DE1302793B

DE1302793B - Verfahren zur herstellung von gekraeuselten endlosfaeden aus hochkristallinem polypropylen

Info

Publication number: DE1302793B
Application number: DENDAT1302793D
Authority: DE
Priority date: 1959-02-18
Publication date: 1970-12-10
Also published as: CH376220A; US3137989A; NL248500A; DE1302793C2; FR1194370A; GB882329A; ES255841A2; US3019507A; BE587716A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gekräuselten Endlosfäden aus hochkristallinem Polypropylen. Unter Endlosfäden fallen sowohl Mono- als auch Multifilamente.

Derartige Fäden sind bisher nur in mechanischen Kräuselverfahren erzeugt worden, die aufwendige Maschinen erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gekräuselte Endlosfäden aus kristallinem Polypropylen auf einfache Weise ohne mechanische Kräuselung eine dauerhafte dreidimensionale Kräuselung bei guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere hoher Festigkeit, zu verleihen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Endlosfäden bei Temperaturen von 20 bis 80° C mit Zufuhrgeschwindigkeiten von 30 bis 150 m/Min. und Streckverhältnissen von 1:2,5 bis 1:5,5 verstreckt werden und anschließend in spannungslosem Zustand bei Temperaturen zwischen 50° C und dem Schmelzpunkt der Fäden einer thermischen Behandlung unterworfen werden. Unter Zuführgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit zu verstehen, mit der die Fäden der ersten Walze der Streckvorrichtung zugeführt werden. Das Streckverhältnis stellt den Quotienten aus Austrittsgeschwindigkeit der Fäden aus der zweiten Walze dividiert durch die Zuführgeschwindigkeit zur ersten Walze (V₂ZV₁) dar.

Das Verfahren ist deshalb besonders einfach, weil es im wesentlichen mit den üblichen Einrichtungen zum Strecken ungekräuselter Fäden durchführbar ist und nur die üblichen Streckbedingungen abzuwandeln sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich die Fäden derart kräuseln, daß die Schleifen entlang des Fadens auf verschiedene Ebenen unregelmäßig verteilt sind. Diese Art der Kräuselung erhöhen das Volumen, die Leichtigkeit und die Isolierfähigkeit des Fadens, da die Einzelfäden nicht eng aneinanderliegen, sondern, Lufträume bilden. Außerdem sind die Fäden sehr elastisch, da sie sich unter der Einwirkung von Zugbeanspruchungen dehnen können, ihre ursprüngliche Form jedoch wieder annehmen, sobald die Belastung aufhört. Die Kräuselung ist dauerhaft.

Gegenüber den üblichen Bedingungen für das Verstrecken von Polypropylenfäden wird erfindungsgemäß mit sehr hohen Zufuhrgeschwindigkeiten, relativ niedrigen Temperaturen und niedrigen Streckverhältnissen gearbeitet. Die Zuführgeschwindigkeit bestimmt die Verweilzeit der Fäden in der Streckzone. Die Zuführgeschwindigkeit ist durch die mechanische Festigkeit der Fäden bei der jeweiligen Temperatur nach oben hin begrenzt. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist es, daß die durch das Strecken bewirkte Ausrichtung der Makromoleküle in den Fäden später nicht wieder zerstört wird, so daß die erhaltenen Fäden eine hohe Zugfestigkeit haben. Dies steht im Gegensatz zu den Verfahren, die auf hoher Schrumpfung beruhen. Bei diesen wird die Orientierung der Makromoleküle großen Teils zerstört, so daß der fertige Faden nur etwa die gleiche Festigkeit wie der nicht verstreckte Faden hat.

Verfahren zum Kräuseln von Endlosfäden ohne mechanisches Kräuseln sind zwar bereits für ver- 6g schiedene andere synthetische Fadenarten bekannt.

So ist beispielsweise in der österreichischen Patentschrift 160 896 ein Verfahren zur Herstellung ge-

kräuselter Fäden, insbesondere Polyamidfäden, nicht jedoch Polypropylenfäden, beschrieben. Nach einer Verfahrensvariante werden auf beliebige Weise erhaltene Fäden, die verstreckt oder unverstreckt sein können, einer kurzen Hitzebehandlung unterworfen, während man nach einer zweiten Verfahrensvariante die Fäden unter besonderen Bedingungen verspinnt. Beiden Varianten ist gemeinsam, daß die Fäden mit einer hydroxylgruppenhaltigen, nicht lösenden Flüssigkeit für das Polyamid, die als Quellmittel wirkt, befeuchtet werden. Beim Trocknen der befeuchteten bzw. gequollenen Fäden unter geringer Spannung oder im spannungslosen Zustand tritt dann eine Kräuselung ein. Nach beiden Verfahrensvarianten werden gute Ergebnisse erhalten, wenn die Fäden nach der Befeuchtung mit dem Quellmittel kalt verstreckt werden. Wesentlich für die Kräuselung ist die Behandlung mit dem Quellmittel. Ohne Einwirkung eines Quellmittels wird keine Kräuselung erhalten. Die selbsttätige Kräuselung wird mit einem Ausgleich von unterschiedlichen Zugspannungen zwischen den Außen- und Innenschichten der Fasern zu erklären versucht, die beim Trocknen der Faser in entspanntem Zustand eintritt. Die Fähigkeit des Fadens, sich zu kräuseln, wird nicht wie gemäß der Erfindung allein durch besondere Streckbedingungen herbeigeführt.

Dasselbe gilt für das durch die österreichische Patentschrift 184 663 bekannte Verfahren zur Naßkräuselung. Fasern oder Fäden von Terephthalsäurepolyestern werden mit einem hydroxylhaltigen, nicht lösenden Mittel angefeuchtet, auf mindestens 90% der einer Temperatur von 35 bis 50° C entsprechenden Streckgrenze verstreckt und anschließend im entspannten Zustand auf Temperaturen zwischen 90 und 200° C erhitzt. Zwar kräuseln sich derart hergestellte Fäden von selbst, jedoch ist die Kräuselung offenbar nicht ausreichend oder nicht dauerhaft genug, da zusätzlich vor der Entspannung mechanisch gekräuselt wird (vgl. Seite 4 Z. 89 ff.).

In der österreichischen Patentschrift 178 417 wird ein Verfahren zur Kräuselung von Acrylnitrilfasern beschrieben, bei dem die auf über 100° C erhitzten, erweichten Fäden auf etwa das 4- bis 12fache verstreckt und aus dem noch plastischen Zustand durch starke Abkühlung abgeschreckt werden, worauf der verstreckte und gekühlte Faden spannungsfrei zum Schrumpfen auf eine Temperatur über 80° C erhitzt wird. Als wesentlich wird hier die kurze Verweilzeit des Fadens bei höherer Temperatur unmittelbar nach dem Verstrecken angesehen, was ein rasches Abkühlen erfordert. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß mit einer verhältnismäßig kleinen Verstreckung bei verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit ohne Erweichung des Fadens und ohne Abschreckung gearbeitet.

Die schweizerische Patentschrift 234 763 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von wollähnlichen Fäden aus Kunststoffen. Als Kunststoffe sind Polymethacrylsäuremethylester, Polystyrol und Vinylchlorid/Vinylacetat genannt. Gekräuselte Fäden aus diesen Kunststoffen werden erhalten, indem man die erzeugten Fäden im hochelastischen Zustand verstreckt und anschließend in den nicht hochelastischen Zustand zurückführt, wobei die äußere Spannung aufgehoben wird. Erfindungswesentlich ist dabei einmal das Verstrecken im hochelastischen, d. h. kautschukähnlichen Zustand und zum anderen, daß alle

auf die Verstreckung folgenden Maßnahmen möglichst rasch durchgeführt werden, um die den gestreckten Fäden innewohnende latente Energie voll für den Kräuselungsvorgang ausnützen zu können. Die verstreckten Fäden werden daher unmittelbar nach der Streckung in den nicht elastischen Zustand zweckmäßig durch Abkühlung auf Raumtemperatur zurückgeführt und in diesem Zustand sich selbst überlassen. Auch hier sind nicht die erfindungsgemäßen besonderen Streckbedingungen angewandt.

die schweizerische Patentschrift 313 960 beschreibt die Herstellung von selbstkräuselnden Fäden aus Polyäthylenterephthalsäureester, wonach man die schmelzgesponnenen Fäden mit einer sehr hohen Geschwindigkeit von der Spinndüse abzieht und diese Fasern im entspannten Zustand auf Temperaturen von etwa 90 bis 200° C erhitzt. Ein an das vorerwähnte schnelle Abziehen von der Spinndüse sich anschließendes besonderes Verstrecken ist hiernach im Gegensatz zur Erfindung für die Erzielung einer Kräuselung überhaupt nicht erforderlich.

In der USA.-Patentschrift 2 325 060 wird ein Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenfäden mit verbesserten Schrumpfungseigenschaften beschrieben, wonach voll verstreckte Fäden in einer ersten Stufe unter Verhinderung der freien Schrumpfung in Längsrichtung der Fäden auf Temperaturen von 30 bis 2° C unterhalb des Schmelzpunktes und in einer zweiten Stufe im entspannten Zustand auf Temperaturen von mehr als 40° C unterhalb des Schmelzpunktes, jedoch nicht höher als Temperaturen der ersten Stufe, erhitzt werden. Gekräuselte Fäden werden nach diesem Verfahren nur dann erhalten, wenn man bei der ersten Stufe dieses Verfahrens eine Schrumpfung zuläßt. Eine besondere Art und Weise der Verstreckung wie gemäß der Erfindung wird nicht angewandt.

Durch die deutsche Patentschrift 974 749 ist es bekannt, Polyacrylnitrilfäden eine wollartige Kräuselung dadurch zu erteilen, daß mit einem im Verhältnis zu den Bedingungen beim Herstellen ungekräuselter Fäden hohen Schachtverzug und niedriger Verstreckung gearbeitet wird. Die erfindungsgemäß bei Polypropylenfäden darüber hinaus noch anzuwendenden Streckbedingungen sind durch diese Patentschrift nicht bekanntgeworden.

Die unterschiedlichen Lösungswege zur Erzielung gekräuselter Fäden zeigen, daß über den Einfluß der verschiedenen Verfahrensmaßnahmen auf die Kräuselung unterschiedliche Auffassungen bestanden und

daß ein auf die verschiedenartigsten Fäden anwendbares allgemeines Prinzip, wie dauerhaft gekräuselte Fäden erhalten werden können, dem Stand der Technik nicht zu entnehmen war. Selbst wenn man dem Erklärungsversuch für die Kräuselung in der österreichischen Patentschrift 160 896 folgt und als bekannt voraussetzt, daß in die Fäden eingebrachte Spannungen durch eine nachfolgende Wärmebehandlung ausgeglichen werden (schweizerisches Patent 313 960 und österreichische Patentschrift 178 417 im Zusammenhang mit Rowland Hill, »Fasern aus synthetischen Polymeren«, 1956, S. 459), kann der Fachmann dem Stand der Technik nicht die allgemeine Lehre entnehmen, dauerhaft gekräuselte Fäden allein durch eine bestimmte Art der Verstreckung mit nachfolgender, die Kräuselung auslösender Wärmebehandlung zu erzielen. Verstreckt man nämlich Polypropylen unter den Verhältnissen, die sich für dieses Polymere als am besten geeignet haben, beispielsweise nach den Bedingungen der italienischen Patentschrift 551811, und schließt man daran eine Wärmebehandlung des verstreckten Fadens an, so erhält man keineswegs gekräuselte Fäden, sondern es tritt lediglich eine lineare Schrumpfung ein.

Im Patentanspruch wird ausschließlich die Kombination der Gesamtheit der Verfahrensschritte mit ihren im Anspruch festgelegten Bemessungsangaben unter Schutz gestellt. Der Schutz erstreckt sich nicht auf Einzelmerkmale oder Teilkombinationen.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Verfahrenserzeugnisses beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. IA einen nicht gekräuselten Endlosfaden aus 18 Einzelfäden in 15facher Vergrößerung,

Fig. IB den gleichen Faden nach der abschließenden Wärmebehandlung ebenfalls in etwa 15facher Vergrößerung und

Fig. 2 einen aus sechs Fäden gemäß Fig. IB zusammengezwirnten Faden mit einer Gesamtstärke wie übliches Wollgarn in 8facher Vergrößerung.

In der nachfolgenden Tabelle werden die Eigenschaften von üblichem Endlosfaden aus Polypropylen, erfindungsgemäß hergestellten Endlosfaden mit hohem Volumen und einem Garn aus Polypropylenstapelfasern verglichen. Zur Bestimmung des Fadenvolumens werden vorherbestimmte gleichbleibende Mengen der verschiedenen Fadenarten auf Rollen bei konstantem Zug aufgewunden, deren Volumen anschließend geometrisch bestimmt wird. Das Volumen ist in ccm/g ausgedrückt.

Garnart	Titer Denier	Festigkeit g/den	Zwirnung Drehungen/m	Volumen ccm'g
Endlosfaden	430	4,5	200	1,93
Endlosfaden mit hohem Volumen	435	2,9	200	4,2
Stapelfasergarn	432	1,5	200	4,0

Versuche zeigen, daß der erfindungsgemäße Endlosfaden keinerlei Veränderungen in Form oder Volumen oder in der Häufigkeit der Schlingen pro Längeneinheit aufweist und die Kräuselung dauerhaft ist, wenn das Garn den bei der Weiten'erarbeitung üblichen Verformungen unterworfen wird.

Besonders wollähnliche Fäden werden erhalten, wenn erfindungsgemäß hergestellte bauschige Endlosfäden zu Stapelfasern zerschnitten und diese anschließend versponnen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus zwei Verfahrensstufen, nämlich dem Verstrecken des Polypropylenfadens unter bestimmten Bedingungen und dem Erhitzen des verstreckten Fadens. Wahlweise kann nun der so hergestellte Faden mit einem Faden doubliert oder gedreht werden, der nur der ersten

Claims

Verfahrensstufe unterworfen wurde, worauf der so erhaltene zusammengesetzte Faden einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird. Wahlweise kann auch ein üblicher Endlosfaden mit einem vorher nur der ersten Verfahrensstufe unterworfenen Polypropylenfaden zusammengedreht oder doubliert und der so erhaltene zusammengesetzte Faden dann bei hohen Temperaturen geschrumpft werden.

Der erfindungsgemäß hergestellte voluminöse Faden kann zur Herstellung von weichen und bauschi- to gen Stoffen hoher Deckkraft und mit hoher thermischer Isolierfähigkeit verwendet werden. Derartige Stoffe können beispielsweise durch Weben hergestellt werden. Der erfindungsgemäße Faden kann sowohl als Schuß- als auch als Kettfaden oder nur als Schuß- oder nur als Kettfaden verwendet werden. Im letzteren Fall kann jeweils für das zweite Fadensystem ein üblicher endloser Faden oder ein Garn aus Stapelfasern verwendet werden. Es ist ferner möglich, einen nur der ersten Verfahrensstufe unterworfenen Faden als Schuß- und/oder Kettfaden zu verarbeiten und anschließend das so erhaltene Gewebe der Wärmebehandlung entsprechend der zweiten Verfahrensstufe zu unterziehen.

Die wirtschaftlichen Vorteile bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruhen unter anderem darauf, daß in üblichen Arbeitsvorgängen ohne Verwendung besonderer und kostspieliger Maschinen oder Arbeitsgänge gearbeitet wird.

Beispiell

Ein 18fädiges Multifilament aus kristallinem Polypropylen mit einer Grenzviskosität von 0,9 (in Tetrahydronaphthalin bei 135° C) wird über eine warme Platte bei einer Temperatur von 70° C mit einer Luftgeschwindigkeit von 50 m/Min. in einem Streckverhältnis von 1:4 verstreckt.

Nach dem Verstrecken wird der Faden in Form eines Stranges in einen Autoklav gegeben, in den Dampf bei 120° C eingeführt wird. Der Faden schrumpft sofort und wird in charakteristischer Weise

gekräuselt. Die Behandlung ist nach 5 Minuten beendet.

Beispiel 2

Ein 18fädiges, durch Verspinnen von kristallinem Polypropylen mit einer Viskosität von 1,1 hergestelltes Multifilament wird über eine auf 55° C erhitzte Platte in einem Streckungsverhältnis von 1:3,5 und einer Austrittsgeschwindigkeit von 175 m/Min. verstreckt. Sechs derartige Fäden werden mit 40 Drehungen pro Meter zusammengezwirnt.

Der gezwirnte Faden wird in Form von Strängen anschließend in einem Autoklav 5 Minuten bei 115° C behandelt.

Wie aus F i g. 3 der Zeichnung (in 8facher Vergrößerung) ersichtlich ist, wird ein sehr voluminöser Faden erhalten.

Beispiel 3

Ein Gewebe wird mit aus kristallinem Polypropylen mit einer Grenzviskosität von 1,3 ersponnenen Fäden hergestellt. Hierbei wird als Kettfaden ein Endlosfaden von 320 Denier und als Schußfaden ein Endlosfaden mit 350 Denier verwendet, die nur verstreckt, nicht aber wärmebehandelt sind.

Das so erhaltene Gewebe wird in einem Autoklav 5 Minuten bei 115° C behandelt. Hierbei wird ein weiches Gewebe mit besonders hohem Volumen erhalten.

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von gekräuselten Endlosfäden aus hochkristallinem Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, daß die Endlosfäden bei Temperaturen von 20 bis 80° C mit Zufuhrgeschwindigkeiten von 30 bis 150 m/Min. und Streckverhältnissen von 1: 2,5 bis 1: 5,5 verstreckt werden und anschließend in spannungslosem Zustand bei Temperaturen zwischen 50° C und dem Schmelzpunkt der Fäden einer thermischen Behandlung unterworfen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen