DE1260679B - Verfahren zur mehrstufigen Verstreckung von Faeden aus synthetischen Linearpolyamiden - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

DOId

Deutsche Kl.: 29 a - 6/31

Nummer: 1260 679

Aktenzeichen: P16545 VII a/29 a

Anmeldetag: 29. Juni 1956

Auslegetag: 8. Februar 1968

Es ist bekannt, Linearpolyaniidfäden, wie Fäden aus linearem Polyhexamethylenadipinsäureamid, in mehreren Stufen zu verstrecken, wobei man in der zweiten Stufe eine höhere Temperatur als in der ersten Stufe verwenden kann (USA.-Patentschrift 2 533 013). Hierbei wird nicht geregelt, welcher Teil der Gesamtverstreckung in der ersten Stufe und welcher in der zweiten Stufe erfolgt. Es ist weiter bekannt, daß die Doppelbrechung der Fäden proportional der Ausrichtung der Moleküle ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur mehrstufigen Verstreckung von Fäden aus synthetischen Linearpolyamiden, wobei man in der ersten Verstreckungsstufe oberhalb der Einfriertemperatur, aber unterhalb der Kraft-Verstreckungs-Übergangstemperatur und in den weiteren Verstreckungsstufen oberhalb der Kraft-Verstreckungs-Übergangstemperatur, aber unterhalb des Erweichungspunktes des Polyamides verstreckt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den nicht verstreckten Faden in der ersten Stufe im Verhältnis der verstreckten zur nichtverstreckten Länge von etwa R₁ ±0,4 verstreckt, wobei R₁ nach der Gleichung

Verfahren zur mehrstufigen Verstreckung von
Fäden aus synthetischen Linearpolyamiden

Anmelder:

E. I. du Pont de Nemours and Company,

Wilmington, Del. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

8000 München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:

Joseph Zimmerman, Wilmington, Del. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 30. Juni 1955 (519 227),

vom 18. Mai 1956 (585 742) - -

1Og₁

2,1
R₁ -2,0

bestimmt wird, in welcher B die Doppelbrechung des Fadens vor der Verstreckung bedeutet.

In der Figur wird diese Gleichung graphisch dargestellt.

Entgegen der bisher üblichen Polyamidverstrekkung wird also erfindungsgemäß in der ersten Verstreckungsstufe nicht bis zum maximal möglichen Wert verstreckt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man verstreckte Polyamidfädeö. von erhöhter Qualität und Gleichmäßigkeit der Eigenschaften in Fadenlängsrichtting. Dabei ist die Bruchhäufigkeit während der Gesamtverstreckung stark vermindert.

R₁ wird zweckmäßig ermittelt, indem man die relative Umfangsgeschwindigkeit von Zuführ- und Abzugswalze bestimmt, vorausgesetzt, daß das Spinnkabel keinen merklichen Schlupf hat. Ein derartiger Schlupf wird leicht mit den in der Spinntechnik bekannten Mitteln verhindert, z. B. durch Verwendung von Quetschwalzen oder der mehrmaligen Umschlingung des Fadenkabels um die Walzen. Es ist ferner zu beachten, daß das oben definierte Verstreckungsverhältnrs sich auf das Verhältnis der verstreckten zur unverstreckten Länge des Fadenbündels während des Verfahrens bezieht; wenn eine solche Messung (z. B. durch Bestimmung des Titers) später vorgenommen wird, wenn also das Fadenbündel die Möglichkeit hatte, sich zu verkürzen, können Fehler auftreten. Um diese auszuschalten, muß man eine Korrektur für die langsame Verkürzung vornehmen, welche bekanntlich bei Polyamiden erfolgt, die über ihre Elastizitätsgrenze hinaus verstreckt worden sind.

Wie allgemein beim Verstrecken üblich, soll auch hier jede Verstreckung unterhalb der Erweichungstemperatur des Polymeren durchgeführt werden. Die Verstreckungstemperatur soll vorzugsweise nicht über einem Wert liegen, der etwa 20 ⁰C unterhalb der Schmelztemperatur liegt, aber andererseits nicht unterhalb der sogenannten Emfrdertemperatur, d. h. der Temperatur, bei welcher eine Diskontinuität in der Abhängigkeit der thennodynamischen Eigenschäften erster Ableitung von der Temperatur auftritt (vgl. »Advances in Colloid Science« von Boy er und Spencer, Bd. 2, herausgegeben 1946 von »Interscience«).
Die »Kraft-Verstreckungs-Übergangstemperatur« ist diejenige Temperatur, bei welcher eine Diskontinuität der Abhängigkeit des Logarithmus der Spannung, die notwendig ist, um einen nichtverstreckten Faden um einen gewissen Betrag zu verstrecken, vom Kehrwert der Verstreckungstemperatur, ausgedrückt in absoluten Temperaturgraden, auftritt.

Die Messung der »Kraft-Verstreckungs-Ubergangstemperatur« erfolgt zweckmäßig in folgender Weise:

809 507/523

Die Fäden werden von der Aufwickelwalze mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,3 m/Min, zu und um einen heißen, aus Stahl gefertigten und mit einer matten Chromplattierung versehenen Umlenkstab von etwa 2,5 cm Durchmesser geführt und auf das 4V8fache ihrer ursprünglichen unverstreckten Länge verstreckt. Man mißt Temperatur und Verstreckungsspannung. Dann ändert man die Temperatur des Umlenkstabs und mißt erneut die Verstreckungs-

streckte Spinnkabel hat eine Reißfestigkeit von 9,3 g/den, eine Dehnung von 17,3 % und einen anfänglichen Modul von 43 g/den.

Beispiel 2

Ein Fadenkabel aus Nylon von einer Doppelbrechung von 0,0025 wird mit einer Geschwindigkeit von 251 m/Min, der ersten Verstreckungsstufe zu-

zwischen gekreuzten Polarisatoren, z. B. Nicoischen Prismen, bestimmt; diese Methode ist im einzelnen von Heyn in Textile Research Journal, 22, S. 513 (1952), beschrieben.

Beispiel 1

Ein frisch gesponnenes Nylonfadenbündel von einer Doppelbrechung von 0,004 wird mit einer Geschwindigkeit von 347 m/Min, in die erste Verstrek-

spannung. Wenn man den Logarithmus der Ver- io kungsstufe geführt. Die Stabtemperatur beträgt Streckungsspannung gegen die reziproke absolute Ver- 75 ⁰C und das Verstreckungsverhältnis in der ersten Streckungstemperatur aufträgt, erhält man eine Stufe 3,3. Die Temperatur der Ziehfläche in der Kurve, die bei der genannten Übergangstemperatur zweiten Stufe beträgt 190 ⁰C und das Verstreckungseinen Knick aufweist. verhältnis 1,77, was einer Gesamtverstreckung auf

Für die beiden technisch wichtigsten fadenbilden- 15 das 5,84fache entspricht. Die Bruchhäufigkeit wähden Polyamide, nämlich für Polyhexamethylen- rend der Verstreckung beträgt 0,11/kg. Das veradipinamid und Polycaproamid, liegt die Einfriertemperatur bei etwa 50 ⁰C und die Kraft-Verstrekkung-Übergangstemperatur in der Nähe von 150 ⁰C,
wobei sie für Polyhexamethylenadipinamid etwa 20
155 ⁰C beträgt; die Schmelztemperatur beträgt für
Polyhexamethylenadipinamid etwa 265 ⁰C und für
Polycaproamid etwa 215 ⁰C. Natürlich ist die vorliegende Erfindung allgemein auf Fäden und ähnliche Gebilde anwendbar, die aus synthetischen 25 geführt. Die Temperatur des Umlenkstabes beträgt Linearpolyamiden bestehen; dies ist nachfolgend im 75 ⁰C und das Verstreckungsverhältnis in der ersten einzelnen erläutert, wobei Polyhexamethylenadipin- Stufe 3,6. Das Fadenkabel wird dann der zweiten amid von der relativen Viskosität 55 verwendet wird, Verstreckungsstufe zugeführt. In dieser beträgt die welches in der üblichen Weise ein 140-Fäden-Kabel Temperatur 230 ⁰C und das Verstreckungsverhältnis von einem Ges&mttiter von 4800 versponnen wird. 30 1,7, wodurch die Gesamtverstreckung das etwa Man kann bei Anwesenheit eines Quellmittels die 6fache beträgt. Die Bruchhäufigkeit während des optimale Temperatur der Verstreckungsstufe um VerStreckens beträgt 0,22/kg. Das verstreckte Fadenetwa 5 bis 20 ⁰C senken. Beispiele für geeignete kabel hat eine Festigkeit von 9,0 g/den, eine Deh-Quellmittel sind außer Wasser Phenole, Alkohole nung von 16,3 °/o und einen anfänglichen Modul von und ähnliche Verbindungen, wie sie z. B. in der 35 42 g/den.

USA.-Patentschrift 2 289 377 beschrieben sind. Um den Fortschritt des in den beiden vorstehen-

Bei der normalen Durchführung der Erfindung den Beispielen beschriebenen Verfahrens zu zeigen, ändert sich das Optimum der Verstreckungstempe- sei darauf hingewiesen, daß man bei einer kontiratur in der ersten Stufe auch mit der Geschwindig- nuierlichen einstufigen Verstreckung ein Verstrekkeit, mit welcher das Spinnkabel der Verstreckungs- 40 kungsverhältnis von höchstens etwas mehr als dem zone zugeführt wird. Im allgemeinensoll sich diese 5fachen erzielen konnte; trotzdem Dehnung und Temperatur der Einfrierternperatur um so mehr Anfangsmodul im wesentlichen die gleichen waren, nähern, je niedriger die Zuführungsgeschwindigkeit hatte dieses Fadenkabel eine Festigkeit von. nur ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verstrek- 7,8 g/den, d. h. einen viel niedrigeren Wert, als er kungstemperatur der ersten Stufe die Einfnertempe- 45 bei mehrstufiger Verstreckung erzielt "wird, ratur je 91,4 m/Min. Garnzuführungsgeschwindigkeit Durch zweckentsprechende Auswahl der Verfah-

um etwa 2 bis 10 ⁰C übersteigt. Natürlich kann auch . rensbedingungen, der Eigenschaften des Fadendie Form des Verstreckungsorgans die optimale Ver- bündeis sowie der Verstreckungsgeschwindigkeit und streckungstemperaruf beeinflussen, und ferner kann -temperatur kann eine zweistufige Verstreckung einein Temperaturgradient längs des Verstreckungs- 50 wandfrei durchgeführt werden, ohne daß man zwiorgans bestehen; in diesem Fall ist das Temperatur- sehen den Verstreckungsstufen Leitwalzen anordnen maximum an der Stelle der maximalen Spannung im muß. Das nachfolgende Beispiel erläutert diese Spinnkabel die für die erste Verstreckungsstufe ge- Methode, wobei die Apparatur im übrigen die gleiche wählte Temperatur. ist, wie sie in den vorstehenden Beispielen verwendet

In den beiden ersten Beispielen wird das Spinn- 55 wurde.

kabel direkt von der üblichen Förderrolle abgenom- B ei sod el 3

men und um einen beheizten Umlenkstab von etwa · '■ "

1,3 cm Durchmesser in einer Umschlingung herum- Ein frischgeformtes Fadenkabel aus Nylon mit

und dann einem Walzenstuhl zugeführt, um das Aus- einer Doppelbrechung von 0,004 wird mit einer Gemäß der Verstreckung in der ersten Stufe zu lenken; 60 schwindigkeit von 347 m/Min, der ersten Verstrekvon dort wird das Fadenkabel direkt über und um kungsstufe zugeführt. Die Stabtemperatur beträgt eine verhältnismäßig lange beheizte Fläche (drei Um- 100 ⁰C und das Verstreckungsverhältnis in der ersten schlingungen bei einem Steigungswinkel von 60° um Stufe 3,4. Die Temperatur der Ziehfläche in der ein Rohr von 2,5 cm Durchmesser und 76 cm Länge) zweiten Stufe ist 180 ⁰C; das Fadenkabel ist nur in und von dort zwecks .Verstreckung in einer zweiten 65 zwei schraubenförmigen Umschlingungen um das Stufe zu einem anderen Walzenstuhl geführt und Verstreckungselement herumgeführt; das Verstrekschließlich aufgespult. .Die Doppelbrechung wird kungsverhältnis beträgt 1,68 und. die Gesamtverständig durch Beobachtung typischer Fadenproben Streckung das 5,7fache, Das verstreckte Fadenkabel

hat eine Festigkeit von 9,3 g/den, eine Dehnung von 16,0% und einen Anfangsmodul von 42 g/den.

Beispiel 4

Ein Fadenkabel aus Nylon mit einer Doppelbrechung von 0,006 wird mit einer Geschwindigkeit von 402 m/Min, der ersten Verstreckungsstufe zugeführt. Die Stabtemperatur beträgt 120 ⁰C und das Verstreckungsverhältnis in der ersten Stufe 3,05. Das Fadenkabel wird dann der zweiten Verstreckungsstufe zugeführt, in welcher die Temperatur 175 ⁰C und das Verstreckungsverhältnis 1,85 beträgt, wodurch die Gesamtverstreckung 5,65 beträgt. Die Bruchhäufigkeit während der Verstreckung beträgt 1,54 Brüche je 100 kg Fadengewicht. Das verstreckte Fadenkabel hat eine Festigkeit von 9,5 g/den, eine Dehnung von 15,2 % und einen Anfangsmodul von 52,3 g/den.

Beispiel 5

Ein Fadenkabel aus frisch gesponnenem Nylon von einer Doppelbrechung von 0,011 wird mit einer Geschwindigkeit von 640 m/Min, der ersten Verstreckungsstufe zugeführt. Die Temperatur des Umlenkstabes beträgt 13O⁰C und das Verstreckungsverhältnis in der ersten Stufe 2,7. Das Spinnkabel wird nun der zweiten Stufe zugeführt, in welcher es in drei Umschlingungen um das aufgeheizte Rohr geführt wird, welches eine Temperatur von etwa 185 ⁰C besitzt. Das Verstreckungsverhältnis beträgt in dieser Stufe 1,9, was einer Gesamtverstreckung auf das 5,2fache entspricht. An der ersten Ziehfläche werden keine gebrochenen Fäden beobachtet. Das verstreckte Fadenkabel hat eine Festigkeit von 9,0 g/den, eine Dehnung von 16,0% und einen Anfangsmodul von 47,7 g/den.

Das Verfahren gemäß der Erfindung braucht nicht in zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Verstrekkungsstufen durchgeführt zu werden; ein ähnliches Resultat kann vielmehr auch erzielt werden, wenn man an die gelenkte Verstreckung der ersten Stufe erst zu einer späteren Zeit eine oder mehrere weitere Verstreckungsstufen anschließt. Es ist manchmal erwünscht, die Verstreckung völlig gesondert vom Spinnprozeß durchzuführen, wozu das Spinnkabel nach dem Verspinnen zunächst aufgehaspelt werden muß. Diese Methode wird in den nachfolgenden Beispielen erläutert:

Beispiel 6

Polyhexamethylenadipinamid von der relativen Viskosität 55 wird in der üblichen Weise mit einer Abzuggeschwindigkeit von 366 m/Min, zu einem 34-Fäden-Kabel von einem Titer von 1180 den und einer Doppelbrechung von 0,004 versponnen. Nach Abzug von der Aufwickelwalze wird das Spinnkabel über einen »Alsimag«-Umlenkstift von 4,8 mm Durchmesser geführt, der durch Kontakt mit dem Fadenkabel auf 55 ⁰C erhitzt ist, worauf das Kabel auf das 3,5fache verstreckt wird. Dann wird es in einer Umschlingung um ein auf 160 ⁰C erhitztes, 25 cm langes poliertes Stahlrohr von 19,0mm Durchmesser geführt, worauf es weiter um das l,6fache verstreckt wird. Das mit einer Geschwindigkeit von 183 m/Min, zu einem Garnkörper aufgespulte Kabel hat eine Festigkeit von 8,9 g/den, eine Dehnung von 14,0% und einen Anfangsmodul von 51 g/den. Dieses Verfahren läßt sich gut ausführen. Es treten nur 44 Fadenbrüche je 100 kg auf, und die Fadenverwicklungen an der Abzugswalze machen weniger als 15% des gesamten Arbeitsganges aus.

Um einen Vergleich mit den in den vorstehenden Beispielen erzielten Resultaten zu ermöglichen, sind in der nachfolgenden Tabelle die Ergebnisse einer zweistufigen Verstreckung des Spinnkabels von Beispiel 6 bei verschiedenen Verstreckungsverhältnissen in der ersten Verstreckungsstufe, ferner die kritische ίο Wirkung des Verstreckungsverhältnisses der ersten Stufe aufgezeigt.

Gesamtverstreckung 5,6

Verstreckungs verhältnis der ersten Stufe	Verstreckungs verhältnis der zweiten Stufe	Zahl der Fadenbrüche (je Kilogramm Fadenkabel)
3,1 3,5 4,0	1,8 1,6 1,4	3,1 0,4 5,3

Beispiel 7

Polyhexamethylenadipinamid wird in der üblichen Weise mit einer Geschwindigkeit von 1097 m/Min, zu einem 34-Fäden-Kabel von 230 den versponnen. Die Doppelbrechung beträgt 0,018. Das aufgespulte Kabel wird von der Verspinnungsapparatur in die Verstreckungsvorrichtung übergeführt. Dort wird das Spinnkabel über einen »Alsimag«-Umlenkstift von 4,8 mm Durchmesser geführt, der durch den Kontakt mit dem Spinnkabel auf 55 ⁰C erhitzt wird, worauf das Fadenkabel auf das 2,3fache seiner ursprünglichen Länge verstreckt wird. Ein Satz von Spannwalzen fördert das Garn zu einem beheizten Stahlrohr von 19,0 mm Durchmesser, um welches es mit einem Umschlingungswinkel von 180° geführt wird. Das Stahlrohr ist auf eine Oberflächentemperatur von 180 ⁰C aufgeheizt. Das Fadenkabel wird auf diese Weise zusätzlich um das l,38fache verstreckt; die Gesamtverstreckung beträgt 3,17. Nachdem das Fadenkabel mit einer Geschwindigkeit von 402 m/Min, aufgespult ist, hat es eine Festigkeit von 5,3 g/den, eine Dehnung von 26% und einen Anfangsmodul von 42 g/den. Dieses Verfahren läßt sich gut ausführen, da die Fadenverwicklungen an der Abzugswalze weniger als 3% des gesamten Arbeitsvorganges ausmachen.

Wenn man das Verfahren mit der Ausnahme wiederholt, daß man in der ersten Stufe auf das 3,0fache verstreckt, treten so viele Fadenbrüche auf, daß die Fadenverwicklungen auf der Abzugswalze 79% der Zeit ausmachen.

Beispiel 8

Aus Polycaproamid von der relativen Viskosität 50 (Definition der relativen Viskosität; USA.-Patentschrift 2 385 890) wird ein 74-Fäden-Spinnkabel von 1000 den gesponnen und mit einer Geschwindigkeit von 320 m/Min, aufgespult. Es hat eine Doppelbrechung von 0,006. Der Garnkörper wird in eine Verstreckungsvorrichtung übergeführt, die im wesentlichen der von Beispiel 6 entspricht, und dort über einem »Alsimag«-Umlenkstift, der auf 80 ⁰C erhitzt ist, verstreckt. Das Verstreckungsverhältnis beträgt in dieser ersten Stufe 3,2. Das Spinnkabel wird nun von einem Satz Spannwalzen zu einem beheizten

Stahlrohr von 19,0 mm Durchmesser gefördert, um welchen es bei einem Umschlingungswinkel von 180° geführt wird. Das Stahlrohr ist auf eine Oberflächentemperatur von 190 ⁰C aufgeheizt. Das Spinnkabel wird dabei um das l,8fache und damit auf eine Gesamtverstreckung von 5,7 verstreckt und mit einer Geschwindigkeit von 76 m/Min, aufgespult. Die verstreckte Probe hat eine Festigkeit von 9,5 g/den, eine Dehnung von 15% und einen Anfangsmodul von 40 g/den. Das Verfahren läßt sich gut ausführen, und auf den Förderwalzen treten keine Fadenverwicklungen auf.

Beispiel 9

Aus einem Mischpolymerisat aus 70 Gewiditsteilen Poiyhexamethylenadipinamid und 30 Gewichtsteilen Polyhexamethylenterephthalsäurearnid wird ein 140-Fäden-Kabel gesponnen. Die relative Viskosität beträgt 47,8, der Titer 4300 den und die Doppelbrechung 0,015. Das Spinnkabel wird, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit einer Geschwindigkeit von 402 m/Min, einer ersten Verstreckungsstufe zugeführt und dort auf das 2,6fache verstreckt. Der Umlenkstab, über welchem es verstreckt wird, hat eine Oberflächentemperatur von 110 ⁰C. Das Fadenkabel wird dann in eine zweite Verstreckungsstufe gefördert und in dieser auf das l,9f ache verstreckt, wobei es iü 5f acher Umschlingung um ein Rohr von 20 mm Durchmesser und einer Oberflächentemperatur von 170⁰C geführt wird. Das Gesamtverstreckungsverhältnis beträgt 5,05. Diese Verstreckung läßt sich gut ausführen, und das verstreckte Spinnkabel hat eine Festigkeit von 6,8 g/den, eine Dehnung von 13,6% und einen Anfangsmodul von 52,5 g/den.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur mehrstufigen Verstreckung von Fäden aus synthetischen Linearpolyamiden, insbesondere aus Poiyhexamethylenadipinamid

oder Polycaproamid, wobei man in der ersten Verstreckungsstufe oberhalb der Einfriertemperatur, aber unterhalb der Kraft-Verstreckungs-Übergangstemperatur und in den weiteren Verstreckungsstufen oberhalb der Kraft-Verstrekkungs-Übergangstemperatur, .aber unterhalb des Erweichungspunktes des Polyamides verstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß man den nicht verstreckten Faden in der ersten Stufe im Verhältnis der verstreckten zur nichtverstreckten Länge von etwa R₁ ± 0,4 verstreckt, wobei .R₁ nach der Gleichung

log

¹¹⁰

²>1 \„

R₁-

bestimmt wird, in welcher B die Doppelbrechung des Fadens vor der Verstreckung bedeutet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polyamidfaden, dessen Einfriertemperatur etwa 50 ⁰C und dessen »Kraf t-Verstreckungs-Ubergangstemperatur in der Nähe von 150 ⁰C liegt, in zwei Stufen verstreckt, und zwar in der ersten Stufe zwischen 50 und 150 ⁰C und in der zweiten Stufe oberhalb 15O⁰C, aber mindestens 20 ⁰C unterhalb der Schmelztemperatur des Polyamides.

30 In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 918 833;

deutsche Patentanmeldung P 4484 VII/29 a (bekanntgemacht am 9.10.1952);

schweizerische Patentschriften Nr. 266 603,
132;

britische Patentschrift Nr. 721 912;

USA.-Patentschriften Nr. 2 509 741, 2 533 013,
556 295, 2 615 784;

Rowland Hill, »Fibres from Synthetic Polymers«, 1953, S. 269 bis 271;

Rudolf Pummerer, »Chemische Textilfasern, Filme und Folien«, FerdinandEnke Verlag, Stuttgart, 1953, S. 1337.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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