DE1260679C2

DE1260679C2 - Verfahren zur mehrstufigen verstreckung von faeden aus synthetischen linearpolyamiden

Info

Publication number: DE1260679C2
Application number: DE19561260679
Authority: DE
Inventors: Joseph Wilmington Del. Zimmerman (V.StA.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1955-06-30
Filing date: 1956-06-29
Publication date: 1977-01-20
Also published as: NL112997C; FR1210212A; US3091015A; GB811349A; FR1154335A; IT555778A; IT595427A; DE1260679B; US3093881A; CH352451A; CA666693A; BE571165A; BE549180A; GB889144A

Description

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

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- *₅ kennzeichnet, daß man einen Polyamidfaden, dessen Einfriertemperatur etwa 50° C und dessen Kraft-Verstreckungs-Ubergangstemperatur in der Nähe von 150⁰C liegt, in zwei Stufen verstreckt, und zwar in der ersten Stufe zwischen 50 3= und 15O⁰C und in der zweiten Stufe oberhalb 150= C, aber mindestens 20'C unterhalb der Schmelztemperatur des Polyamides.

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Es ist bekannt, Polyamidfäden ein- oder zweistufig zu verstrecken,wobei gemäß der US-PS 25 56 295 die einstufige Verstreckung als günstiger angesehen wurde. In der Literatur z.B. DL-PS 3 623, US-PS 33 013 und US-PS 25 09 741 über das mehrstufige Verstrecken von Polyamidfäden finden sich keine Angaben darüber, weichen Einfluß der Streckgrad in den einzelnen Streckstufen auf das Endergebnis hat. In der US-PS 25 09 741 wird der Hinweis gegeben, daß in der ersten Streckstufe so weit wie bei der verwendeten Temperatur möglich verstreckt werden soll. Es ist weiter bekannt, daß die Doppelbrechung der Fä- 5» den proportional der Ausrichtung der Moleküle ist.

Gegenstand der Erfindung isi ein Verfahren zur mehrstufigen Verstreckung von Fäden aus synthetisehen Linearpolyamiden, wobei man in der ersten Verstreckungsstufe oberhalb der Einfriertemperatur, aber, unterhalb der Kraft-Verstreckungs-Ubergangstemperatur und in den weiteren Verstreckungsstufen oberhalb der Kraft-Verstreckungs-Übergangstemperatur, aber unterhalb des Erweichungspunktes des Polyamides verstreckt, das dadurch gekennzeichnet 6n ist, daß man den nicht verstrecken Faden in der ersten Stufe im Verhältnis der versteckten 7ur nichtverstreckten Länge von etwa Ä,tO,4 verstreckt. wobei R₁ nach der Gleichung

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bestimmt wird, in welcher B die Doppelbrechung des

^{Fadens vor der} Verstreckung bedeutet.

^ ^ ^^ ^^ _{diese Gleichung graphisch dar}.

gestellt.

Durch das erfindungsgemaße Verfahren erhält man verstreckte Polyamidfad« von_ erhöh er Quaütat und Gleichmäßigkeit der Eigenschaften in Fadenlangsnchtung. Dabei ist die Bruchuaufigkeit während der Gesamtverstreckung stark vermindert.

Ä wird zweckmäßig ermittelt indem man die relatue Urnfangsgeschwindtgket von Zufuhr- und Abzugswalze besümmt vorausgesetzt daß das Spinnkabel kernen f¹?*^» Schopf hat Ein derartiger Schlupf wird leicht mit den in der Spinntechnik bekannten Mitteln verhindert, ζ B. durch Verwendung von Quetschwalzen oder der mehrmaligen Umschlingung des Fadenkabels um die Walzen Es ist ferner zu beachten, daß das oben definierte Ver-Streckungsverhältnis sich auf das Verhältnis der verstreckten zur unverstreckten Länge des Fadenbün^de!s Ehrend des Verfahrens bezieht; wenn eine solche Messung (z. B. durch Bestimmung des Titers) später vorgenommen wird wenn also das Fadenbündel die Möglichkeiten hatte s.ch zu verkurzen, können Fehler auftreten Um d.ese auszuschalten, muß man eine Korrektur fur die langsame Verkürzung vornehmen, welche bekann:-mh 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- c unterhalb der Schmelztemperatur liegt, aber andererseits nicht unterhalb der sogenannten Einfriertemperatur, d. h. der Temperatur, bei welcher eine Diskontinuität in der Abhängigkeit der thermodynamischen Eigenschäften erster Ableitung von der Temperatur auftritt !,vgl. »Advances in Colloid Science« von B ο y e r und Spencer, Bd. 2, herausgegeben 1946 v_on »Intcrscience«).

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-Übergangstemperatur« erfolgt zweckmäßig in folgender Weise: 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 4'/2fache ihrer ursprünglichen unverstreckten Länge verstreckt. Man mißt Temperatur und Verstreckungsspannung Dann ändert man die Temperatur des Umlenkstabs und mißt erneut die Verstreckuntrsspannung. Wenn man den Logarithmus der V,:r-Mreckungsspannung gegen die reziproke absolute Ver-Mreckungstemperatur aufträgt, erhält man eine Kurve, die bei der genannten Übergangstempera tür einen Knick aufweist.

Für die beiden technisch wichtigsten fadenbiliknden Polyamide, nämlich für Polyhexamethykniidipinamid und Polycaproamid, liegt die Einfrior-

1 temperatur bei etwa 50^D C und die Kraft-Verstrek- streckte Spinnkabel hat eine Reißfestigkeit von 1 ^ungs-Übergangstemperatur in der Nähe von 150 C, 9,3 g/den, eine Dehnung von 17,3% und einen anil wobei sie für Polyhexamethylenadipinamid etwa fänglichen Modul von 43 g/den. Ψ 155⁰C beträgt; die Schmelztemperatur beträgt für
S Polyhexamethylenadipinamid etwa 265⁰C und für 5

I Polycaproamid etwa 215" C. Natürlich ist die vor- Beispiel 2

1' lieoende Erfindung allgemein auf Fäden und ähn-

P liehe Gebilde anwendbar, die aus synthetischen Ein Fadenkabel aus Nylon von einer Doppelfi' Linearpolyamiden bestehen; dies ist rachfolgend im brechung von 0,0025 wird mit einer Geschwindigkeit P einzelnen erläutert, wobei Polyhexamethylenadipin- io von 251 m/Min, der ersten Verstreckungsstufe zu- § amid von der relativen Viskosität 55 verwendet wird, geführt. Die Temperatur des Umlenkstabes beträgt fl welches in der üblichen Weise ein 140-Fäden-Kc.bel 75° C und das Verstreckungsverhältnis in der ersten I von einem Gesamttiter von 4800 versponnen wird. Stufe 3,6. Das Fadenkabel wird dann der zweiten % Man kann bei Anwesenheit eines Quellmittels die Verstreckungsstufe zugeführt. In dieser beträgt die t optimale Temperatur der Verstreckungsstufe um 15 Temperatur 230° C und das Verstreckungsverhältnis I etwa 5 bis 20° C senken. Beispiele für geeignete 1,7, wodurch die Gesamtverstreckung das etwa Ϊ Quellmiitel sind außer Wasser Phenole, Alkohole 6fache beträgt. Die Bruchhäufigkeit während des f und ähnliche Verbindungen, wie sie z. B. in der VerStreckens beträgt 0,22 kg. Das verstreckte Faden-I US-PS 22 89 377 beschrieben sind. kabel hat eine Festigkeit von 9,0 g/den, eine Deh-I Bei der normalen Durchführung der Erfindung 20 nung von 16,3% und einen anfänglichen Modul von Ü ändert sich das Optimum der Verstreckungstempe- 42 g/den.

Sr ratur in der ersten Stufe auch mit der Geschwindig- Um den Fortschritt des in den beiden %^rorstehen-

U keit, mit welcher das Spinnkabel der Verstreckungs- den Beispielen beschriebenen Verfahrens zu zeigen,

IS zone zugeführt wird. Im allgemeinen soll sich diese sei darauf hingewiesen, daß man bei einer konti-

*f Temperatur der Einfriertemperatur um so mehr 25 nuierlichen einstufigen Verstreckung ein Verstrek-

l| nähern, je niedriger die Zuführungsgeschwindigkeit kungsverhältnis von höchstens etwas mehr als dem

if ist Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verstrek- 5fachen erzielen konnte; trotzdem Dehnung und

1 kungstemperatur der ersten Stufe die Einfriertempe- Anfangsmodul im wesentlichen die gleichen waren,

H ratur je 91,4 m/Min. Garnzuführungsgeschwindigkeit hatte dieses Fadenkabel eine Festigkeit von nur

Ϊ um etwa 2 bis 10° C übersteigt. Natürlich kann auch 30 7,8 g/den, d. h. einen viel niedrigeren Went, als er

% die Form des Verslreckungsorgans die optimale Ver- bei mehrstufiger Verstreckung erzielt wird.

I Streckungstemperatur beeinflussen, und ferner kann Durch zweckentsprechende Auswahl der Verfah- $ ein Temperaturgradient längs des Verstreckungs- rensbedingungen, der Eigenschaften des Faden- '% organs bestehen; in diesem Fall ist das Temperatur- bündeis sowie der Verstreckungsgeschwindigkeit und

^II maximum an der Stelle der maximalen Spannung im 35 -temperatur kann eine zweistufige Verstreckung ein- < Smnnkabel die für die erste Verstreckungsstufe ge- wandfrei durchgeführt werden, ohne daß man zwi-1 wählte Temperatur. sehen den Verstreckungsstufen Leitwalzen anordnen ' In den beiden ersten Beispielen wird das Spinn- muß. Das nachfolgende Beispiel erläutert diese Me-

kabel direkt von der üblichen Förderrolle abgenom- thode, wobei die Apparatur im übrigen du; gleiche men und um einen beheizten Umlenkstab von etwa 40 ist, wie sie in den vorstehenden Beispielen verwendet 1,3 cm Durchmesser in einer Umschlingung herum- wurde,
und dann einem Walzenstuhl zugeführt, um das Aus-

maß der Verstreckung in der ersten Stufe zu lenken; Beispiel 3

von dort wird das Fadenkabel direkt über und um

eine verhältnismäßig lange beheizte Fläche (drei Um- 45 Ein frischgeformtes Fadenkabel aus Nylon mit schlineuneen bei einem Steigungswinkel von 60° um einer Doppelbrechung von 0,004 wird mit einer Ueein Rohr von 2,5 cm Durchmesser und 76 cm Länge) schwindigkeit von 347 m/Min, der ersten Verstrek- und von dort zwecks Verstreckung in einer zweiten kungsstufe zugeführt. Die Stabtemperatur betragt Stufe zu einem anderen Walzenstuhl geführt und 100^r C und das Verstreckungsverhältnis in der ersten schließlich aufgespult. Die Doppelbrechung wird 50 Siufe 3,4. Die Temperatur der Ziehflache in der SS durch Beobachtung typischer Fadenproben zweiten Stufe ist 180° C; das Fadenkabel ist nur in zwischen gekreuzten Polarisatoren, z.B. Nicoischen zwei schraubenförmigen Umschlingungen um das Prismen, bestimmt; diese Methode ist im einzelnen Verpackungselement herumgefuhn; das Vers rekvön Heyn in Textile Research Journal, 22, S. 513 kungsverhältnis beträgt 1,68 und die Gesamtvernösri beschrieben 55 Streckung das 5,7fache. Das verstreckte Fadenkabel

(1952), beschrieben. ^ _eine ^B _{Fesügkeit von q>3 g/derii eine} Dehnung von

Beispiel 1 16,0% und einen Anfangsmodul von 42 g/den.

Ein frisch gesponnenes Nylonfadenbündel von B ei so i el 4

einer Doppelbrechung von 0,004 wird mit einer Ge- 60 ν

schwindiekeit von 347 m/Min, in die erste Verstrek- . .

kun, stufe geführt. Die Stabtemperatur beträgt Ein Fadenkabel aus Nylon mit einer Doppel-

75 C und dfs Verstreckungsverhältnis in der ersten b.echung von 0,006 wird mit einer Geschwmd.gkc.t

Stufe 3 3 Die Temperatur der Ziehfläche in der von 402 m Min. der ersten Verstreckung*tufe zu-

zw Hen Stufe beträgt 190' C und das Verstreckungs- 6₅ geführt Die Stabtemperaturbe^l20JC und ja

verhältnis 1 77 was einer Gesamtverstreckung auf Verstreckungsverhältnis in der ersten S«.fe ..05. Das

das 5 Stäche entspricht. Die Bruchhäufigkeit wäh- Fadenkabel wird dann der zweiter.Vers,recki

rend der Verstreckung beträgt 0,1 l/kg. Das ver- stufe zugeführt, in welcher die Temperatui

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 130" C 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 C besitzt. Das Verstreckungsverhältnis beträgt in dieser Stufe 1,9. was einer Gesamtverstreckung auf das 5.2fache entspricht. An der ersten Ziehfiächc werden keine gebrochenen Fäden beobachtet. Das verstreckte Fadenkabel hat eine Festigkeit von 9,0 g/den, eine Dehnung von 16,0°, ο und einen Anfangsmodul von 47.7 g/den.

Das Verfahren gemäß der Erfindung braucht nicht in zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Verstrekkungsslufen durchgeführt zu werden; ein ähnliches Resultat kann vielmehr auch erzielt werden, wenn man an die gelenkte Verstreckung der ersten Stufe erst να 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

Pohhexamethylenadipinamid von der relativen Viskosität 55 wird in der üblichen Weise mit einer Ab7uggeschwindigkeit von 366 m Min. zu einem 34-Fädcn-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 Durcnmesser geführt, der durch Kontakt mit dem Fadenkabel auf 55" C erhitzt ist, worauf das Kabel auf das 3,5fache verstreckt wird. Dann wird es in einer l'mschlingung um ein auf 160"C erhitztes. 25 cm langes poliertes Stahlrohr von 19.0 mm Durchmesser geführt, worauf es weiter um das l.öfache verstreckt wird. Das mit einer Geschwindigkeit von 18? m Min. 7\i einem Garnkörper aufgespulte Kabel hat eine Festigkeit von 8,9 g/den, eine Dehnung von 14.0'· ο und einen Anfangsmodul von 51 g den. Dieses Verfahren IaTt sich gut ausführen. Es treten nur 44 Fadcnhriichc je 100 kg auf. und die Fadcnveruiiklunccn an tier Abzugswalze machen weniger als i 5 ·■ υ des gcsanuen Ärbeitsganges aus.

I'm einen Vergleich mit den in den vorstehenden Beispielen er/iclten Resultaten 7u ermöglichen, sind in der nachfolgenden Tabelle die Ergebnisse einer i'ucistuficcn Verstreckung des Spinnkabels von Beispiel fi bei verschiedenen Verstreckungsverhältnissen in der ernten Verstreckunesstufe. ferner die kritische Wirkung des Verstreckungsverhältnisses der erster Stufe aufgezeigt.

Gesamtverslreckung 5,6

Verstreckungs	Verstreckungs	Zahl der
verhältnis der	verhältnis der	Fadenbrüche
ersten Stufe	zweiten Stufe	(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«-Umlenkstifl von 4,8 mm Durchmesser geführt, der durch den Kontakt mit dem Spinnkabel auf 55° C 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^r C 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 dei 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,Of ache 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 23 85 890) 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° C erhitzt

So ist, \ erstreckt. 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' C 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°/o 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 Gewichtsteilen Polyhexamethylenadipinamid und 30 Gewichtsteilen Polyhexamethylenterephlhalsäureamid wird ein 140-Fäden-Kabel gesponnen. Die relative Viskosität beträgt 47,8, der Titer 4300 den und die Doppelbrechung 0,015. Das Spinnkabei wird, wie im Bei-

spiel 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 5 Oberflächentemperatur von 110⁰C. Das Fadenkabel wird dann in eine zweite Verstreckungsstufe gefördert und in dieser auf das l,9fache verstreckt, wobei es in Sfacher Umschlingung um ein Rohr von 20 mm. Durchmesser und einer Oberflächentemperatur von ίο 170⁰C geführt wird. Das Gesamtverstreckungsverhältnis beträgt 5,05. Diese Verstreckung läßt sich gut ausführen, und das verstreckte Spinnkabel hat eine Festigkeil von 6,8 g/den, eine Dehnung von 13,6ⁿ/o und einer. Anfangsmodül von 52,5 g/den.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen «09 683/400

Claims

PatentansDriiche·
ratentansprucne.

ι Verfahren zur mehrstufigen Verstreckung von'FaSaus synthetischen Linearpolyamiden, ^besondere aJ Polyhexamethylenadipinamid oder Polycaproamid, wobei man in der ersten Verstreckunisstufe oberhalb der Einfriertemperaur^^ aber Serhaib der Kraft-Verstreckungsübergangstemoeratur und in den weiteren Versireckungsstufen oberhalb der Kraft-Verstrekkungs-übergangstemperatur, aber unterhalb des Erweichungipunktes des Polyamides verstreckt, d a d u r c h g e k e η η 2 e i c h η e t, daß man den nicht verstreckten Faden in der ersten Stufe im x₅ Verhältnis der verstreckten zur nichtverstreckten Länge von etwa R₁ ± 0,4 verstreckt, wobei R₁ nach der Gleichuno
nacti der Uleicüun_o