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Verfahren zum Kräuseln von ungedrehten oder gedrehten Fäden oder Fadenbündeln
aus synthetischen linearen Polymeren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kräuseln
von ungedrehten oder gedrehten Fäden oder Fadenbündeln aus synthetischen linearen
Polymeren, bei dem das Behandlungsgut durch einen turbulenten Gasstrom mit einer
die Abzugsgeschwindigkeit um mindestens 300/, übersteigenden Zuführungsgeschwindigkeit
hindurchgeführt wird.
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Kräuselverfahren dieser Art sind an sich bekannt. Bei einem dieser
bekannten Verfahren (französische Patentschrift 1115 551) wird das Behandlungsgut
in einer Wirbeldüse mit einem turbulenten Gasstrom, vorzugsweise Luft, von Raumtemperatur
behandelt. Hierbei bildet sich ein gekräuseltes Fadengut, das zahlreiche Schlaufen
und Schlingen aufweist.
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Nach einem ähnlichen Verfahren werden Kräuselfäden hergestellt, indem
man dem endlosen Faden beim oder nach dem Abzug aus der Wirbeldüse eine plötzliche
Richtungsänderung aufzwingt.
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Eine Wirbeldüse, die das Kräuseln von Fäden nach dem oben beschriebenen
bekannten Verfahren bei einer die Abzugsgeschwindigkeit um das Fünffache übersteigenden
Zuführungsgeschwindigkeit bei Anwendung eines turbulenten Luftstromes von verhältnismäßig
niedrigem Druck gestattet, ist in der französischen Patentschrift 1111163
beschrieben.
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Bekannt ist ferner ein Verfahren zum gleichzeitigen Kräuseln und Färben
von gedrehten oder ungedrehten Fäden aus synthetischen Polymeren, welches darin
besteht, daß die Fäden zunächst mit einem Farbstoff gefärbt und dann gegebenenfalls
getrocknet werden, worauf man den Fäden mit Hilfe einer Falschdrallvorrichtung eine
sehr starke Drehung erteilt und sie in diesem Zustand kurzzeitig mit einem gegebenenfalls
unter Druck stehenden heißen inerten Gas, vorzugsweise Wasserdampf, behandelt, welches
eine Temperatur zwischen 150 und einer um 30°C unter dem Schmelzpunkt der Fäden
liegenden Temperatur aufweist.
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Der Zweck des letztgenannten Verfahrens ist es, eine permanente Kräuselung
gefärbter Fäden zu erreichen; denn wenn man die Fäden in bekannter Weise zuerst
kräuselt und dann färbt, geht die Kräuselung bei der nachfolgenden, gewöhnlich in
der Hitze erfolgenden Färbebehandlung zum größten Teil verloren. Durch die Einwirkung
des heißen inerten Gases auf die gefärbten Fäden in hochgedrehtem Zustand werden
gleichzeitig der Farbstoff und die Kräuselung 'fixiert. Das Verfahren führt jedoch
nicht zu einer Erhöhung der normalen Anfärbegeschwindigkeit der synthetischen Fäden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, die Kräuselung
synthetischer Fäden und Fadenbündel unter solchen Bedingungen durchzuführen, daß
das gekräuselte Garn frei von Schlaufen und Schlingen ist, wie sie z. B. bei dem
obenerwähnten Verfahren der französischen Patentschrift 1 115 551 entstehen, so
daß bei der Verarbeitung des Garns keine Schwierigkeiten durch Verhakung oder Verknotung
auftreten, und daß eine Erhöhung der Anfärbegeschwindigkeit der Fäden erzielt wird.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Fäden oder Fadenbündel
mit einem turbulenten Gasstrom behandelt werden, der eine Temperatur von mindestens
149°C aufweist und der die Fäden plastisch macht, sie in Längsrichtung schrumpfen
läßt und ihren Titer dabei um mindestens 12 % erhöht, worauf die so gekräuselten
Fäden nach Verlassen der Wirbelzone rasch unter niedriger Spannung abgekühlt werden.
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Vorzugsweise werden die Fäden nach dem Abkühlen unter Spannung gesetzt
und aufgewickelt. Diese Spannung beim Abziehen des Garns von der Düse oder beim
Aufwickeln führt zu einem vorübergehenden Verschwinden der Faserkräuselung, aber
die Kräuselung stellt sich anschließend wieder ein, wenn das Garn entspannt und
abgekocht wird. Das gekräuselte Garn kann nach Hindurchführung durch das turbulente
heiße Behandlungsmedium auch auf Stapel geschnitten werden.
Das
erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Fixierung von Farbstoffen im Garn Verwendung
finden, indem auf die Oberfläche der Fäden unmittelbar vor der Einwirkung des turbulenten
Gasstromes ein Farbstoff aufgeklotzt wird.
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Als Strömungsmittel wird in der Wirbelzone vorzugsweise Luft oder
Wasserdampf verwendet.
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Da ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens darin
besteht, daß die Fäden während der Behandlung mit dem turbulenten Gasstrom plastisch
gemacht werden, kann man nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in der
Wirbelzone ein gasförmiges Strömungsmittel verwenden, welches auf das Polymere,
aus dem die Fäden bestehen, eine plastisch machende Wirkung hat, und bzw. oder man
kann Fäden verwenden, die selbst ein plastisch machendes Mittel enthalten.
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Die Anfärbegeschwindigkeit der Fäden wird überraschenderweise durch
das erfindungsgemäße Verfahren erheblich erhöht, ohne daß bei der Behandlung eine
Änderung der chemischen Zusammensetzung der Faser stattfindet. Da ferner bei der
erfindungsgemäßen Behandlung der Kristallinitätsgrad ungewöhnlich stark ansteigt,
haben die fertigen Garne eine viel geringere Bruchdehnung, als es in Anbetracht
der starken Orientierungsabnahme zu erwarten gewesen wäre. Auch die Änderung der
Reißfestigkeit ist geringer, als erwartet werden konnte. Hieraus ergibt sich für
die aus den Garnen hergestellten Fertigerzeugnisse eine außergewöhnlich geringe
Neigung zum Pilling, weil sich Fäden mit niedriger Bruchdehnung bei Verhakung ineinander
nicht leicht unter Bildung langer Fusseln aus dem Garn oder Gewebe herausziehen
lassen, sondern eher brechen. Bisher hat man voluminöse Garne aus Fäden mit niedriger
Bruchdehnung für diesen besonderen Verwendungszweck durch entsprechend starkes Recken
des Ausgangsgarns hergestellt; jedoch mußte man dabei geringe Färbegeschwindigkeiten
in Kauf nehmen. Die erfindungsgemäß gekräuselten Fäden und Fadenbündel sind ganz
besonders zur Herstellung von Teppichen geeignet.
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Ein weiterer Vorteil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gekräuselten
Fäden bei ihrer Verwendung in Polgarnen für voluminöse Wirk- und Strickwaren ist
eine Verminderung des störenden Glanzes und die Erzielung einer guten Deckkraft.
Es hat sich gezeigt, daß z. B. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gekräuselte
Fäden aus Polyhexamethylenadipinsäureamid Garne mit einer sehr hohen Voluminosität
liefern, aus denen sich Bezugsstoffe von hoher Deckkraft, Strumpfwaren von kreppartiger
Textur, mattem Glan, mäßiger Dehnbarkeit und gutem Sitz sowie Teppiche von hohem
Widerstandsvermögen gegen das Zusammendrücken bei der Benutzung herstellen lassen.
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Voluminöse Garne sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus beliebigen
plastifizierbaren Fäden oder Fasern erhältlich. Das Verfahren ist insbesondere auf
vielfädige Garne anwendbar, kann aber auch zur Kräuselung von einfädigem Garn angewandt
werden. Fasergarne können ebenfalls der Behandlung unterworfen werden, wobei man
Produkte mit stark erhöhter Kräuselung und Voluminosität erhält.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf beliebige synthetische plastifizierbare
Fäden anwendbar. So kann man durch Kräuselung von thermoplastischen Fäden aus Polyamiden,
wie Poly-a-capronsäureamid oder Polyhexamethylenadipinsäureamid, Celluloseestern,
Polyestern, wie Terephthalsäureestern von Äthylenglykol oder trans-p-Hexahydroxylylenglykol,
Polyolefinen, wie Polyäthylen oder Polypropylen, Polyvinylen und Polyacrylen, wie
Polyacrylnitril, wie auch Mischpolymerisatenderselben die hierbeschriebene dreidimensionale,
regellose, krummlinige Gestalt erhalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf Garne beliebigen Titers angewandt
werden. Fasergarne feiner oder hoher Nummer können einzeln oder auch in gefachter
Form verarbeitet werden.
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Die Temperatur des Behandlungsmediums liegt zwar über dem Schmelzpunkt
der Fäden oder Fasern, muß aber so geregelt werden, daß die Garntemperatur nicht
den Schmelzpunkt der Faser erreicht. Die Dauer der Einwirkung des Behandlungsmediums
auf das Garn soll daher so groß sein, daß kein Schmelzen erfolgt. Infolge der hohen
Turbulenz und der starken Wärme werden die Garne rasch erhitzt.
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Nach Wegfall der plastifizierenden Bedingungen, z. B. durch Senkung
der Temperatur oder Entfernung des Lösungsmittels, müssen die Fäden und Garne wieder
in ihren normalen elastischen Zustand zurückkehren.
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An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung erläutert werden.
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F i g. 1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung eine zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung; F i g. 2 zeigt
eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Düse; F i g. 3 zeigt nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren gekräuselte Einzelfäden in Längsansicht; F i g. 4 zeigt
ein erfindungsgemäß gekräuseltes vielfädiges Garn in Längsansicht; F i g. 5 und
6 zeigen Abänderungen des erfindungsgemäß gekräuselten vielfädigen Garns; F i g.
7 zeigt einen gemäß der Erfindung hergestellten Einzelfaden mit unrundem Querschnitt.
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Bei der in F i g. 1 gezeigten Anordnung wird der zu behandelnde laufende
Faden 31 durch die Führung 32, zwischen den Zuführwalzen 33 und 34 hindurch,
über die Führung 35, durch die Wirbeldüse 36, über die Führung 37, durch das Abschreckrohr
38, das durch Öffnung 39 mit einem Kühlmedium beschickt wird, durch die Führung
40 zur Führung 43 oder aber zwischen den Förderwalzen 41 und
42 hindurchgeführt. Man kann eine Querführung 44 vorsehen, um das
voluminöse Garn auf der Packung 46 zu verteilen, die von der Walze
45 getrieben wird; die Packung 46 kann aber auch als Walze ausgebildet
sein, welche mit der Walze 45 zusammenwirkt und das Garn dem Ablegerohr 47 zuführt,
das mit dem Saugrohr 48
ausgestattet ist und zum Ablegen des Garns in dem
Behälter 49 dient.
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Die F i g. 2 zeigt eine Wirbeldüse, die aus dem Grundkörper 115, der
Garnführung 116 und dem Austrittsteil 117 besteht. Ein verdichtbares Strömungsmittel
tritt in den Grundkörper durch die Öffnung 118,
das Garn durch die Öffnung
119 ein.
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Die F i g. 3 erläutert die erfindungsgemäß gekräuselten Einzelfäden.
Die Punkte c sollen einen Bereich darstellen, in welchem sich der Faden senkrecht
zur Zeichenebene erstreckt.
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Für bestimmte Verwendungszwecke, bei denen ein gedämpfter Glanz oder
Schein und trockener Griff erwünscht sind, soll das bevorzugte Produkt aus Fäden
hergestellt werden, die eine unrunde Form aufweisen.
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Eine vorteilhafte Eigenschaft des erfindungsgemäß gekräuselten Produktes
auf Grundlage dieser unrunden
Fadenformen ist in F i g. 7 dargestellt.
Der Faden weist hier nicht nur die regellose dreidimensionale, nicht schraubenlinienförmige,
krummlinige Gestalt, sondern auch eine regellose gedrehte Gestalt auf, wobei sich
Teile in Richtung einer Linksdrehung, andere Teile in Richtung einer Rechtsdrehung
erstrecken.
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Es gibt eine Anzahl von Vorrichtungen, mit denen eine turbulente Gas-
oder Dampfströmung erzeugt werden kann. Düsen oder Einrichtungen zur Behandlung
von fadenförmigem Material mit einem turbulenten Gas oder Dampf sind in den USA.-Patentschriften
2 783 609, 2 852 906 beschrieben und in F i g. 2 der Zeichnung dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich gut zur Behandlung einer
Anzahl von Garnen in der gleichen Düse. So ist es möglich, durch eine einzelne Düse
gleichzeitig zwei bis fünf oder mehr Garne zu führen.
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Der Fadentiter wird durch die erfindungsgemäße Behandlung um 12 bis
25 % oder mehr erhöht. Dieser Titer wird durch die Veränderung des Fadengewichtes
je Längeneinheit bei durch leichte Zugspannung entfernter Kräuselung gemessen, wodurch
die die Kräuselkontraktion begleitende Titererhöhung eliminiert ist. Zwischen der
Schrumpfung des Fadens und seiner Titererhöhung besteht die folgende Beziehung:
Hierin bedeutet deni den Fadentiter vor der Behandlung und denn,, den Fadentiter
nach der Behandlung bei Belastung mit 0,1 g/den.
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Die Färbegeschwindigkeiten der Ausgangsgarne und der düsenbehandelten
Garne werden durch Analyse der Färbeflotten bestimmt, in denen die verschiedenen
Garne gefärbt werden. Die Färbung erfolgt bei einem Gewichtsverhältnis von Färbeflotte
zu Garn von 400: 1, die Farbstoffkonzentration in der Färbeflotte vor und nach dem
Färben wird durch Ultraviolett-Spektralanalyse bestimmt, und die Färbegeschwindigkeit
wird als diejenige Farbstoff'menge bestimmt, die bei einer gegebenen Temperatur
in 10 Minuten von der Faser absorbiert wird.
| Tabelle 1 |
| Färbegeschwindigkeiten und physikalische Eigenschaften von
Garnen aus Polyhexamethylenadipinsäureamid |
| In 10 Minuten Eigenschaften der abgekochten Fäden |
| bei 60'C |
| Streckverhältnis und Garnart absorbierter Reiß- Bruch- |
| Säurefarbstoff festigkeit dehnung Modul |
| Gewichtsprozent g/den °/° g/den |
| 2,5x, Ausgangsgarn.............................. 0,53 3,7 1
135 I 28 |
| 3x, Ausgangsgarn ............................... 0,34 4,3 -
103 30 |
| 4x, Ausgangsgarn ............................... 0,21 5,4 67
29 |
| 5x, Ausgangsgarn ............................... 0,25 7,8 63
38 |
| 5x, durch Dampfbehandlung voluminös gemacht .... 1,43
7,3 73 20 |
Beispiel 1 Aus einem vierfach gereckten Garn aus Polyhexamethylenadipinsäureamid
wird eine Anzahl von voluminösen Garnen hergestellt. Die Auswirkung der Arbeitsbedingungen
auf die Kennwerte der in den voluminösen Zustand überführten Produkte zeigt Tabelle
Il.
| Tabelle 1I |
| Auswirkungen der Arbeitsbedingungen auf die Kennwerte in den
voluminösen Zustand übergeführter |
| Garne aus vierfach gerecktem Polyhexamethylenadipinsäureamid |
| Versuch |
| 1 2 3 4 5 6 |
| Ausgangsgarn |
| Garntiter, den . ....................... . ....... 2300
2300 2300 2000 1 2000 15 |
| Fadenzahl.................................... 158 158 158 138
138 '1 Mono- |
| Drehung ..................................... 0 0 0 0 0 I Ol |
| Querschnitt .................................. Y Y Y Y Y R |
| Arbeitsbedingungen |
| i |
| Zuführungsüberschuß,°/o ...................... 37 100 150 100
100 i 75 |
| Zuführungsgeschwindigkeit, m/Min.............. 182,9
182,9 182,9 182,9 365,8j 45,7 |
| Temperatur, 0C............................... 317 321 321 302
316 @ 304 |
| Wasserdampfdruck, atü . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 7,6 7,6 7,6 6,0 6,0 ; 6,3 |
| In den voluminösen Zustand übergeführtes Produkt |
| (nach Spannung und Entspannung durch Abkochen) |
| Garntiter, den ................................ 4340 5169 ;
5188 4729 f 4071 18,3e) |
| Garntiterzunahme, °/o.......................... 89 125 126
137 104 22 |
| Fadenkräuseldehnung.°/o ...................... 59 110 115 86
82 110 |
| '@ den/Faden. |
Beispiel 2 Ein umgedrehtes, 112fädiges 2100-den-Garn aus Polycaprolactam
wird durch die in F i g. 2 dargestellte Wirbeldüse geführt. Der Zuführungsüberschuß
beträgt 100011, die Zuführungsgeschwindigkeit l82,8 m/Min. Es werden drei verschiedene
Behandlungstemperaturen, nämlich
191, 224 und 268'C, angewandt. Das bei
191'C behandelte Garn weist nur eine mäßige Voluminosität, das bei 224°C
behandelte Garn eine hohe und das bei 268'C behandelte Garn eine sehr hohe Voluminosität
auf. Es ist nicht möglich, beim Arbeiten mit dieser Düse und dieser Zuführungsgeschwindigkeit
das Garn bei 288'C zu behandeln, ohne daß es schmilzt. Die Eigenschaften des in
den voluminösen Zustand übergeführten Garns sind in Tabelle 111 zusammengestellt.
| Tabelle IIl |
| (Nach Spannungsbehandlung und Entspannung durch Abkochen) |
| Fadenschrumpfung |
| Dampftemperatur Tner des Faden- Fadentiter 111o |
| voluminösen Garns kräuseldehnung Kräusel je m |
| (bezogen auf |
| ° C den 11/11 den Ausgangsfadentiter) |
| 191 3265 38,6 189 21,1 12,2 |
| 224 4713 87,8 453 22,3 18,6 |
| 268 4299 59,2 335 24,1 28,2 |
Beispiel 3 Ein Garn aus Poly-s-capronsäureamid wird bei verschiedenen Bedingungen
unter Verwendung von Dampf in der Wirbeldüse gemäß F i g. 2 in den voluminösen Zustand
übergeführt. Als Ausgangsfaden dient ein umgedrehtes, glänzendes, 224fädiges Garn
von 4200 den. Alle Garne werden bei einer Zuführungsgeschwindigkeit von 182,9 m/Min.
und einem Dampfdruck von 5,6 at behandelt. Weitere Arbeitsbedingungen und die Garneigenschaften
sind in Tabelle IV enthalten. Jedes der düsenbehandelten Garne erfährt eine Kräuselung,
aber die beste Kräuselung wird bei der höchsten Temperatur erhalten. Wenn man das
gleiche Ausgangsgarn in einem Autoklav bei 135°C behandelt, wird bei einer vergleichbaren
Färbegeschwindigkeit eine viel geringere Reißfestigkeit erzielt. Bei noch höheren
Autoklavtemperaturen, wie 163°C, schmilzt das Garn. Es ist nicht möglich, in derh
Autoklav feste Garne zu erhalten, die eine ähnliche Anfärbbarkeit wie die bei 238
oder 277°C in der Düse in den voluminösen Zustand übergeführten Garne aufweisen.
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Die in den nachstehenden Tabellen IV und V angegebenen Orientierungswinkel
werden an den Ausgangsgarnen und an den mit Dampf behandelten Garnen nach Entspannung
durch Abkochen nach der Röntgenbeugungsmethode bestimmt. Methoden zur Bestimmung
des Orientierungswinkels sind im Buch von K. G ö t z e , Chemiefasern, 1951, S.450,
beschrieben worden.
| Tabelle IV |
| Färbe- |
| geschwindigkeit: Festigkeit des Fadengutes |
| in 10 Minuten (abgekocht) Orientierungs- |
| Garnbehandlung bei 60° C winkel |
| absorbierte Zug- I Bruch- Elastizitäts- Faden- |
| modultiterd*Gewichtsprozent Säurmenge efarbstoff- Festi
gkeit dehnung ) |
| g/den 11 |
| I /11 I g/den |
| g/den |
| I |
| Ausgangsgarn .................. 0,74 8,1 40 ! 27 18,8 12,0 |
| Düse, 238°C, Zuführungsüberschuß |
| 750/ o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 2,14 6,4 80 10 22,5 - |
| Düse, 277°C, Zuführungsüberschuß |
| 1250/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 2,21 3,8 128 7,9 27,2 18,9 |
| Autoklavbehandlung bei 135°C, |
| 15 Minuten, HZO . . . . . . . . . . . . . . 1,79 5,9 56 15
20,9 11,3 |
| *) Gemessen unter Verwendung der 100-Interferenz. |
Beispiel 4 Ein aus Polyäthylenterephthalat ersponnenes Garn wird unter Verwendung
der Wirbeldüse gemäß F i g. 2 in den voluminösen Zustand übergeführt. Als Ausgangsgarn
wird ein ungedrehtes, 34fädiges Garn von 70 den mit rundem Fadenquerschnitt verwendet.
Die Garne werden bei einer Zuführungsgeschwindigkeit von 457,2 m/Min. und einem
Dampfdruck von 3,9 at bei 321 bzw. 349°C behandelt, wobei eine ausgezeichnete Kräuselung
erhalten und die Färbegeschwindigkeit erhöht wird. Die in den voluminösen Zustand
übergeführten Garne werden in Abwesenheit von Trägern mit einem Dispersionsfarbstofl'
gefärbt. Bei der Behandlung nimmt der Orientierungswinkei zu. Die behandelten Garne
weisen außer guter Kräuselung und hoher Färbegeschwindigkeit auch eine hohe Reißfestigkeit
auf.
| Tabelle V |
| Färbe- |
| geschwindigkeit: Festigkeit des Fadengutes |
| in 10 Minuten (abgekocht) prientierungs- |
| winket |
| Garnbehandlung beim Sieden |
| absorbierte Zug- Bruch- Elastizitäts- Faden- |
| farbstoffmenge Dispersions- festigkeit dehnung ! modal titer |
| i i Grad*) |
| Gewichtsprozent g/den % glden g/den |
| Ausgangsgarn .................. 1,02 4,7 48 59 2,2 25 |
| Düse, 321'C, Zuführungsüberschuß |
| 80°/o......................... 1,41 3,1 127 16 3,2 |
| Düse, 349°C, Zuführungsüberschuß |
| 1250/ o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 2,32 2,8 126 21 3,2 43,6 |
| *) Gemessen unter Verwendung der 100-Interferenz. |
Beispiel 5 Zwei 68fädige Garne von 1020 den aus Polyhexamethylenadipinsäureamid
mit einer Z-Drehung von 19,7/m und dreiflügeligem Querschnitt werden nach dem Verfahren
gemäß F i g. 1 gleichzeitig durch die Wirbeldüse gemäß F i g. 2 geführt. Unmittelbar
vor dem Eintritt in die Düse werden die beiden Garne über einzelne Zuführungswalzen
mit 137,2 und 170,1 m/Min. geführt. Die Kräuselung erfolgt in der Wirbeldüse mit
überhitztem Dampf von 288'C und 4,9 atü. Beim Austritt aus der Wirbeldüse läuft
das Garn mit 86,9 m/Min. über eine Aufnahmewalze, so daß die Zuführungsüberschüsse
der beiden Einzelgarne 56 bzw.
950/, betragen. Das Garn wird an der Luft
abgekühlt und in Form eines Kuchens abgelegt. Das Garn ergibt bei starker Drehung,
z. B. mit 276 Drehungen pro Meter, eine viel größere Voluminosität als ein vergleichbares
zweisträhniges Gebilde, das bei gleich großen Zuführungsüberschüssen hergestellt
wird.