluft mit 250°C unter einem Druck von

"9,8 kg/cm2 als Strömungsmittel verwendet wurde. Das Garn wurde durch diese Vorrichtung im Überschuss von annähernd 5 bis 10% geführt. Das resultierende Garn hatte eine Bauschigkeit von 24,0%, eine Kräuselung von 19,7% und eine s thermische Schrumpfung von 5,4% und einen Verwirrgrad von 14,4 Verschlingungen pro Meter, der über eine willkürlich ausgewählte Länge von 3,05 m hin gemessen wurde.

io Beispiel 20

In diesem Beispiel wurde das Garn wie im Beispiel 8 behandelt, ausgenommen dass in diesem Beispiel eine anhy-drische Ausrüstlösung auf das Garn anstelle einer wässrigen Ausrüstlösung (80% Wasser) aufgebracht wurde, welche in is allen vorhergehenden Beispielen (mit der Ausnahme vom Beispiel 3) aufgebracht wurde. Die Ausrüstrollengeschwindigkeit war so eingestellt, dass ein Öl-auf-Garn-Grad gehalten wurde, der mit demjenigen in den anderen Beispielen übereinstimmte. Das fertige Garn (nach der Entwick-20 Iung der latenten Kräuselung) hatte eine Bauschigkeit von 22,6%, eine Kräuselung von 12,2% und eine thermische Schrumpfung von 11,8%. Die Ergebnisse dieses Beispiels zeigen, dass die Plastiflzierwirkung, welche normalerweise durch die Aufbringung von Wasser auf Nylon erzielt wird, 25 keinen merklichen Einfluss auf die Bauschigkeit und auf andere Eigenschaften von Garnen hat, die durch das Verfahren gemäss Erfindung hergestellt werden.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

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1. Verfahren zum Spinntexturieren von Polyamid zur kontinuierlichen Herstellung eines verstreckten Mehrfaser-Polyamidgarns mit latenter Kräuselung, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschmolzenes, fadenbildendes Polyamid mit bestimmter Extrusionsrate durch Düsenlöcher einer Mehrloch-Spinndüse in Form mehrerer Schmelzfäden extru-diert wird, dass die Schmelzfäden in einer Abkühlzone unter Ausbildung von Fasern abgekühlt werden, dass diese Fasern verstreckt werden, indem sie aus der Abkühlzone mit bestimmter Umschlingungszahl um eine mit bestimmter Umfangsgeschwindigkeit angetriebene erste Rollenanordnung geführt werden, die wenigstens eine Rolle enthält, welche auf einer Rollentemperatur von mindestens 70°C gehalten ist, die jedoch geringer als die Zersetzungstemperatur der Fasern ist, und dann von der ersten Rollenanordnung mit mehreren Umschlingungen um eine zweite Rollenanordnung geführt werden, die mit einer derartigen Umfangsgeschwindigkeit angetrieben ist, dass die Fasern zwischen der ersten und der zweiten Rollenanordnung mit einer Streckzahl von mehr als 1,0 und weniger als 4,0 verstreckt werden und verstreckt sind, bevor die Fasern ihr kristallines Gleichgewicht erreichen, und dass die Fasern dann in Form eines Garnes gesammelt werden, wobei die Extrusionsrate, die Rollentemperatur, die Umschlingungszahl und das Verstrecken derart aufeinander abgestimmt werden, dass ein Garn mit bestimmtem Denier pro Faser und einer Kräuselung von wenigstens 10% nach einer Temperaturbehandlung mit trockener Wärme bei 180°C in entspanntem Zustand erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kräuselung wenigstens 15% beträgt.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollentemperatur zwischen 100 und 175°C gehalten wird und dass die Streckzahl wenigstens 1,75 beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abkühlung durch einen Querluftstrom beigetragen wird und dass auf die Fasern ein Ausrüstmittel aufgebracht wird, bevor die Fasern um die erste Rollenanordnung herumgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyamid Polyhexamethylen Adipamid verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rollenanordnung aus einem Rollenpaar besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rollenanordnung eine angetriebene geheizte Rolle und eine dieser zugeordnete Distanzhalterrolle enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rollenanordnung eine angetriebene Rolle und eine dieser zugeordnete Distanzhalterrolle enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Faser ein Denier zwischen 6 und 22 hat.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die geheizte Rolle auf einer Temperatur zwischen 110 und 140°C gehalten wird und dass die Fasern in Kontakt mit der geheizten Rolle während einer Zeitspanne von 0,01 bis 1,00 Sekunden gehalten werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne zwischen 0,05 und 0,30 Sekunden beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckzahl zwischen 1,75 und 3,25 liegt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenlöcher einen nicht-kreisför-migen Querschnitt haben.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kräuselung zwischen 15% und 40% beträgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Garn mit einem Nominaldenier pro Faser von 20 hergestellt wird.