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Verfahren zur Vorbereitung von endlosen Fadenkabeln aus Polyamiden
für das Reißen zwecks Herstellung verzugsfähiger Faserbänder Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Vorbereitung von endlosen Fadenkabeln aus Polyamiden
für das Reißen zwecks Herstellung verzugsfähiger Faserbänder.
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Für die Herstellung von Stapelfasern aus insbesondere Polyamiden,
welche zu feinen Garnen weiterverarbeitet werden sollen, hat man bereits verschiedene
Verfahren vorgeschlagen. Es ist üblich, die endlos gesponnenen Polyamidfäden zu
einem Fadenkabel von einem Gesamttiter von beispielsweise 200 000 bis
300 000 den zusammenzufassen und dieses zwischen zwei als Dreiwalzenwerk
ausgebildeten Vorrichtungen auf die im Fadenkabel noch verbleibende übliche Bruchdehnung
von 35 bis 401/o zu verstrecken. Das verstreckte Kabel wird anschließend
geschnitten, die erhaltenen Stapel gewaschen, um sie schließlich einer Wasser- bzw.
Säure- oder auch mechanischen Kräuselung zu unterwerfen. Nach einem anderen Verfahren
wird das vorwiegend aus Resten der e-Aminocapronsäure aufgebaute endlose Polyamidfadenkabel,
welches bis zu 12"/o wasserlösliche, niedermolekulare oder monomere Bestandteile
- insbesondere Caprolactam - enthalten kann, auf ein Mehrfaches seiner
Länge verstreckt, unter Aufrechterhaltung der Verstreckungsspannung mit heißem Wasser
ausgewaschen, um die wasserlöslichen monomeren oder niedermolekularen Bestandteile
weitgehendst zu beseitigen, und anschließend unter Spannung getrocknet, dann mechanisch
bei hohen Temperaturen gekräuselt, worauf es schließlich in Stapel geschnitten wird.
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Gegenüber dieser üblichen Herstellungsweise von Stapelfasern durch
Zerschneiden eines endlosen entsprechend vorbehandelten Fadenkabels aus Polyamiden
in wirr durcheinanderliegende und gekräuselte Fasergebilde bedeutet das Reißen,
welches man zum Herstellen verzugsfähiger Faserbänder bei der Verarbeitung von Fäden
aus z. B. Cellulosederivaten anwendet, eine wesentliche Verkürzung des Arbeitsganges
auf dem Wege zur Herstellung von Garnen. Nach diesem Verfahren wird aus einem endlosen
Fadenkabel durch Reißen ein verzugsfähiges Faserband erzeugt. Gegenüber der Verarbeitung
auf Stapelfasern liegt bei diesem Verfahren der Vorteil darin, daß die Parallellage
der Einzelfasern, die im endlosen Kabel bereits als Parallellage der Einzelfäden
vorhanden ist, beibehalten wird und somit die Gleichmäßigkeit und Nissenfreiheit
des endlosen Kabels weitgehend auch im geschlossenen Band erhalten bleibt und der
sonst übliche, in mehreren Arbeitsgängen zu erfolgende Spinnprozeß vermieden wird.
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Bei dem Versuch, dieses Reißen auch auf die üblichen Fadenkabel aus
Polyamiden anzuwenden, stößt man jedoch auf Schwierigkeiten, die darin bestehen,
daß die Einzelfäden der in üblicher Weise hergestellten Po1yamidkabel zu plötzlich
und damit sehr ungleichmäßig reißen, wobei die entstehenden Fasern geschädigt werden
und eine Unterbrechung im kontinuierlichen Ablauf des Reißprozesses hervorgerufen
wird. Daneben wurde beobachtet, daß Polyamid-Fadenkabel, welche aus polykondensiertem
e-Caprolactam hergestellt sind und mehr als 2% wasserlösliche monomere, di- und
trimere Anteile enthalten, für den Reißprozeß besonders ungeeignet sind, weil diese
ein Verschmieren der Walzen an der Reißmaschine sowie Verklebungen und Wickelbildungen
der Fasern verursachen. In den Herstellungsprozeß wäre deshalb auf jeden Fall ein
umständlicher Waschprozeß einzuschalten. Die Verklebungen und Wickelbildungen können
jedoch auch noch beim gut ausgewaschenen Fadenkabel eintreten, wenn eine ungeeignete
Avivage verwendet wird.
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Es wurde gefunden, daß man Fadenkabel aus Polyamiden nach dem Reißen
mühelos in ein verzugsfähiges Faserband umwandeln kann, wenn man erfindungsgemäß
für seine Herstellung solche Fäden verwendet, welche weniger als 2 Gewichtsprozent,
vorzugsweise weniger als 1,5 Gewichtsprozent, wasserlösliche monomere bzw.
niedrigpolymere Anteile enthalten, das gebildete endlose Fadenkabel nur unvollständig
bis auf eine im Fadenkabel verbleibende Bruchdehnung von mindestens 60%, vorzugsweise
60 bis 150%, verstreckt und vor, während oder nach der Verstreckung mit einer Avivage
versieht, worauf das Fadenkabel nach der Trocknung in geeigneter Weise geöffnet
und anschließend dem Reißprozeß zugeführt wird.
Für das Verfahren
gemäß der Erfindung kommen vorzugsweise solche Polyamidfadenkabel in Frage, die
aus Polykondensaten von e-Caprolactam oder von adipinsaurem Hexamethylendiamin oder
deren Mischpolykondensaten hergestellt wurden, und zwar nur insoweit, als die wasserlöslichen
monomeren bzw. niedrigniolekularen Anteile in diesen Fäden in einer Menge von weniger
als 2 Gewichtsprozent vorhanden sind. Die oben geschilderten Nachteile
- wie Verklebungen und Wickelbildungen der Fasern - sind dann bei
der erfindungsgemäßen Arbeitsweise nicht mehr vorhanden.
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Die aus Polykondensaten des adipinsauren Hexamethylendiamins hergestellten
Fäden fallen meist schon bei normalem Spinnprozeß mit einem Gehalt von weniger als
1,5114 an wasserlöslichen Anteilen an, so daß diese direkt für das vorliegende Verfahren
brauchbar sind. Fäden aus den Polykondensaten des e-Caprolactams enthalten jedoch
einen hohen Anteil an monomeren, di- und trimeren Bestandteilen, der je
nach
den gebräuchlichen Spinnverfahren zwischen 2,5 und 11% liegt. Es werden für das
Verfahren vorliegender Erfindung nur solche Polyamidfäden verwendet, die bereits
extraktarm, d. h. mit einem Gehalt von weniger als 2%, vorzugsweise weniger
als 1,511/o an wasserlöslichen Bestandteilen hergestellt worden sind. Das sogenannte
extraktarme Verspinnen von aus ,--Caprolactam gebildetem Polyamid wird für diesen
Zweck nach einem der bekannten Spinnverfahren durchgeführt, welche gestatten, daß
die Polyamidschmelze einer möglichst geringen Verweilzeit bei nicht zu hoher Temperatur
im Spinnkopf ausgesetzt wird.
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Das unvollständige Verstrecken der endlosen Polyamid-Fadenkabel auf
eine im Fadenkabel noch verbleibende Bruchdehnung von mindestens 600Jo kann auf
den gebräuchlichen Streckwerken entweder in der Kälte oder auch in der Wärme vorgenommen
werden. Es ist auch möglich, die -Verstreckung stufenweise durchzuführen, z. B.
wird in der ersten Stufe kaltverstreckt, worauf in der zweiten Stufe eine Warmverstreckung
in einer Wasserdampfatmosphäre von 100 bis 1200 C folgt. Für eine
textile Verwendung sind die unvollständig verstreckten Polyamid-Fadenkabel im allgemeinen
noch nicht geeignet. Während bei der üblichen Stapelfaserherstellung die endgültigen
textilen Daten, wie z. B. Festigkeit und Dehnung, bereits durch ein vollständiges
Verstrecken mitgegeben werden, wird nach diesem Verfahren ganz bewußt eine unvollständige
Verstreckung durchgeführt. Die endgültige Verstreckung, bei der die Fasern die für
die textile Weiterverarbeitung günstige Bruchdehnung von 20 bis 30,#/o erhalten,
welche übrigens bei diesem Reißen um 15 bis 20% tiefer als bei der üblichen Stapelfaserherstellung
liegt, findet erst während des anschließend durchgeführten Reißprozesses statt.
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Die Avivage kann sowohl vor, während als auch nach der Verstreckung
auf das Fadenkabel aufgebracht werden. Zu diesem Zweck wird das Fadenkabel durch
die Avivage geführt oder auch mit der Avivage berieselt oder besprüht, so daß der
Gesamtauftrag der Avivage zweckmäßig nicht weniger als 0,2% und nicht mehr als 0,8%
beträgt. Die Avivage soll im wesentlichen zwei Eigenschaften miteinander verbinden:
Sie soll eine antistatische Wirkung liaben,um,ein Spreizen der Fasern durch elektrische
Aufladung beim Reißprozeß und der späteren Weiterverarbeitung zu vermeiden. Weiterhin
soll sie die Eigenschaften eines. Schmälzmittels haben, um das Gleiten der Einzelfasern
beim Reißen und später auf der Strecke zu erleichtern. Für das Verfahren eignet
sich vorzugsweise eine Avivage, welche als Antistaticuin ein wasserlösliches Salz
eines Polystyrolderivates enthält, beispielsweise Natrium-, Kalium- bzw. Ammoniumsalze
eines Mischpolymerisats von Styrol und einer organischen Säure, z. B. Maleinsäure,
Fumarsäure oder Acrylsäure sowie sulfuriertes Polystyrol in Form eines Alkalisalzes.
Derartige wasserlösliche Salze sind bereits als Mittel zum Kardierfähigmachen von
Polyamidstapelfasern vorgeschlagen worden, d. h. für solche Fasern, die bereits
ihre endgültige Form durch eine vollständige Verstreckung und durch Schneiden auf
eine bestimmte Länge sowie durch Kräuselung erhalten haben. Die Verbindungen sind
ferner bereits als antistatische Schlichtemittel für fertige Garne aus synthetischen
Fasern verwendet worden, bei denen es darauf ankam, durch gute Verklebung der Fasern
einen sogenannten Fadenschluß zu erhalten. Es war jedoch aus dieser Anwendung bei
fertigen Fasergebilden nicht ohne weiteres vorauszusehen, daß sich diese Substanzen
auch für unvollständig verstreckte endlose Fadenkabel eignen würden, die erst später
beim Reißprozeß ihre endgültige Form erhalten. Es war eigentlich zu erwarten, daß
auf Grund der filmbildenden Eigenschaften der genannten Mischpolymerisate die Fasern
beim endgültigen Verstrecken im Reißprozeß entweder verkleben oder aber, daß der
aufgebrachte Film zerreißen und abfallen würde. Überraschenderweise bleibt aber
während des Reißens und nach dem Reißen der nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten
Spitinkabel die antistatischeWirkung vollständig erhalten, ohne daß eine nachteilige
Wirkung auftritt. Daneben werden als Schmälzmittel in der Avivage bekannte textile
Weichmachungsmittel, wie z. B. die Fettsäure-Kondensationsprodukte mit Äthylenoxyd,
Schwefelsäure- oder Phosphorsäureester von Fettalkoholen oder äthoxylierten Fettalkoholen
angewandt.
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Zur öffnung des Fadenkabels wird zweckmäßig eine leichte mechanische
Kräuselung, z. B. durch Stauchung ohne besondere Beheizung, durchgeführt. Die Kräuselung
soll keine Volumenkräuselung sein und darf auf keinen Fall so intensiv sein, daß
sogar eine mechanische Schädigung oder eine Vernissung der nachher entstehenden
Fasern auftritt. Das Öffnen des Kabels kann auch dadurch erreicht werden, daß man
es anstatt zu kräuseln über scharfe Kanten, welche einen spitzen Winkel bilden,
führt. Außerdem kann eine öffnung auch durch Schütteln des Kabels erreicht werden.
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Einzelne Merkmale des Verfahrens-gernäß der Erfindung sind bekannt;
so beispielsweise das Reißen von Fadenkabeln a uf der Halle-Seydel-Maschine. Hierbei
wird das Fadenkabel innerhalb-der Maschine vor Eintritt in die eigentliche Reißzone
über Jockey-Walzen geführt, auf denen es gedehnt- wird. Es ist bei diesem bekannten
Prozeß jedoch keine Voraussetzung, diese Dehnung nur bis zu einem ganz bestimmten
Mindestdehnungswert von 60% - wie es das Verfahren gemäß der Erfindung vorschreibt
- durchzuführen. Die Entfernung von Monomeranteilen aus Polyamiden zur- Erzielung
einer guten Weiterverarbeitung ist- ebenfalls bekannt. Hierbei handelt es sich um
die Extraktion und Trocknung von Schnitzeln aus Polycaprolactam, welche normalerweise
etwa 8 bis 10% wasserlösliche Anteile enthalten, die bekanntlich vor dem
Aufschmelzen der Schnitzel entfernt werden müssen. Auch beim Verspinnen vorextrahierter
Schnitzel treten jedoch Monomergehalte von 4 bis 6% im Faden auf, wenn der Spinnprozeß
ohne Einhaltung
besonderer Vorsichtsmaßnahmen durchgeführt wird.
Für das Verfahren nach der Erfindung können solche Fäden nicht eingesetzt werden.
Die Schmelzspinnverfahren müssen entweder so geführt werden, daß die entstehenden
Fäden nur einen sehr geringen Anteil wasserlöslicher Bestandteile enthalten, oder
die Fäden müssen - falls ohne entsprechende Vorsichtsmaßnahmen gesponnen
wird - vor dem Beginn des Reißens gewaschen werden, so daß der Anteil an
wasserlöslichen Bestandteilen auf den geforderten geringen Wert von höchstens 211/o
absinkt. - Die Behandlung von Fadenkabeln zu irgendeinem Zeitpunkt ihrer
Bearbeitung mit Avivaggen ist gleichfalls be-
kannt, jedoch ist es erforderlich,
daß die beim Reißen verwendeten Avivagen die oben beschriebenen Eigenschaften haben.
Sie müssen also die statische Aufladung der Fäden herabsetzen und auf dem Faden
eine dünne Filmschicht bilden, damit der reibungslose Ablauf des Reißens und der
Bildung eines verzugsfähigen Faserbandes garantiert ist. Im Zusammenhang mit den
vorzitierten bekannten Verfahren sei darauf hingewiesen, daß das Verfahren gemäß
der Erfindung an die Einhaltung der verschiedenen Merkmale in der vorgeschriebenen
Kombination gebunden ist, da bei Wegfall bereits eines einzelnen Merkmals bzw. bei
einer Änderung der Kombination der Merkmale nicht mehr die Gewähr für die Erzielung
der erstrebten Wirkung gegeben ist.
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Durch die Maßnahmen der Erfindung insgesamt werden nicht nur Arbeitsgänge
eingespart, sondern es wird erreicht, daß die Verarbeitung des Fadenkabels zu Garnen
in optimaler Weise durchgeführt wird. Es lassen sich insbesondere auch Polyamidfäden
mit feinem Einzeltiter, z. B. von 1,2 bis 1,5 den, zu Spintikabeln verarbeiten,
die sich sehr gleichmäßig zu verzugsfähigen Faserbändern umwandeln lassen, so daß
daraus in der Weiterverarbeitung flusen- und noppenfreie Garne in den feinsten Nummern
hergestellt werden können. Beispiel 1
Ein aus e-Caprolactam gebildetes Polyamid,
welches in Form von Schnitzeln vorliegt und einen Extraktgehalt (wasserlösliche
monomere bzw. niedermolekulare Bestandteile) von 0,611/o aufweist, wird auf sechs
nebeneinanderliegenden Schmelzrosten bei einer Rosttemperatur von 272' C
aufgeschmolzen. Die Schmelze wird mittels Pumpen einer entsprechenden Anzahl Spinndüsen
zugeführt, und zwar derart, daß ihre Verweilzeit zwischen Abschmelzen und Spinnen
höchstens 8 Minuten beträgt. Der Extraktgehalt in den entstehenden Fäden
steigt hierbei auf 1,3 bis 1, 5 % an.
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Von den gesponnenen Fäden, welche einen Einzeltiter von etwa 4,2 den
aufweisen, wird in üblicher Weise ein Fadenkabel von etwa 150 000 den zusammengefaßt
und zwischen zwei als Dreiwalzenwerk ausgebildeten Vorrichtungen im Verhältnis
1: 2,7
unvollständig verstreckt, wobei eine Bruchdehnung von etwa 8511/o.
in dem Fadenkabel verbleibt. Während der Verstreckung durchläuft das Fadenkabel
eine auf 90' C erhitzte Avivageflüssigkeit. Das Avivagebad ist eine wäßrige
Lösung, welche etwa 1,2% des Natriumsalzes eines Styrol-Maleinsäure-Mischpolymerisats
(Molverhältnis 1 : 1) und 0,6 O/o, eines verstrom warme Luft (120'
C) geblasen wird. Anschließend wird das Fadenkabel zur Auflockerung der Einzelfäden
über drei versetzt angeordnete, kantige Stäbe geführt und in Behältern abgelegt,
von wo aus es dem Reißprozeß zugeführt wird.
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Beispiel 2 Ein Polykondensat, hergestellt aus adipinsanrern Hexarnethylendiamin,
wird bei einer Rosttemperatur von 292' C auf einem Schmelzrost abgeschmolzen
und in üblicher Weise so zu Fäden versponnen, daß die Fäden einen Einzeltiter von
7,2 den besitzen und noch etwa 0,9% wasserlösliche Bestandteile enthalten.
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Die Fäden werden durch Fachen zu einem Fadenkabel von etwa 200
000 den zusammengefaßt und im Verhältnis 1 :3,3 unvollständig auf
etwa 90 % Bruchdehnung verstreckt, so daß der Einzeltiter der Fäden etwa
2,2 den beträgt. Die Verstreckung erfolgt in Wasserdampf (110' C) zwischen
drei als Dreiwalzenwerk ausgebildeten Vorrichtungen in zwei Stufen, und zwar zwischen
dem ersten und zweiten Walzenwerk im Verhältnis 1:2,8 und zwischen dem zweiten und
dritten Walzenwerk die weitere Verstreckung bis 1 :3,3. Die Avivage des Fadenkabels
erfolgt anschließend durch kontinuierliches Berieseln des Fadenkabels, welches zwischen
angetriebenen WaIzenpaaren geführt wird, so daß das Kabel etwa 1 Minute lang
bei etwa 90' C mit der Avivage behandelt wird. Das Avivagebad besteht aus
einer wäßrigen Lösung von 1,51/o polystyrolsulfonsanrem Natrium und 0,5% eines Umsetzungsproduktes
zwischen 1 Mol Stearinsäure und 6 Mol Äthylenoxyd. Das unvollständig
verstreckte, mit Avivage versehene Fadenkabel wird abgequetscht und durchläuft einen
Umlauftrockner, durch welchen heiße Luft (115' C) hindurchgeleitet wird.
Die Verweilzeit des Fadenkabels in dem Umlauftrockner beträgt etwa 3 Minuten.
Danach wird das etwa 1,8% feuchte Fadenkabel einer unbeheizten Stauchkammer zugeführt,
in der das Kabel zur besseren Öffnung eine leichte mechanische Kräuselung erhält.
Anschließend wird das Fadenkabel dem Reißprozeß zugeführt.