DE1435404A1

DE1435404A1 - Kunstfaeden

Info

Publication number: DE1435404A1
Application number: DE19631435404
Authority: DE
Inventors: Bishop Clarence Edward; Young Paul Harold
Original assignee: Celanese Corp
Current assignee: Celanese Corp
Priority date: 1962-01-30
Filing date: 1963-01-29
Publication date: 1968-11-14
Also published as: GB1028464A; FR1346111A

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DR.-ING. TH.MEYER DR. FUES DR. EGGERT DIPL.-PHYS. GRAVE

KOLNI, DEICHMANNHAUS

Γγ.ΙΙγ;:!.

Köln, den 23.1. Dt/Ax

Celanese Corporation of America,

522 Fifth Avenue. New York 36, New York (V.St.A.).

Kunstfäden

Die Erfindung bezieht sich auf Kunstfäden von neuartigem Querschnitt und ihre Herstellung.

Es ist bekannt, daß der Querschnitt von Kunstfäden sich mit der Fora der Düsenöffnungen, durch die das fadenbildende Material ausgepresst wird, und häufig auch mit den Bedingungen, unter denen die Fäden hergestellt werden, ändert.

Gegenstand der Erfindung sind Kunstfäden, die aufgrund ihres neuartigen Querschnitts große Fülligkelt, hohe Deckfähigkeit und ein ao extrem hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen haben, dafi sie als Filtermaterial überragend wirksam sind und äußerst schnelle Farbaufnahme zeigen. Die neuen Fäden haben einen Querschnitt, der aus zwei Schenkeln besteht, die ungefähr in ihrer Mitte durch ein Querstück verbunden sind. Der eine Schenkel ist gerade und der andere gekrümmt oder geknickt, so daß sein Mittelpunkt dem geraden Schenkel näher liegt als seine Enden. Wie später ausführlicher beschrieben, kann die Länge des Querstücks verändert werden, ohne daß sich hierdurch die Eigenschaften der Fäden wesentlich ändern. Das gleiche gilt für die Form des gekrümmten oder geknickten Schenkels, die alle Grade von gleichmäßiger Krümmung bis zu scharfer Knickung durchlaufen kann, wobei im letzteren Fall

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der Querschnitt als Ganzes eine ausgesprochenere K-Form hat als in den übrigen Fällen.

Bei einigen Verfahren zur Herstellung von Kunstfäden hängt der Querschnitt der Fäden ausschließlich von der Form der Düsenöffnungen ab, mit deren Hilfe sie hergestellt werden. Dies ist beispielsweise bei den meisten Schmelzspinnverfahren und vielen Uaßspinnverfahren der Fall, z.B. beim Naßspinnen von Acrylnitrilmischpolymeren.

Die Erfindung ist dagegen von besonderer Bedeutung für Trockenspinnverfahren, insbesondere für das Trockenspinnen von Celluloseacetatlösungen. Bei einem solchen Verfahren muß die Spinndüsenöffnung eine wesentlich andere Form haben als der gewünschte Querschnitt der Fäden, und die Erfindung ist auf Spinndüsen gerichtet, deren Öffnung oder Öffnungen sich zur Herstellung von Fäden des gewünschten Querschnitts nach dem Trockenspinnverfahren eignen und durch eine kompakte geometrische Figur definiert sind, bei der in zwei entgegengesetzte Viertel Ausschnitte oder Zungen so tief hineinragen, daß sie den größten Teil dieser Viertel einnehmen, und bei der in ein weiteres Viertel ein weiterer Ausschnitt bzw. eine weitere Zunge weniger tief hineinragt. Die geschlossene Figur kann die Form eines Quadrats oder anderen Vielecks haben, vorzugsweise ist sie jedoch kreisrund, und die Ausschnitte oder Zungen sind vorzugsweise bogenförmig, wobei die gegenüberliegenden Ausschnitte den gleichen Hadius haben und gleich tief in den Kreis hineinragen. Mit Hilfe einer Spinndüse mit solchen Öffnungen erwies es sich als möglich, durch Trockenspinnen Materialien von großer Fülligkeit und hohem Deckvermögen herzustellen, wobei es möglich ist, dieses Spinngut mit einem hohen Maß an Gleichmäßigkeit und Genauigkeit zu reproduzieren. Große Fülligkeit drückt sich in lockerem Griff und Elastizität aus, während hohe Deckfähigkeit offensichtlich einen bestimmten Undurchsich-' tigkeitsgrad bei geringem Gewicht ermöglicht. Mit "Genauigkeit" ist die Gleichartigkeit der Querschnittsformen von einem Garn zu einem anderen gemeint, während mit "Gleich-

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mäßigkeit" die Gleichartigkeit der Querschnittsformen verschiedener Fäden des gleichen Garns und die Gleichartigkeit der Quersohnittsformen an verschiedenen Stellen längs des gleichen Fadens gemeint ist. Genauigkeit und Gleichmäßigkeit haben regelmäßige Anfärbung zur Folge.

Die neuartigen Spinndüsen und die mit ihrer Hilfe hergestellten Fäden werden durch die Abbildungen veranschaulicht.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine bevorzugte Spinndüse, wobei die Bohrungen nicht maßstabsgerecht dargestellt sind.

Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch ein Faserkabel dar, das durch Trockenspinnen mit der in Fig. 1 dargestellten Düse hergestellt worden ist.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Dimensionierung der in Fig. 1 dargestellten Düsenöffnungen.

Fig. 4· ist eine Vergrößerung der Querschnittsform eines Einzelfadens des in Fig. 2 dargestellten Kabels.

Figg. 5» 7, 9 und 11 stellen Vergrößerungen verschiedener Ausführungsformen von Spinndüsenöffnungen gemäß der Erfindung dar.

Figg. 6, 8, 10 und 12 sind Vergrößerungen der Querschnittsformen von Fäden, die durch Trockenspinnen mit Hilfe der in Figg. 5, 7» 9 und 11 dargestellten Düsenöffnungen hergestellt worden sind.

Fig. 1 stellt eine Spinndüse 11 dar, die mit einer Vielzahl von Bohrungen 12 versehen ist. Jede dieser Bohrungen hat die Form, die in Fig. 3 stark vergrößert dargestellt ist. Die Bohrung ist durch einen Kreis 13 definiert, in den die Ausschnitt· oder Zungen H, 15 und 16 in drei von den vier durch die Diagonalen 17 und 18 begrenzten Kreisvierteln ragen. Di« Auseohnitte 14 und 16 sind praktisch gleich und erheblich tiefer als der Ausschnitt 15. Die Ausschnitte H, 15 und 16 sind ungefähr als Bögen von Kreisen 19, 20 bzw. 21 anzusehen, deren Durchmesser jeweils etwa 60# des Durchmessers des Kreises 13 beträgt. Die Kreise 19 und 21

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ragen um eine Strecke von etwa 35$ des Durchmessers des Kreises 13 in den letzteren hinein, während der Kreis um ein Stück, das etwa 15$ des Durohmessers des Kreises entspricht, in den Kreis 13 ragt, d.h. bezogen auf die Länge des Durchmessers des Kreises 13 hat dessen Mittelpunkt einen Abstand von etwa 15$ zu den Spitzen der Zungen 14 und 16 und von 35$ zu der Spitze der Zunge 15.

Der genaue Durchmesser der Kreise 19, 20 und 21 kann erheblich variieren und beispielsweise etwa 40 bis 80$ des Durohmessers des Kreises 13 betragen* Es ist ferner möglich, daß die Ausschnitte bzw. Zungen 14, 15 und 16 eine mehr oder weniger ausgesprochene Winkelform anstelle der Bogenform haben. Ebenso kann der Abstand vom Mittelpunkt des Kreises 13 zu den Spitzen der Zungen schwanken, z.B. von etwa 8 bis 30$ des Durohmessers des Kreises 13 für die Zungen 14 und 16 und von etwa 20 bis 45$ des Durchmessers des Kreises für die Zunge 15. Ferner kann die Bogenform der hervortretenden Peripherie bzw. des Kreisviertels der Düsenöffnung etwas verändert werden, beispielsweise so, daß die Form einer Sehne des Kreises 13 anstelle eines •Bogens erhalten wird.

Fig. 2 zeigt ein Faserkabel 22, das mit Hilfe der Spinndüse 11 hergestellt worden ist, und in Fig. 4 ist eine dieser ' Fasern vergrößert dargestellt. Der Faden 22 besteht aus einem im wesentlichen geraden Schenkel 23 und einem bogen- ■ förmigen Schenkel 24, der an seinem Fußpunkt durch ein Querstück 25 mit dem Schenkel 23 verbunden ist. Hierdurch ergibt sich insgesamt eine im allgemeinen K-förmige Querschnittsform. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß nur eine einzige linie, nämlich eine horizontale linie, durch 22 gezogen werden könnte, um den Querschnitt in symmetrische Hälften zu teilen. Demzufolge legen sich solche Fäden auch in einem ' Bündel von im wesentlichen parallelen ..Fäden, z.B. bei einem Garn, nicht eng aneinander oder ineinander. Hierdurch wird eine große Fülligkeit erzielt. Im Gegensatz dazu hat ein Faden von H-förmiger Querschnittsform zwei Symmetrieachsen, * ■

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ein laden von Y-förmigem Querschnitt drei Symmetrieachsen und ein Faden mit X-förmigem Querschnitt deren vier.

Figg. 5» 7f 9 und 11 stellen vergrößert weitere Ausführungsformen von Düsenöffnungsformen gemäß der Erfindung dar, während Figg. 6, 8, 10 und 12 jeweils die damit gesponnenen Fäden veranschaulichen. Die Bohrungsform von Fig. 3 wird vom Standpunkt der Produktion bevorzugt, da die damit hergestellten fäden auch bei wesentlichen Änderungen der . Spinnbedingungen, wie !Temperatur und/oder Abzugverhältnis, das nachstehend definiert wird, die gleiche Form haben. Mit der in Fig. 5 dargestellten Düsenbohrung werden Fäden erhalten, deren Querschnitt wohldefinierte K-Form hat. Bei dieser Düsenöffnung haben die den Ausschnitten 14 und 16 von Fig. 3 entsprechenden Zungen gerade Seiten. Vorzugsweise sind die Zungen gleichmäßig und gleich, und die gegenüberliegenden geraden Seiten der beiden Zungen stehen im Winkel von 55 bis 125°, vorteilhaft von etwa 90°, zueinander.

Abgesehen von der Form der Öffnungen sind die Spinndüsen in üblicher Weise ausgebildet. Sie bestehen aus verhältnismäßig dünnem korrosionsbeständigem Metall, z.B. nichtrostendem Stahl, ohromplattiertem Stahl, Edelmetall o.dgl. Die Spinndüse ist gewöhnlich vertieft und hat eine Vorderseite yon weniger als etwa 15 cm Durchmesser, für das (Trockenspinnen gewöhnlich von weniger als etwa 5 cm, über die die öffnungen verteilt sind. Jede Spinndüse kann bis zu 300 oder mehr Bohrungen oder Löcher zum Spinnen von Fäden eines Einzeltiters von 55 oder mehr, im allgemeinen jedoch von 2 bie 35 und insbesondere von etwa 3 bis 25 den., aufweisen. Die Größe der Quersohnittsfläche der Bohrung hängt vom gewünschten Titer des Fadens, vom Abzugsverhältnis und von der Konzentration des faserbildenden Materials in der durch die öffnungen gepressten Flüssigkeit ab. Im allgemeinen variiert sie zwischen 500 und 30.000 Quadratmikron, vorzugsweise zwischen 1750 und 7500 Quadratmikron, Die Fäden aus einer oder mehreren Spinndüsen können jeder gewünschten Behandlung, durch die/Fulligkeit erhöht wird, unterworfen

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werden« beispielsweise einer Behandlung mit Luftstrahlen oder ©iner Kräuselung, wobei etwa 2 - 16, vorzugsweise 2,8 bis 8 Kräusel pro cm eingearbeitet werden.

Eine 15-35#ige Lösung von Celluloseacetat in einem flüchtigen Lösungsmittel, beispielsweise von sekundärem Celluloseacetat in Aceton oder Cellulosetriacetat in Methylenchlorid, ergibt Fäden des gewünschten Querschnitts bei Verwendung der beschriebenen Spinndüsen» wenn in ein© verdampfend© Atmosphäre gesponnen wird. Die Temperatur der Lösung liegt während des Spinnens zweckmäßig wischen 40 und 110°, vorzugsweise zwischen 50 wnö 83°. Vorteilhaft dient als verdampfende Atmosphäre Luft einer Temperatur von 40-100°, vorzugsweise von 45-80°. Die eintretende Luft hat ungefähr Raumtemperatur und wird erhitzt, während sie die Spinnzelle in der gleichen Richtung wie die Fäden oder entgegengesetzt dazu durchquert. Das Abzugeverhältnis, d.h. das Verhältnis der Geschwindigkeit der Fadenaufnahme zur linearen Spinngeschwindigkeit, liegt vorteilhaft zwischen 0,6s1 und 2:i, vorzugsweise zwischen 0,7*1 und 1,6:1. Es erwies sich als besonders vorteilhaft, Fadenaufnahmegeschwindigkeiten von 100-600 m/Min, anzuwenden.

Als Äusgangsmaterialien kommen geraäB i©r Erfindung organische Cellulosederivate infrage, z.B, Celluloseester von organischen Säuren* wi© Celluloseacetat;, Cellulosepropionat, Cellulosebutyrat, Gellulosebenzoat, G©lltLL©s@s,öetoformiat, Celluloseacstopropionat," -CeHaloseaeetobufcyr-afc, und Cellulos©- äther, wie Ithylcellulose. Die Ester können gereift und acetonlöslioh sein, z.B_e übliches Celluloseacetat, oder sie können praktisch vollständig verestert s©in, d.h. weniger als 0,29 freie Hydroxylgruppen pro lnbydy©gluooseeinhelt enthalten, wie @s z.B., bei Cellulosetriacetat der Fall ist.

Beispiel 1

Eine §5$ige Lösung von sekundärem Celluloseacetat in Aceton wird durch ©ine Spinndüse mit l40 Löchern* die die in Fig. 3 dargestellte Form und eine Querschnittsfliehe von je 3358 Quadratmikron haben, in einen Luftstrom gesp©anen. Die Temperatur der Lösung während des Spinnens b@trägt 86°. Luft,

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deren Temperatur zu Beginn 28° beträgt, wird in der gleichen Richtung wie die Fäden durchgeleitet und tritt mit 42° aus der Spinnzelle aus. Die gebildeten Fäden werden bei einem Abzugsverhältnis von 1 aufgenommen, wobei Fäden eines Titers von 8 mit der in Fig. 2 dargestellten Querschnittsform erhalten werden. Die Fäden haben eine Festigkeit von 1,1 g/ den., eine Dehnung von 26%, lockeren Griff und hohe Undurchsichtigkeit. Sie lassen sich schnell und fasergleich färben. Die Fäden werden wie folgt auf ihre,Fülligkeit untersucht! Das Garn wird unter gleichbleibender Spannung in eine Ringnut einer Spule gewickelt. Das Gewicht des Garns, das erforderlich ist, um die Nut gerade auszufüllen, ist ein Maßstab für die Fülligkeit. Die Ergebnisse von 10 Versuchen werden gemittelt. Die neuen Fäden erweisen sich als um 16% fülliger als Fäden von Y-förmigem Querschnitt, die unter den gleichen Bedingungen - abgesehen von der Verwendung einer Spinndüse mit Drβleck*öffnungen - hergestellt sind. In anderer Hinsicht sind die Eigenschaften der Fäden ähnlich wie die von Fäden mit Y-förmigem Querschnitt, so daß sie sich besonders für Antiksatin und Taft eignen.

Weitere Versuche wurden bei einem Abzugsverhältnis von 1 bei Temperaturen der Lösung von 54°, 60°, 70° und 80° sowie bei einen Abzugsverhältnis von 0,7 und 1,4 und/Lösungstemperatur von 86° durchgeführt. Die Fülligkeit ist fast ebenso gut, und die Fäden haben sämtlich im wesentlichen die gleiche Quersohnittsform.

Beispiel 2

Mit einer Düse, deren Offnungen die in Fig. 5 dargestellte Form haben, werden durch Trockenspinnen einer 25#igen Lösung von sekundären Celluloseacetat in Aceton bei einer Temperatur von 48° und einen Abzugsverhältnis von 1 Fäden mit dem In Flg. 6 dargestellten Querschnitt und einem Titer von 11,6 den erhalten.

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Beispiel 3

Eine Wiederholung des in Beispiel 2 beschriebenen Versuchs, jedoch mit kleineren öffnungen der in Fig. 7 dargestellten Form ergibt Fäden, die die in Fig. 8 dargestellte Querschnittsform und einen Titer von 8,6 den aufweisen.

Beispiel 4

Eine Wiederholung des in Beispiel 1 beschriebenen Versuchs mit Düsenöffnungen der in Fig. 9 dargestellten Form ergibt Fäden der in Fig. IO dargestellten Querschnittsform.

Beispiel 5

Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wird mit kleineren Düaenöffnungen der in Fig. 11 dargestellten Form und mit einer Temperatur von 72° an der. Spinndüse wiederholt. Erhalten werden Fäden, die einen Titer von 3,75 den. und die in Fig. 12 dargestellte Querschnittsform aufweisen, bei der das den geraden und den gekrümmten Schenkel verbindende Querstück sehr kurz ist. .

Mit den auf die beschriebene Weise hergestellten Fäden lassen sich sehr wirksame Zigarettenfilter herstellen. Beispielsweise kann man 50 Garne, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, zusammenbündeln und mit der Stopfbüchse kräuseln (3,2 Kräusel/cm), wobei ein Strang erhalten wird, den man in üblicher Weise lockern, mit 6% Dimethoxyäthylphthalat als Weichmacher besprühen, in der Form fixieren, mit Papier umhüllen, zu Zigarettenfiltern schneiden und bei Raumtemperatur aushärten kann.

Der Strang kann auch zu Stapelfasern geschnitten werden, die zu Garn oder zu vliesartiger Ware, wie Watte, geformt werden können.

Die dargestellten verschiedenen Fäden können in Mischung miteinander oder mit Fäden anderer Form, z.B. mit ell^npsenförmigem, rundem, X-förmigem, Y-förmigem, H-förmigem, A-förmigera oder anderem Querschnitt, hergestellt und/oder verarbeitet werden.

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Claims

s _p

1·) Kunstfäden mit einem Querschnitt aus zwei Schenkel, die_un~ gefahr in ihrer Mitte durch ein ^uerstück verbunden sind, wobei einer der Schenkel gerade und der andere gekrümmt oder geknickt ist, so daß sein Mittelpunkt dem geraden Schenkel näher liegt als seine Enden. >
2.) Kunstfäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Celluloseacetat bestehen.
3·) Spinndüse für Trockenspinnverfahren zur Herstellung von Kunstiäden nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Öffnungen in Form einer kompakten geometrischen Figur aufweisen, auf der in zwei entgegengesetzten Vierteln Ausschnitte oder Zungen so tief hineinragen, daß sie den größten Teil dieser Viertel einnehmen und bei der in ein 'weiteres Viertel ein weiterer Ausschnitt bzw. eine v/eitere Zunge weniger tief hineinragt.
4.) Spinndüse nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische» Figuren kreisrund ist und die Ausschnitte oder Zungen bogenförmig ausgebildet Bind und den gleichen Radius haben und gleich tief in den Kreis hineinragen.

5·) Spinndüse nach Anspruch 4> dadurch, gekennzeichnet, daß die Ausschnitte oder Zungen den gleichen Radius von 40 - 80 fo des Gesamtkreisradius aufweisen und die gegenüberliegenden Zungen a - 30 <fo der Entfernung zum umfang und Mittelpunkt des Gesamtkreises in den Kreis hineinragen und die anderen Ausschnitte und Zungen 20 - 45 °ß> aufweisen,

.6.) Spinndüse nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Ausschnitte gerade, gleichmäßige, gleiche Seiten aufweisen, wobei die gegenüberliegenden Seiten der beiden Zungen Winkel zwischen 55 und 125° zueinander aufweisen.

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