DE1435463A1

DE1435463A1 - Verfahren zur Herstellung eines elastischen Polypropylengarnes

Info

Publication number: DE1435463A1
Application number: DE19641435463
Authority: DE
Inventors: Alexander Boltniew; Stull Harvey Lee
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1963-06-12
Filing date: 1964-06-12
Publication date: 1968-12-19
Also published as: US3323190A; GB1040366A

Description

H35463'

FARBWEKKE HOECHST AG. vormals Meister Lucius & Brüning

Frankfurt (M)-Höchst, 27. Februar 1968 Dr.Rr/Mu

A 11 1 a g e I
zur Patentanmeldung Fw ¹IlIl A

Verfahren zur Herstellung eines elastischen Polypropylengarnes.

Auf (lein Textilgebiet herrscht Bedürfnis nach sogenannten "Stretchgarnen"· Solche Garne werden in zunehmendem Maße in dor Bekleidungsindustrie verwendet und dienen zur Herstellung verschiedenartigster bequem sitzender Kleidungsstücke. Sie eignen sich besonders zur Herstellung von Kleidungsstücken, wie Strümpfen, Korsetts, Handschuhen, Strumpfhosen und ähnlichem, die für mehrere Größen passen müssen.

Eine lioihe von "Stretchgarnen" aus synthetischen Polymeren sind dem Handel schon bekannt. Viele von ihnen basieren auf dem plastischen Erinnerungsvermögen der synthetischen Polymeren, aus denen sie hergestellt sind. Die Grundlage der Herstellung solcher "S tro t chgarne" bestellt darin, daß man das synthetische Garn bei erhöhter Temperatur gekräuselt oder gefaltet hält, .so daß es nach Abkühlung gekräuselt bleibt. Wenn das so gekräuselte Garn verzogen wird, glättet sich die Kräuselung, und das

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Garn längt sich. Wenn die dehnende Kraft weggenommen wird, bildet sich die Kräuselung wieder, und das Garn kontrahiert. Bei anderen Arten von synthetischen "Stretchgarnen" beruht die Dehnbarkeit auf einer hohen Drehung, die dem Garn während seiner Herstellung verliehen wird. Wieder andere "Stretchgarne" sind schraubenförmig gekräuselt. Alle diese Garne haben das Merkmal gemeinsam, daß ihre Dehnbarkeit mehr auf der physikalischen Struktur des Garnes als auf der dem synthetischen Polymeren eigenen Elastizität beruht.

Dem Fachmann sind auch echte elastische "Stretchgarne" bekannt. Diese Garne besitzen die Fälligkeit, wiederholt verdeimt zu werden und sich nach Wegnahme der Dehnungskraft allein durch die dem Ausgangsmaterial eigene Elastizität praktisch wieder auf ihre ursprüngliche Länge zusammenzuziehen. Ein Beispiel für elastisches Garn ist das sogenannte "Spaiidex" , das aus einem gummi ar ti ge η Polyurethan hergestellt vrird .

Es war nicht zu erwarten, daß man ein wirklich elastisches Garn aus kristallinem Polypropylen herstellen konnte, weil dieses Polymer eine sehr geringe eigene Elastizität hat. Das geht aus der Tatsache hervor, daß PolypropyLengani, wie es gewöhnlich hergestellt wird, keine große Elastizität hat. Es war daher sehr überraschend, daß man nach der vorliegenden Erfindung ein Po lypropyleiigarn herstellen kann, das allein dank der Elastizität des Polymeren wiederholt um mindestens 50 % gedehnt werden und sich dann praktisch wieder auf seine ursprüngliche Länge zusammenziehen kann. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein solches Garn und auf die Verfahren, nach denen es hergestellt werden kann. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Polypropylengarn, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es allein dank der Elastizität des Polymeren nach einem wiederholten Dehnungszyklus von Ö bis 50 % Dehnung eine Erholung von mindestens 90 Ya der gedehnten Lfinge aufweist.

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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen Garnes, nach dem man um nicht mehr
als 150 % verstrecktes Polypropylengarn einer 3 bis 30 Minuten dauernden Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 135 und 150 C unterwirft und das so behandelte Garn danach um kO bis 80 % verstreckt.

Die beigefügten Zeichnungen (Abbildungen 1 bis 7) sind graphische Darstellungen von Werten, an Hand deren die Erfindung erläutert werden wird. Abb. 1 zeigt eine typische Dehnungs-Erholunjpkurve für verstrecktes Polypropylengarn. Abb. 2 zeigt den Einfluß der Wärmebehandlungstemperatur auf die prozentuale Erholung und den prozentualen Arbeitsverlust von unverstrecktem Polypropylengarn nach einem einmaligen Verstreckungszyklus von 75 % Dehnung. Abb. 3 zeigt die prozentuale Erholung und den
prozentualen Arbeitsverlust nach zehn Zyklen von 0 bis 50 %
Dehnung bei Polypropylengarn, das vor dem Verstrecken bei verschiedenen Temperaturen behandelt und nach der Wärmebehandlung um 75 % verstreckt wurde. Abb. k zeigt die prozentuale Erholung nach einmaligen Dehnungszyklen mit Dehnungen zwischen
25 und 200 %. Abb. 5 zeigt die Wirkung der verschiedenen Grade der Vorverstreckung auf die Elastizitätseigenschaften nach
Zyklen mit Dehnungen zwischen 0 und 50 %. Abb. 6 zeigt den
Einfluß einer Verstreckung des Garns vor der Wärmebehandlung
auf die Elastizität. Abb. 7 zeigt die Wirkung variierter Wärmebehandlungszeiten auf die Elastizitätseigenschaften. Die
Zeichnungen werden weiter unten im Zusammenhang mit den entsprechenden Beispielen und Definitionen ausführlicher besprochen werden.

Als Maßstab für die Elastizitätseigenschaften eines Garns dient in allgemeinen seine Fähigkeit, sich bei Entspannung nach zyklischen oder wiederholten Beanspruchungen wieder auf seine ur-

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spriingliche Länge zusammenzuziehen. Diese Eigenschaft wird als "elastische Erholung" oder einfach als "Erholung" bezeichnet. Sie ist der Prozentsatz der Dehnung, die bei Entspannung rückgänig gemacht wird. Je hoher der Erholungswert, um so höher ist die Elastizität. Der Unterschied zwischen der xirsprünglichen Länge und der Länge, auf die sich das Garn bei Entspannung nach wiederholter Beanspruchung wieder zusammenzieht, wird als prozentuale, bleibende Dehnung oder Kriechverlust bezeichnet. Die Kriechverluste ergeben sich zu "100 minus Prozentsatz der Erholung. '

Ein weiterer Maßstab für die Elastizität ist der prozentuale Arbeitsverlust. Dieser Parameter wird bestimmt, indem man die Fläche unter der Dehnungs- und der Entspannungskurve von Garn, das einer Dehnungsbeanspruchung ausgesetzt war, mißt. Es wird als das Verhältnis der Fläche zwischen der Dehnungs- und der Entspannungskurve zu der gesamten Fläche unter der Dehnungslcurve ausgedrückt.

Abb. 1 zeigt eine typische Dehnungs-Erholungskurve. Die prozentuale Erholung entspricht hier der Formel

^b - ^a χ 100,

in der b die Dehnungslänge und a den Unterschied zwischen der ursprünglichen Länge und der Länge, auf die sich die Probe nach der Dehnung wieder zusammenzieht, bedeuten.

Der prozentuale Arbeitsverlust wird als

Sa-Sb

χ 100

Ja

bezeichnet. In dieser Formel steht )a für die Fläche unter

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der Dehnungskurve A und J B für die Fläche unter der Entspannungskurve B.

Bei dem gewöhnlichen Verfahren zur Herstellung von multifilen synthetischen Garnen wird geschmolzenes Polymeres durch eine Spinndüse zu Fäden verspritzt und das Polymere in geschmolzenem Zustand hoch gedehnt, damit der Titer vermindert wird. Diese Verminderung des Titers, auch Spinnverzug genannt, ist im allgemeinen in der Größenordnung von etwa 30 bis 150· Nach dem Verziehen wird das Polymere zwischen mit verschiedener Geschwindigkeit laufenden Walzen bei einer Temperatur unter seinem Schmelzpunkt verstreckt. Die Verstreckung bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Polymeren, einfach als "Verstreckung" bezeichnet, führt zu einem hohen Grad der Orientierung der Moleküle und zu einer Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des Garns. Das durch Verstrecken orientierte Garn kann dann so, wie es ist, gebraucht werden, oder es kann vor dem Gebrauch noch weiter behandelt, z.B. gebauscht, gezwirnt, geschnitten oder auf andere Weise textil präpariert oder ausgerüstet werden. Ein unverstrecktes Garn im Sinne der Erfindxmg ist ein Garn, das nicht verstreckt wurde.

Die erfxndungsgemäßen elastischen Garne werden nach einem neuartigen Verfahren hergestellt, nach dem man Polypropylengarn, das nicht über einen vorgeschriebenen Höchstwert hinaus verstreckt wurde, einer einmaligen Wärmebehandlung unterwirft und es dann verhältnismäßig wenig verstreckt. Die Erfindung ist theoretisch in Bezug auf die Veränderungen der physikalischen Struktur des Polymeren noch nicht erklärt. Wahrscheinlich finden aber Veränderungen irgendeiner Art statt.

Zwei Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen elastischen Garne werden hier beschrieben.

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Nach der einen Ausfuhrungsform wird Garn, das nicht mehr als

2 l/2-fach (15O/O verstreckt worden ist, für mindestens etwa

3 Minuten im entspannten Zustand einer Wärmebehandlung bei etwa 135 - 155 C unterworfen und anschließend etwa 1,kO 1,80-fach (kO - 80 %) verstreckt. Nach der zweiten Ausführungsform wird Garn, das praktisch unverstreckt ist, einer Wärmebehandlung unterworfen, indem man es mehrmals um eine auf etwa 1^5 - 155 C geheizte Walze schlingt und dann etwa 1,20 1,30-fach (20 - 30 %) verstreckt, indem man es von der heißen Walze auf eine andere geheizte Walze (etwa l45 - 155 C), um die es auch mehrmals geschlungen wird, abzieht. Bei der zweiten Ausfuhrungsform scheint es erforderlich zu sein, das Garn mehrmals um die Walze zu schlingen, damit seine Verweilzeit auf der Walze so groß ist, daß es sich annähernd auf die Temperatur der Walze erwärmt.

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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

In den Beispielen 1 bis 3 wurde ein Garn mit einem Titer von 5700 Denier und 210 Einzelfäden benutzt. Dieses Garn besteht aus 3 Einzelgarnen, die dadurch erhalten wurden, daß man geschmolzenes Polypropylen bei einer Temperatur von etwa 265 C durch einen Spinnkopf mit 70 Düsenlöchern spritzt, das geschmolzene Garn im Verhältnis von etwa 83 zu 1 verzog und die drei Garne zu einem einzigen Garn fachte. Zur Wärmebehandlung legte man 8 bis 10 Yard lange Stränge des Garnes in völlig entspanntem Zustand auf einen mit Baumwollegaze überspannten Metallrost, den man dann in einen Umluft-Trockenschrank brachte. Die Verstreckung wurde, unabhängig davon, ob sie vor öder nach der Wärmebehandlung stattfand, mit einer Geschwindigkeit von 60 % pro Minute durchgeführt.

Beispiel 1:

Proben von unverstrecktem Polypropylengarn wurden 10 Minuten lang in einem Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 165 C behandelt. Nach dieser Wärmebehandlung wurden die Proben aus dem Ofen genommen. Anschließend konnten sie auf Raumtemperatur abkühlen. Jede dieser Proben wurde bei Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von 60 % pro Minute um 75 % verstreckt. Aus diesem Zyklus wurden die prozentuale Erholung und der prozentuale Arbeitsverlust bestimmt. Die so erhaltenen Werte sind in Abb. 2 graphisch dargestellt. Die dort wiedergegebene Kurve zeigt ein scharfes Maximum bei einer Wärmebehandlungstemperatur von etwa l40 - l45 C.

Dieselben Garnproben konnten sich völlig entspannen. Dann wurden sie zehn Dehmmgszyklen von 0 - 50 % Dehnung unterworfen. Die Erholung erreicht bei den zehn Zyklen einen Höchstwert von etwa

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95 % bei dem Garn, das bei l40 - l45°C behandelt wurde. Dementsprechend erreicht der Arbeitsverlust an diesem Punkt ein Minimum. Die Werte für Erholung und Arbeitsverlust bei den zehn Zyklen sind in Abb. 3 graphisch dargestellt. Im Gegensatz zu der Erholung von 95 % bei dem bei l40 C behandelten Garn erreichte die Erholung des unverstreckten Polypropylengarnes, das ähnlich erzeugt, aber keiner Wärmebehandlung unterworfen wurde, nach einer Verstreckung um 75 % und zehn Dehnungszyklen von 0 - 50 % Dehnung nur 79,0 % (oder 21 % Kriechverluste).

Beispiel 2:

Wie schon in Beispiel 1 erwähnt, war es nicht unerwartet, daß die nach der Wärmebehandlung ausgeführte Vorverstreckung um 75 % zu einer bleibenden Verformung führen würde. Um die Wirkung dieser Vorverstreckung auf die endgültigen Elastizitätseigenschaften festzustellen, wurden im wesentlichen unverstreckte Garne einer Wärmebehandlung bei l40 C wie in Beispiel 1 unterworfen. Verschiedene Garnproben wurden bei Raumtemperatur um 25 bis 200 % gedehnt. Abb. 4 zeigt die Erholung nach einer einmaligen Dehnung bei verschiedenen Dehnungsgraden. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ändert sich die Erholung bei einer Verstreckung zwischen 25 und 75 % nur sehr wenig, nimmt aber bei höheren Verstreckungen sehr stark ab. Der Betrag der Verstreckung ist jedoch, wie Abb. 5 zeigt, für die Erzetigung'der Elastizitätseigenschaften des Garnes sehr wichtig.

Nach jeder Verstreckung wurde die übrigbleibende Bogigkeit aus dem Garn entfernt und die Probe bei Raumtemperatur zehn Dehnungszylclen von 0 - 50 % Dehnung unterworfen, wobei ein "Instron Tensile Tester" benutzt wurde. Danach wurden Energieverlust und Erholung gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Abb. graphisch dargestellt. Die Abbildungen 4 und 5 zeigen, daß die

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Proben, die nach der Wärmebehandlung um etwa 60 - 75 % verstreckt wurden, die größte Elastizität entwickelt (d.h. die größte Erholung und den geringsten Arbeitsverlust nach zehn Dehnungszyklen von 50 % Dehnung haben).

Aus den in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Versuchen geht hervor, daß die optimalen Bedingungen für die Entwicklung von Elastizitätseigenschaften in unverstrecktem Garn eine Wärmebehandlung von 10 Minuten bei l40 - 145 C und eine folgende Verstreckung um etwa 75 % bei Raumtemperatur sind. So behandeltes Garn kann sich nach wiederholten Dehnungszyklen von 50 % Dehnung soweit erholen, daß etwa 95 % seiner Dehnung rückgängig gemacht werden.

Beispiel "}'.

Obgleich die Erfindung vorzugsweise für unverstrecktes Garn angewandt wird, kann man erfindungsgemäß auch teilweise verstreckte Garne elastisch machen. Unter teilweise verstreckten Garnen sind Garne zu verstehen, die vor der Wärmebehandlung kaitverstreckt wurden, wobei der Grad der Verstreckung geringer ist als die größmögliche Verstreckung, der man dieselben Polypropylengarne ohne Faserbrücke unterwerfen kann.

In diesem Beispiel wurden Garnproben vor der Wärmebehandlung bei Raumtemperatur in Stufen von 50 % von 0 bis 400 % mit einer Geschwindigkeit von 60 % pro Minute verstreckt. Von jedem Verstreckungsgrad wurden Garnproben in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise 10 Minuten lang bei 133°C und bei 153 C behandelt, bei Raumtemperatur um 75 % verstreckt und zehn Zyklen von 0-50 % Dehnung unterworfen. Die angegebenen Behandlungstemperaturen sind die höchste und niedrigste Temperatur, bei der noch eine zufriedenstellende Wärmebehandlung möglich ist. Die Werte für die Erholung nach zehn Dehnungszyklen,die durch Versuche

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ermittelt wurden, sind in Abb. 6 dargestellt. Wie die Kurven in Abb. 6 zeigen, wird die beste Elastizität im Garn entwickelt, wenn die Verstreckung vor der Wärmebehandlung geringer als

.o.

150 % war. In jedem Fall, d.h. bei der Behandlung bei 133 C und bei 153 C, nimmt die Elastizi
Verstreckung 150 % überschreitet.

und bei 153 C, nimmt die Elastizität sehr schnell ab, wenn die

Aus Abb. 6 geht hervor·, daß bei Garn, das vor der Wärmebehandlung verstreckt wurde, eine höhere Temperatur der Wärmebehandlung bessere Elastizitätseigenschaften bewirkt. Obgleich die Erholungseigenschaften im optimalen Bereich (bis zu 15O %) einander ganz ähnlich sind, erreicht die Kurve für 153 C einen höheren Erholungswert und fällt auch weniger schnell ab, wenn die Verstreckung mehr als 150 % beträgt. Diese Folgerung wird durch die Beobachtung erhärtet, daß hochverstreckte Proben, die bei 133 C behandelt wurden, nach der Wärmebehandlung nicht, wie gewünscht, um 75 % verstreckt werden konnten. Dieser verhältnismäßig niedrige Reißpunkt und die verhältnismäßig niedrige Elastizitätsgrenze deuten auf geringere Elastizität bei höherer Verstreckung hin.

Beispiel 4:

In diesem Beispiel wurden Proben von unverstrecktem Polypropylengarn (36OO/2IO) mit Hilfe von beheizten Fütter- und Verstreckwalzen (feed and draw rolls) und nicht, indem man die im entspannten Zustand in einen Ofen legt, einer Wärmebehandlung unterworfen. Das Garn wurde mit einer Geschwindigkeit .von l40 - 150 m pro Minute mit etwa 60 Umschlingungen, um eine auf 15O C beheizte Fütterwalze (feed roll) gezogen. Von der Fütterwalze (feed roll) wurde das Garn mit einer Geschwindigkeit von 52,5 m P**o Minute (-1,25 fache Verstreckung) auf eine Vers treckwalze (draw roll) gezogen, die auf 150 C geheizt war. Die Zahl der Umschlingungen betrugen hier 15· ,

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Das so hergestellte Garn wurde zehn Dehnungszyklen von 0 50 96 Dehnung unterworfen. Die Elastizität des so behandelten Garns ergab Kriechverluste von 6,5 - 815 %, was einer Erholung von 91,5 - 93,5 % entspricht.

Die Wärmebehandlungszeit war in den ersten drei Beispielen auf 10 Minuten festgelegt. Die Erfahrung hat gelehrt, daß das Verfahren nicht auf diese Zeit beschränkt ist. Die Wärmebehandlungszeit kann in ziemlich weiten Grenzen zwischen etwa 3 und 30 Minuten mit praktisch den gleichen Ergebnissen variiert werden. Die weiten Grenzen, in denen die Wärmebehandlungszeit schwanken kann, gehen aus Abb. 7 hervor. Die graphische Darstellung in Abb. 7 verdeutlicht den sehr geringen Einfluß der WSrmebehandlungszext auf die Erholung nach zehn Zyklen von 0 - 50 % Dehnung.

Natürlich ergeben sich für den Fachmann auch andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Man kann zum Beispiel die Wärmebehandlung im entspannten Zustand ausführen, indem man das Garn auf einem Förderband durch den Ofen oder eine beheizte Kammer leitet, in der die Wärmebehandlung stattfinden soll. Wenn man das Garn in nicht entspanntem Zustand unter Verwendung von Walzen der Wärmebehandlung unterwirft, kann man als Heizmittel ein inertes Gas oder ein heißes Lösungsmittel-Bad eher als geheizte Walzen benutzen.

Unter "Polypropylen" ist in dieser Beschreibung das handelsübliche kristalline RAypropylen zu verstehen, das oft als isotaktisches Polypropylen bezeichnet wird.

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Claims

_,,.., ' . !(ici.i.ο-'ί-<^>i wf!Jen Patentansprüche: -^- - --■

1.) Verfahren zur Herstellung von elastischem Polyproyplengarn, das nach zehnmaliger Verstreckung um 0 - 50 % eine Erholung von wenigstens 90 % besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man Polypropylengarn, das um nicht mehr als etwa 150 % verstreckt wurde, 10 bis 30 Minuten lang einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 135 und 150°c unterwirft und das so behandelte Garn um 40 bis 8o % verstreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Garn während der Wärmebehandlung in entspanntem Zustand befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Ausgangsmaterial dienende Garn unverstreckt ist.

k. Verfahren zur Herstellung von elastischem Polypropylengarn, das nach zehnmaliger Verstreckung um 0 bis 50 % eine Erholung von wenigstens 90 % besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man im wesentlichen unverstrecktes Polypropylengarn über geheizte Walzen, von denen die erste auf lk5 - 155 C und die zweite auf etwa lk5 - 155 C geheizt ist, führt und es bei seiner Passage zwischen beiden Walzen um etwa .20 30 % verstreckt, wobei das Garn mehrmals um jede Walze geschlungen wird, so daß eine ausreichende Verweilzeit gegeben ist, um das Garn auf ungefähr die Temperatur der Walzen zu bringen.

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