DE1435614A1 - Verfahren zur Herstellung von Kunstfaeden - Google Patents

Description

DIt Erfindung betrifft yerboeeerungen baia Schmelzspinnen von, BohmelBbareu synthetischen organischen stoffen zu fäden, InQ-beeondera eins krltlBohe Lenkung der Genohwindigkelt, alt welcher aloh die eohmeLzgeaponnenen, orgunioohen ?Üdm un» mittelbar nach Ttrlaueen, der Spinndüse abkühlen derirt» da·« üUBoergowöhnlloh gleiuhuUeeige ?äden von rerbeoserütn phyöikaliuohtn Elgenaohaften bei hoher Qeeahitindlgkjlt trhaltaa »erdun»

Ka int bekannt, άαββ sich die EigenBchdJften von aynthotleohen organischen Piidon, nach deo Ernplnnon und Kühlen, efcwaa verbessern lassen, Indem man qIü oiner Waraeböhstndlung bei aorg-

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faltig gelenkten Bedingungen untsrwirftu Pia --.Fädenkötiäe»' - ^ • zwar-kontinuierlich, behandelt werden, aber die* Behandlung»«^;¹ b g3 3ohwlndigkelten nuaaten biaher im VargLal^h mit d«n eur J · ' Verfugung etehanlen h^lion ArbeitögsschwifidlgkÄtteli beifi :-.-■■ = -^^v Sühnßl-jflplruien /o 'hältniamätjEilg gcrln;* aain. Man nuaote laher eins arnstlmfta "liliibtiiise an ijpirm^eönhwLndlgköit in Kauf nehmen odor dio Niohb^hnriilung Im Hali'un-eine-o. /ollkoramsn abr> getrennten, vi-rl langeanoren Arba Lfco^-ingy J uro.h führen-.- l)nl& i«i iub urioriiUnochfc- '

Di» vorliegende Erfindung stallt ein verbeseertoa Schoielaapiiin Terfahi'jn zur Yerfilgung, das. hörvorragende Pnuer^igennohaf tan 'lirakb, ohne nndeni nachbehandlung nln das. horko&i-illohe Var-Strünken» -jrglbt, iJle .ermöglicht eine jjolohe Fad.jnhernto Llung bei hohen Spinnge-jchwindifikeltsnj Sie .ermöglicht weltjr die direkte Erzeugung glelchciasoigeror Fäden, die elno Ubarlegen» Peafcigkeit und eine verbaaserte Biegefontlgkeit fiufweisail. Dl» Erfindung atellt daralt nchlienalich eine neue und wertvolle Faser zur Verfügung, Weitore Vorteilt) und Zweckangaben der Ei· findung ergeben eich aus? der folgenden Besohrelbung..

Sh wurde gefunden, dass ο ine starke Verbesserung den Oohmola» ,

apinnena von nynthot L iohen oigarilochon Polymoriouten

lot, indem man die Fäden in einen heioaen, gaBfßriaiqim Medium bei "kritischen Temperaturbedingungan tiiner go lenkten Abkühlung unterwirfto-Eine geei.^ne-te Tö?ap9raturl?mkung .-;lrd' leloht ar-

8 O 39 4 9 / J 3 S k ' ' "p_ä0

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reicht, indem man die Fäden bei ihres Auetritt aus der Spinndüse alt einem Heisorgün umgibt, das mit Mitteln zur Regelung der in verschiedenen Abständen von der Spinndüse zügeführten Wärmemenge ausgestattet 1st«

Da es naturgemäße nicht möglich ist, die tatsächlichen Fadentemperaturen an Funkten längs eines Fadens zu bestimmen, der mit Spinngeschwindigkeiten von bis zu 1189 m/Min, (bis zu 20 n/Sek.) läuft, muss man die Temperatur des gasförmigen Mediums an Stellen, die dem Faden benachbart sind, ah Hand des Fadentiters, der Temperatur an der Spinndüse und der Einwirkungsdauer spezifizieren. Es hat sich gezeigt, dass dies· Variablen einen kritischen Zusammenhang aufweisen. Nachfolgend ■el T_ die Spinntemperatur (an der SplnndUsenfläche) und T_ dl· Temperatur des gasförmigen Mediums benachbart dem Faden in genannten Abständen in der Fedenlaufrichtung (von der Spinndüse ab gemessen). Dann sei Δτ * Τ_β - Τ_. Der Abstand (D) von der

s β

SpinndlUenflache in Richtung des Fadenlaufes, ausgedruckt in Einheiten von 0,91 m χ 10*, dividiert durch die Fadengeschwindigkeit (S), ausgedrückt in Einheiten von 0,91 m/Sek., und dividiert durch den Fadentiter (F) oei gleich x, d, h. χ ■ 10* D/(S)(F). Die Temperatur muss so gelenkt werden, dass man «In T_g orhält, das innerhalb der folgenden Grenzen auf 100° C (vorzugsweise 50° C) abnimmt;

Λ T ^:-* T„ - ¹S_n « *0x - 30 als Minimum

20 als Maximum

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Diese Beziehungen seien an einem speziellen Seispiel unter Verwendung der Werte des Beispiels 1 erläutert, wobei Polyethylenterephthalat aus einer Schmelze durch eine Spinndüse bei 285° C unter Bildung von Fäden mit einem Padentiter von 23 den versponnen wird, die mit 457 ra/Min. (7,59 m/Seko) aufgewickelt werdenο In einem Abstand von 12,7 am von der Spinndüsen*lache gilt:

ν = *O⁴ P » (1OQOO)(0,0139) _ ο

TSTTP) "Τ575ΤΓΤ25; ~ ·

Dann istAp_min = (10)(0,725) - 30 = -22,75° C und

* 80Vo,725 + 20 « + 88,0° C

Da T gleich 285° C ist, bedeutet dies, daßs die Temperatur T_

B g

(vergib die obige Definition) in einem Abstand von 12,7 mm von der Spinndiisenfläche zwischen 197 und 308° C liegen muse. Diese Temperatur des gasförmigen Mediums nimmt mit zunehmenden Abstand von der Spinndiisenfläche ab, wobei eine versögerte Abkühlung erhalten wird, die sich wesentlich von der herkömmlichen Praxis unterscheidet«

Zum Vergleich, mit der obigen Rechnung kann dienen» dass die ungefähre Temperaturveränderung beim Verspinnen von Fäden in keiner Umschlieesung unterworfene Luft ohne zusätzliche Erhitüiu:>g oder Kühlung für Werte von χ ~ 1Q*X/(S) (F) von weniger als 4pO der empirischen Gleichung

ϊ= (1öO~15x) Vx , 909849/1364

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entspricht. FUr χ = 0,125 ist wie oben^T » 144° C. Dieee Temperaturveränderung bei Umgebungsbedingungen let weitaus grosser als das oben genannte Maximum von 88° C Die Rechnung zeigt auch» dass in dem besonders kritischen Temperaturbereich der Veränderung von T₀ gegenüber T_n auf 100° 0 bei der Abkühlung

go

durch die Umgebung entsprechende Temperaturen mindestens dreimal so rasch wie bei der gelenkten Abkühlung gemäss der Erfindung erhalten werden. Die herkömmlichen Abschreckbedingungen bein Spinnen sind naturgemäes noch welter von den Bedingungen genäse der Erfindung entfernt.

Die oben definierten AbkUhlbedingungen sind, wie in den Beispielen geselgt, sehr kritisch. Bisherige Vorschläge sur Modiflslerung der noraalen AbkUolungsgesohwlndigkeit waren hauptsächlich auf sine beschleunigte Abkühlung oder Abschreckung gerlohtet· In Vergleich mit solchen Arbeitstechniken ergibt die vorliegend· Erfindung glelchmässigere Fäden mit überlegenen Kaxlmal-VerBtreckungsverhältnissen, begleitet voiv ttberrasohen-

den Verbesserungen der Festigkeit, der Dauerbiegefestigkeit und des Anfangsnbduls, und man kann bei viel höheren Spinngeeohwindlgkeiten eine gute Kontinuität' des Schmelzspinnen* er«ielen. SIn Abkühlen der Fäden mit zu geringer Geschwindigkeit führt andererseits «u ungleichmässigen Eigenschaften, wobei dl· Yhßmrn in den obigen Besiehungen deutlich schlechter und sogar auf Orund der rerlängerten Einwirkung hoher Tempe-

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raturen sehr kristallin und spröde sindο Solche Fasern können zwar fiir^Sonderawecke 2§ei£iiet sein (wie gemäss USA-Patentschrift 2 296 202) stellen aber bei den meisten Zwecken auf Grund ihrer Ungleichmässigkelt nicht zufrieden» In extremen Fällen hoher Temperatur und langer Einwirkungezelt unterliegen die ausgepressten Fäden einem Bruch, dem Schmelzen oder sogar Verbrennen.

Die nach dem Verfahren gemäss der Erfindung erhaltenen Produkte zeichnen eich durch ein® verbesserte dleichmäeslgkeit der Struktür sowohl innerhalb der geformten ©®feil&@ als auch sswischen gleichseitig erspsrmenen SiMMan au« Die durch Auspressen allein hergestellten Proäoftts sind in Bezug auf eine niedrig· Doppelbrechung und eine fetilende Orientierung bemerkenswert, wenn man si© mit !Produkten vergleicht₉ die bei den gleichen Geschwindigkeiten unter Anwendung herkSramlicher Verfahren hergestellt werden. Während die la Handel verfügbare Polyester» faser einen starken Gradienten des Srechungeindexes (bestimmt mit einem Interferenamikroskop) auf dem Fadenquersohnitt zeigt, treten bei ?äd®n_r die gesäse der Erfindung hergestellt sind, praktisch keine solchen unterschiede quer zur Faser auf.

Die orientierten Fäden gemSss der Erfindung zeigen auch ein® Verbesserung der inndrfaden-SlaichmassiglEeit gegenüber den bekannten FroCuicten· Die Verbesserung bei Polyesterfäden iet besonders starkj dies ist in der Zeichnung erläutert, in der 909849/1 $64 "⁶"

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Pig- 1 eine Elektronanuiikroaufnahme (26000fache Vergrösserung) / eines typischen Fadens gemäss der Erfindung und

Pig« 2 eine entsprechende Mikroaufnahme eines für den Stand der Technik typischen Tadena zeigt.

Polyesterfäden dso Standes day Technik enthalten eine "Haut" ▼on etwa 1/2 Mikron Dicke, die sish von dem Faden abziehen lässt. Diese "Haut" fahrt dazu, dass in einem Elektronenbeugungsbild die erste Sichel (003 Miller-Index; auf der Achse, die der Fadenachoe entspricht, undeutlich ist und allein steht. Ein Beugungebild des Gesamten Fadens zeigt die gleiche Sichel scharf und in zwei Maxima aufgespalten. Sowohl die Hautschicht als 3uch der ganze Faden gemäns der Erfindung zeigen die erste Sichel auf der Achse scharf und in zwei Maxima aufgeteilt, was die Gleichraäooigkeit der neu-m Produktes zeigt«

Pie orientierten Produkte gesäss der Erfindung zeigen auch eine eehr hohe KristaZ.linitat in Verbindung mit ausgezeichneten phyalkalischen Eigenschaften, wie das Fehlen von Sprödigkeit, eine hohe Biegefestigkeit bei 140° C, eine hohe Festigkeit und ausgezeichnete, bisher unerreichte Beständigkeit gegen Fibrilllerung. Man erhält Polyäthylenterephthalatfäden mit einem Fadentlter von r>ic.hr als 2,5 den, deren Bauerbiegefestigkeit beträchtlich höher als 200 000 Zyklen/140° C ist.

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Die verbesserte Innerfaden-Glelchmässigkeit der orientierten Fäden gemäss der Erfindung koramt in Eigenschaften nie einen Verhältnis der Festigkeit des Fadenbandeis bzw. Garns aum durchschnittlichen Einzelfaden von 0,9 oder mehr und den in wesentlichen geraden und scharfen Spannungs-Dehnungs-Diagrammen zum Auedruck, die bei den Fadengut erhalten werdenο

Verbesserte Ergebnisse werden gemäss der Erfindung zwar bei allen synthetischen, fadenbildenden, organischen Polymerisaten bei den oben definierten Bedingungen erhalten, aber es zeigt sioh, dass für jedes gegebene Polymerisat bei einer gegebenen Spinngeschwindigkeit ein optimaler Satz von Bedingungen besteht, der die zufriedenstellendsten Ergebnisse bei den Verfahren gemäss der Erfindung ergibt. Diese Bedingungen entsprechen im allgemeinen dem maximalen Verstreckungsverhältnie (oder der Binimalen Doppelbrechung), das beim Erepinnen der Fäden bei verschiedenen GastemperaturprofIlen bei einer gegebenen Geschwindigkeit erhalten wird, und lassen sloh leicht durch Versuch innerhalb der genannten Grenzen ermitteln. Hachdem die Fäden bei entsprechend gelenkten Temperaturbedingungen auf eine Temperatur von etwa 100° C abgekühlt sind, kann Ihre Abkühlung sehr langsam oder sehr rasch erfolgen. Die Verwendung sekundärer Abschreckmittel, wie Flüssigkeiten, Nebel, kalte Gase uswe, ist dsm. Fachmann gegeben«:

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DIo Erfindung lässt sich auf jedes schmelzspinnbare, synthetische, organische Polymerisat anwenden» einschliesslich z? B. Polyamiden, Polyestern, Polykohlenwaseerstoffen, Polyurethanen, Polyharnstoffen, Vinylpolymerlsaten, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Mischpolymerisaten derselben, Acryl-Bäurepolymerisaten, wie Polyacrylnitril, das genügend weichgestellt ist, um es schmelzbar zu machen, Mischpolyneripaten des Acrylnitrils, Halogenkohlenwasserstoffen, wie Polychlortrifluoräthylen, Polyaoetalen, Polyanhydriden, Polyoxymethylene^ Polyformalen, Polyäthern, Polythioäthern, Polysulfiden, PoIythioestern, Polysulfonen, Polythioharnstoffen, Polythioamiden, Polysulfonamiden, Polyimiden und Polytriazoles Man kann mit Mischpolymerisaten aller Arten arbeiten»

Die neuen höherschmelzenden, eine höhere Dichte aufweisenden Formen der Polykohlenwasserstoffe, wie Polyäthylen und Polypropylen mit einer verringerter Menge an kettenverzweigten und/oder isotaktischen Strukturen sind für die Erfindung besonders geeignet. .

Auf Orund ihrer Verfügbarkeit, leichten Vorarbeitbarkeit und ausgezeichneten Eigenschaften werden die Polykondensate und Polyraischkondenaate, 2» B. Polyamide, Polysulfonamide und Polyester, insbesondere diejenigen, die sich leicht schmela*- spinnen lassen, für die Zwecke der Erfindung bevorzugt, Oaeig»

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* ⁹ " BAD

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nets Polymerisate sind ζ. B. unter don fadenbildenden Polyamiden

und Polyestern zu finden, die z„ B. in den USA-Patentschriften

2 071 250, 2 071 253» 2 130 523r 2 130 948, 2 190 770 und 2 465 319 beschrieben Bind.

Geeignete Polyamide für die Zwecke der Erfindung sind diejenigen synthetischen, linearen Polyamide, die aus polynierlsierbaren MonoaminomonocarbonsäureK odor deren amidbildenden Derivaten oder geeigneten Diamin ν,-.ά geeigneten Dicarbonsäuren oder amidbildenden Derivaten dieser Verbindungen hergestellt werden·

Die Gruppe -R- der Intercarbonamidbindungen RCR kann Wasser-

stoff, Halogen, ein einwertiger organischer Res-, Alkylen oder dergleichen sein. Typisch für diese Polyamide sind diejenigen, die aus einem aliphatischen Diamin und einer aliphatischen Dieäure mit der wiederkehrenden Einheit

-X-Z-Y-Z-

erhalten werden, worin -X- und -Y- zweiwertige- aliphatisch·

0 H oder cycloaliphatische Gruppen sind und -Z- die Bindung darstellt. Typisch sind Polyhexaraethylenadipaoid und PoIycaproamid (d* h» "Nylon 66" und "Nylon 6"). Andere geeignete Polyamids sind solche der wiederkehrenden Struktur

-A-Z-X-Z-

worin.-Ä" einen zweiwertigen aronatlschen Rest tlarstallt und -JC- und -Z- die obige Bedeutung haben ο Ein Vert^afcer dieser

- 10 -.

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Polymerisate ist daa Polyhexamethylenterephthalamid. Weitere Polyamidet die verwendet werden können, enthalten wiederkehrende Einheiten wie

-A-Z-B-Z- und

-X-Z-B-Z-

worin -B- zweiwertigem Alkaryl (wie Xylylen) ist. Eine ander· Klaeee geeigneter Polyamide, die ala wiederkehrende Einheiten andere ala aronatieches Intracarbonamid enthalten» wird von den Polyamiden gebildet, die man mit Fiperazin, wie Piperasin und Adipinsäure, Plperazin und Terephthalsäure, und dergleichen erhält· Auch Mischpolyamide, Polymlschkondeneate, bei denen daa Anidglled das vorwiegende Glied darstellt, und Polyaaidgealsohe sind geeignet. Solche Polyamide haben, für die Bildung der Gebilde gemäsa der Erfindung, ein hohes Molekulargewicht, d. h. sind fadenbildend.

Zu besondere geeigneten Polyamiden gehören Polyhexamethylenadipamid, PoIy-(I-caproamid) t Poly-(p-xylylen-azalamid), Poly- (a-xylylen~adipamid).

Die bevorzugten Polyester für die Zwecke der Erfindung werden mit der Terephthalsäure erhalten, wobei mindestens etwa 75 Ί* der wiederkehrenden Einheiten des Polyesters Glykolterephthalat-Einheiten sind. Biese Polyester sollen die Eigenschaft

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der Fadenbildung aufweiten und eine relative Vlsoosltät von mindestens etwa 12 haben» Solche Polymerisate lassen sich allgemeiner durch die Formel HO-G-(OOC-A-COO-G)₂-OH darstellen, worin -G- und -A- zweiwertige organische Reste sind, die den Resten in dem Ausgangsglykol, G(OH)₂* und der Ausgangsdicarbone&ure, A(COOH)₂, entsprechen» und y eine Zahl solcher Grosse bedeutet, dass das Polymerisat ein "fadenbildendee" Molekulargewicht hat, wobei mindestens etwa 75 1> der Reste -A-lerephthalatreste sind. Der Terephthalatrest kann den alleiniger Dicarboxylat-Bestandteil der wiederkehrenden Einheiten bilden» öder bia su etwa 25 i» der wiederkehrenden Einheiten können andere Dicarbonsäurereste, wie Adipat-, Sebacat-, Isophthalate 5-(Natriumsulfo)-isophthalat-_i Dibenaoat-, Hexahydroterephthaiat-, Diphenoxyäthan-4,4'-dicarboxylat- oder ρ,ρ'-Sulfonyldlbenzoatreste sein» die von den entsprechenden Dicarbonsäuren oder deren esterbildenden Derivaten erhalten werden« Zu geeigneten Glykolen gehören Äthylenglykol, Tetraraethylenglykol, Hexamethylenglykol, Dece.oethylenglykol, 2»2-BiQethylpropandiol, trans-p-Hexahydroxy.lylenglykol, Diäthylenglyfcol» Bie-p-(ß-oxyäthoxy)-benzol, Bis-1,4-(ö-oxyäthoxy)-2_f5-diohlorben»ol oder Bie-^'p-Cß-oxyäthoxyJ-plie'njrlJT'-.difluormethan. Man kann diese allein für sich oder in Gemischen, ss. B. von Äthylenglykol zusstiglioh bis zu etwa 25 MoI^ der obengenannten Glykole, verwendenc

\ ο

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Auseer den oben erörterten Polymerisaten und Mischpolymerisaten kann man mit Polymerisaten arbeiten, die mit einem anderen Monomeren gepfropft wurden, a. B. 17-Vinylpyrolidon auf PoIyhexamethylenadipamid (vergl. belgische Patentschrift 572 577)·

Prüfverfahren

Die Dauerbiegefestigkeit eines Fadens wird bestimmt, indem man ein Ende eines Fadens von mindestens 2,5 cm Länge an einem

Rahmen festklemmt, der in der Vertikalebene rotiert, wobei der faden mit 0,6 g/den belastet ist und in horizontaler Lage in der Fadenmitte ein glatter Draht von 0,076 mm Durchmesser angeordnet 1st« 21 Proben werden unter Spannung gleichseitig wiederholt um 180° Über dem Draht gebogen. Die Zahl der Zyklen, die erforderlich sind, um ein Versagen bei 11 Fäden hervoreurufen, 1st das Prlifergebnis.

In den Beispielen dient als Mass für das Molekulargewicht dl· relative Tlsoosltttt Oi _rh d. h. das Verhältnis der Viscosität einer Lösung des Polymerisates zu derjenigen des Lösungsmittels. Dl· PolyaaldlCsungen enthalten 5»5 g Polymerisat In 50 ml 90J»lger Ameisensäure und werden sur 7iaoositäteme«eung bsi 25° C eingeeetat. Di· Polyesterlösungen enthalten 2,15 β d·· Polymerisates in 20 ml eines Gemisches - aus 7 Teilen Tetrachlorphenttl und 10 Teilen Phenol und werden zur Viscoeitätebeetim-

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mung bei 25° C eingesetzt.

Dae maximale Streckverhältnis einer Faser wird bestimmt» indes can einen Faden um einen Metallstab, über einer Platte oder durch ein Bad gegebener Temperatur mittels einer Zufuhr- und einer Abzugswalze» deren Drehzahlen stufenlos regelbar sind, auf den Maximalbetrag verstreckt,·der ohne Bruch des Fadens erzielbar ist· Das Streckverhältnis ist als das Verhältnis der Oberflächengeschwindlgkeit der Abzugswalze zu derjenigen der Zuführwalze oder das Verhältnis der Länge im vorstreckten Zustand zur Länge im beim Spinnen erhaltenen Zustand des Fadens definierte Wenn nicht anders angegeben» sind alle physikalischen Eigenschaften an Fäden bestimmt, die bei dem maximalen Streckverhältnis verstreckt sind»

Alle Bestimmungen der Doppelbrechung erfolge*, an Fäden in beim Spinnen erhaltenen Zustand (unverstreckt) durch Untersuchung eines Einzelfadens unter gekreuzten Nikols mit einem Mikroskop unter Verwendung eines geeigneten Ausgleiohskeile aus Quarz (Textile Besearch Journal, August 1952)·

Beispiel 1

Polyäthylenterephthalat, das eine relative Viscosität von 40»5 (Kristallsehnelzpunkt 250° C) hat und 0,15 $ TiO₂ enthält, wird aus einer Schmelze von 280° C durch eine Spinndüse» die

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20 Löcher von 0,41 cm Durchmesser auf einem Kreis von 5»91 om Durchmesser enthält, von 285° C versponnen; die Fäden (Fadentiter 23 den) «erden mit 457 m/Min, aufgewickelt. Die Abkühlung der Fäden wird mittels eines Muffelofens (2,1 m Höhe)» der auf der Innenfläche eines Keramikzylinders, der einen offenen Durchlese von etwa 7»6 cm Durchmesser ergibt und «entriech unterhalb der Spinndüse vorgesehen ist, freiliegende Widerstandsheiz-Bohlangen aufweist, bei gelenkten Temperaturbedingungen verzögert. Die Vorrichtung kann nach USA-Patentschrift 2 296 202 auegebildet sein, wobei jedoch die Mittel zur elektrischen Beheizung sich dazu eignen miiacen, einen scharf gelenkten Temperaturgradient en zu ergeben. Nach Hindurchfiihrung des fadenetranges durch den Ofen werden sorgfältig zwischen swei benachbarte *äden an oberen und unteren Rand des Ofens swel Thermoelemente eingefügt, so dass sie die Temperatur der Luft zwischen jedem Fadenpaar messen» Ausserdem wird ein drittes Thermoelement auf halber Höhe des Muffelofens ungefähr 1,6 um. zum Fadeniauf hin vom Heizelement angeordnet· Wenn die Thermoelemente eingesetzt sind, wird die Einheit sorgfältig naoh oben zur Spinndüse verschoben, bis der Kopf des Muffelofens dicht an des Boden des Kopfes der Spinnapparatur anliegt· Hierdurch werden die Fäden wirksam gegen jegliche Luftstreuströmungen zwischen der Spinndüse und dem Muffelofen abgeschirmt·

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Eine ähnliche Verbesserung «regeniiber dem in herkömmlioher Welse behandelten Fadengut wird erhalten, wenn man bei Bedingungen Innerhalb der obigen Grenzen gesondert als Polyester Poly-trans-p-hexahydroxylenterephthalat (£_r ■ 39) und als Copolyester das Poly-^Äthylenterephthalat/5-(Natriumsulfo)-lsophthalat)_7 (Molverhältnis 98 : 2; ^ « 10,5) verspinnt«

Beispiel 2

Ein lineares Polypropylen (zu etwa 94 1» isotaktisoh) mit ein«· Schmelzindex von 0,7t einer Dichte von 0,91 und einem Krletallsohmelzpunkt von 175° G wird durch eine Spinndüse von 270° 0» die 10-Löcher von 0,41 mm Durchmesser enthält, unter Anwendung der Heizvorrichtung nach Beispiel 1 versponnen, wobei sich der Kopf des Huffeiofens 2,5 cm unterhalb des Bodens der Spinndllsenfläohe befindet, so dass zwischen dem Boden der Isolation und dem Boden des Muffelofens ein Luftraum von ungefähr 5,1 ca vorliegt. Das Fadengut (Fadentiter 12 den) wird mit 457 m/Min, aufgewickelt. Man sammelt bei verschiedenen Erhitzungsbedingungen Proben des Fadengutes und bestimmt durch Verstrecken durch ein 30,5 cm langes Glyeerinbad von 120° C.das maximale Streckverhältnis.» Sann werden Proben des (bei dem maximalen Verhältnis) verstreckten Fadengutes gesammelt und die Eigenschaften bestimmt. Die Ergebnisse nennt die Tabelle II. Die Versuche (a) bis (e) liegen innerhalb der genannten Grenzen· νοηΔτ β 1Ox - 30 ΐληαΔτ » 80 v£~+ 20, wobei χ bei den obigen Bedingungen gleich 2,78 bei 2,54 cm Abstand isto

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Bei verschiedenen Erhitzungebedingungen in dem Muffelofen werden Padengut-Proben gesammelt und Über einer auf 185° 9 erhitzten» 12,7 cm langen Platte verstreckt, die sioh zwischen einer Vorheiswalze von 7,6 cm Durchmesser und 90 C (vierfach· üasohlingung mit dem Fadengut) und einer kalten Streckwals· befindet· Die Ergebnisse sind in der Tabelle I genannt· Yersuoh(e) gibt fäden wieder« die aus dem gleichen Polymerisat bei der gleichen Geschwindigkeit und Spinndiisentemperatur, aber unter Anwendung einer herkömmlichen Querstromktthlung (wie nach USA-Patentschrift 2 273 105) hergestellt, sind.

Sie verbesserten Eigenschaften der gemüse der Erfindung ersponnenen fäden (a, b, ο und d) im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren (e) sind offensichtlich. Die für a, b, ο und d genannten Temperaturen liegen innerhalb der eingangs definierten Grenzen Yon^T * 1Ox - 30 und Δ T » 80 Vx + 20, wobei χ - 1O⁴BZ(SXf) iet.

Tabelle

▼er- Temperatur, «sieh

Hei*- 12,7 ma eleaent

150

240 274 286 300

keine»

191 mm

120 132

150

Streck- Padengut-Eigen-

verhält- schäften,

nla, Festigk*it/D«h-

naximal nung/Mi

6,50 . 8,6/7,7/118

6,15 9,4/7,9/133

6,25 9,5/7*7/140

5,6 6,9/9,9/107

5,0 5,9/9,8/68

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Tabelle

II

	»	Vtr-	Temperatur	, 0C	203 mm	Spannung des	Doppel	Streck	Festigkeit/Anfangs-
909ί	co	euch	Heiz element	25,4 mm	46	Fadenlaufee, g	brechung	verhält nis, maxim	taodul/Bruchdehnung g/den/g/den/#
*·» co	a	1 200	123	55	7,0	0,062	2,8	5,2/108/30
co	b	260	153	62	7,0	0,053	3,6	5,7/121/29
cn **■	C	320	176	73	4,5	0,036	4,9	6,3/99/33
	d	380	186	76	4,3	0,039	4,0	5,4/96/33
e	400	189	—	4,0	0,051	3,5	496/iO4/36
f	nein	£100		0,096	1,6'	3,6/57/15

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Der Yereuch (f) nach Tabelle II veranschaulicht typiecne Werte bei Fäden» die nan mit diesem Polymerisat bei den obigen Spinnbedingungen, aber unter Entfernung dee Ofens und unter Verspinnen in Luft von der Temperatur der Umgebung erhält. Bine Geschwindigkeit von etwa 274 m/Min, daa Maximum dar, das eine zufriedenstellende Kontinuität dee Spinnvorgangea sichert, überraschenderweise ist unter Anwendung des Verfahrens gemüse der Erfindung ein gutes Verspinnen bei derart hohen Geachwindigkeiten wie 1189 möglichο

Wenn man anstelle des Polypropylens in dom obifjen Beispiel ein lineares Polyäthylen (Schmelzindex 6,2, Dichte 0,96, Kristalleohaelzpunkt 136° C) einsetzt, werden beim Arbeiten innerhalb der oben angegebenen Grenzen und danach Verstrekken ähnliche Verbesserungen erhalten (eine Festigkeit von 10 g/den gegenüber 7,4 g/den bei einer Kontrollprobe)«

Beispiel 3

Sin Polyhexamethylenadipamid mit einer relativen Viacosität von 41 (Kristallsohmelzpunkt 260° C) wird durch eine 10-Loch-SpinndUae (Lochdurchmesser 0,41 mm) versponnen, wobei man die Polymerisatschmelze auf 290° C und die Spinndüse auf 288° C hält und das Fadengut (260 den) mit 686 m/Hin, aufwickelt. Dabei wird die Vorrichtung nach Beispiel 1 eingesetzt, wobei sich jedoch der Kopf des Muffelofens 5»1 cm unter der Spinndüsenflache befindet« Die optimale Heizbedingung des

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Ofens beträgt 300° C, wobei ira Abstand von 5?1 bzw, 22,9 cm von der Spinndüse Temperaturen von 190 bzw₀ 98° G erhalten werden» Das Fadengut in der bsira Spinnen erhaltenen Form (26 den Fadentiter) hat eine Doppelbrechung von 0,0015 und enthält iir gleichraäesiger Verteilung eine kleine Ansah! kleiner Sphäroliter Das Fadengut ergibt, wenn man ea auf einem nicht erhitzten Stab auf dae Dreifache und danach über einer 12,7 cm langen Platte von 185° C ein zweites Mal verstreckt, ein maximales Gesamt streckverhältnis von fj,8, wobei eine Festigkeit von 9»6 ß/äen (T'ohr.'inr, 21 fo) erhalten wird»

Wenn man dieses Polymerisat bei den gleichen Bedingungen unter WeglasBung des Muffelofens und unter Durchführung einer herkömmlichen Queretromabschreckung verspinnt, wird ein Produkt mit einer Doppelbrechung von 0,004, einem maximalen Streckverhältnis von 5,3 und einer Festigkeit von 6,0 g/den nach maximaler Verstreckung erhaltene

Querschnitte der obigen Fäden gemäss der Erfindung zeigen im Vergleich mit in herkömmlicher Weise hergestellten Fäden eine Überraschende GIeichmäesigkeit in Bezug auf Grosse und Form»

B e i β p.i e 1 4

Dieses Beispiel erläutert weitere, unerwartete Eigenschaften der Polyester-Fäden, gemäss der Erfindung _c

A) Nach der Arbeitsweise des Beispiele 1 wird Polyäthylenterephthalat (*L_r ~ 40,5) bei ,Bedingu-ngen» die innerhalb

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der Grenzen für /\T von 1Ox - 30 und 8oVx"~ + 20 liegen» wobei ζ die obige Bedeutung hat? durch einen Muffelofen vereponnen und das Fadengut mit 91A m/Minο aufgewickelt« Die Einzelfäden haben nach der maximalen Verstreckung des eraponnenen Fadengutes bei den Bedingungen des Beispiele eine Festigkeit von 9,3 g/den, Die Festigkeit des Fadengutes t 9*0 g/den (97 5* der Fadenfestigkeit) ist im Vergleich mit herkömmlichen Produkten Überraschend hoch und dürfte die ungewöhnliche Gleichmaßβigkeit solcher Produkte und das entsprechende Fehlen achwacher Fäden wiedergeben·

B) Aus einen Polyethylenterephthalat mit \_T =» 45» d, h. einen höheren Molekulargewicht als due vorstehende Polymerisat, wird ein Kontroll-Fadengut hergestellt» Die Herstellung erfolgt bei den bestmöglichen Bedingungen des herkömmlichen Spinnens unter Abschreckung! wobei eine Quer-. stromabschreckung erfolgt und die verfestigten Fäden mit 137 m/lfino einer Streckstufe zugeführt werden, die wie oben auf die maximale Verstreckbarkeit ausgelegt 1st. Trots des höheren Molekulargewichtes des ve -wendeten Polymerisates, das normalerweise su einer verbesserten Festigkeit und Dauerbiegefestigkeit führt, ergeben die Einzelfäden eine Festigkeit von nur 7,5 g/den und das Fadengut eine Festigkeit von nur 6,5 g/den (86 % des Glnzelfadenwertes).

Das Produkt gem fin β (A) hat einen wesentlich höheren Kristalllnitätsgrad als die Kontrollprobe (der Kristallindex, vergib

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ASTM International Symposium, October 1958» von Wo Statton_f beträgt 39 gegenüber 36 bei der Kontrollprobe)„

Sie tatsächliche Höhe der Krietallinität hängt von der Wärmebehandlung der Faser oder des Films ab„ Ee hat sich gezeigt, dass die Produkte geraäsg. äer Erfindung bei den gleichen Erhitzungebedingungen eine stärkere Kristalllnität als Produkte ergeben, die nach herkömmlichen Methoden erspönnen Bind,

Die Dauerbiegefestigkeit des Produktes gesaäas (A) beträgt

560 000 Zyklen gegenüber 86 QOO Zyklen bei der Kontrollprobe» bestimmt in der oben beschriebenen Art boi 140° C« Die Festigkeit der bei der Biegebeanspruchung ώ ie lit gebrochenen Fäden beträgt 8*9 g/den im Vergleich mit 4»8 g/d@n bei der Kontrollprobe α Fotoraikroaufnahnen der Enden der Fäden, die bei der Prüfung gebrochen sind» seigen, dass die Fäden gemüse (A) einen sauberen Bruch ohne Anzeichen für Fibrillierung (d«, h. Aufspaltung) ergeben_f während die Enden der Kontrollfäden völlig ausgefasert und f!brilliert sind,

Proben des Produktes genäse (A) und der Kontrollprobe werden in Längeriohtung aufgespalten, zur Ätzung der amorphen Bereiche 1 Std„ in n-Propylamin getränkt, mit frischem Amin gewaschen und getrocknet. Auf die Fäden wird im Vakuum metallisches Chrom aufgedampft und das organische Material in TrI-fluoreasigaäure gelöst, El^kferonenmikroaufnahmen (bei 26000-fächer. Vergröaaerung) der no erhaltenen SpJ.egeXbild-Stücke

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des Produktes gewHsa (A) und der Kontrollprobe zeigen die Fig» 1 bzw» 2 der i'eicbnung, In jeder Figur bedeuten die oberen, dunklen Anteile die Paseroberfläche, «führend der helle Mittelbereich eine Haut von etwa 1,5 Mikron Dicke und der dunklere Bereich am Boden eine Hälfte des Fadenkerna darstellt_o Die Gleichmaßsigkeit der Faserquerstruktur der Faser gemäsB (A) ist aus Figo 1 offensichtliche Haut und Kern lassen sich kaum unterscheiden und zeigen beide eine otarke Kristallinitöt und Orientierung» Die Haut der Kontrollprobe andereroeite (Figo 2) zeigt eine geringe Rpiotallinität und Orientierung und unterscheidet sich deutlich von dem Kern»

Aue dem gleichen Polymerisat wird ein zweites Kontroll-Fadengut hergestellt, aber tei optimalen Abachreck-Splnnbedingungen bei 549 a/Min* erspönnen» Die Fadenfeatigkeit betrügt maximal 5»9 g/äen, die Fadengut-Festigkeit maximal 5»1 g/den (87 Jt der Einaelfaden-Festigkeit) und die Dauerbiegefestigkeit weniger als 100 000 Zyklen bei 140° Cb

Beispiel 5

Oeraäas den Bedingungen von (c) und (e) (Kontrollprobe) nach Beispiel 1 werden Fadenbündel hergestellt, aber Über einen heieaen Stab von 95° C auf das 5»2- und 4,7fache (Maxinun) veretreckt, Das verstreckte Fadengut hat folgende physikalischen Eigenechaften:

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U356U

Erfindungen	Kontroll	549
fjenäe»	probe	5,1
686	12,5
8,1	4,4
15	800000
7,9	200000
000000	3.6
1020000
7,9

Spinngeschwindlgkeit, ra/Min_o
Fadenfestigkeit, g/den
Bruchdehnung, ^ . ·
Padengut-Festigkeit, g/den
Dauerbiegefestigkeit, Zyklen

bei Raumtemperatur bei 140° C

Festigkeit nicht gebrochener
Fäden nach der Biegeprüfung
bei 140° C, g/den

Die Dauerbiegefestigkeit bei 140° C ist für die Bewertung einer Faser fUr technieche Zwecke _r Z₀ Bo als Reifencord, bedeutungsvoll,

Die vorstehenden Erläuterungen sind hauptsächlich auf hochfest· Produkte abgestellt, aber die Paser gemäss der Erfindung la ereponnenen Zustand mit ihrer verbesserten Gleichmässigkeit und sehr geringen Doppelbrechung eignet sich auch als Textilfaser für den Bekleidungssektor. Sie eignet sich besonders zur Herstellung von glänzenden, reflektionsfähigen, opaken Fäden der in DAS ο ... (Patentanmeldung P 22 334 VIl/29 a) beschriebenen Art»

Beispiel 6

Ein Folvhexamethylenadipamid {\ _r »' 45) wird mit 1,3 g/kfln. durch eine 0_t23-mm-Spinnöffnung von 283° C und durch ein Heizrohr versponnen, dae einen Durchmesser von 2,5 cm und eine Länge von 4 5,7 cm hat und 3,18 ram unterhalb der Spinndüse

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■ BAD ORIGINAL

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angeordnet let, wobei dc.a Monof11.bei verschiedenen Geschwindigkeiten aufgewickelt wird. Die besten Ergebniuse werden erhalten« wenn die Luft an einem Funkt 35 »6 ca unter der Spinndüee eine Temperatur von 100° C hat. Bei diesen Bedingungen beträgt die Maximaltemperatur, die innerhalb der Qrensen ge-MHeβ der Erfindung liegen würde, 132° C. Man fUhrt weiter ohne Erhitsungsrohr Kontrollversuohe duroh. Ergebnisse:

Spinngesohwlndigkelt, Doppelbrechung · Fadentiter, a/Mlη. ohne Kit den

Hei«- HeIsrohr rohr

229 0,0 0,0020 51

338 0,0010 0.0040 .34,4

549 O_vOO55 0,0106 21,9

850 0,0136 0,0178 13,7

Sine graphische Auewertung der Werte zeigt, dass bei den vorgenannten Bedingungen die Anwendung dee Verfahrene geaMe* der Erfindung eine Erhebung der Spinngeechwindigkelt üb 183 wy^Min· unter Erzielung äquivalenter (auf die gleiche maximale festig-

keit reratreokbarer) Fäden erlaubt. Sie Ve*beeeerung wird nooh auffallender, wenn eine herküaaliche Abschreckung der FSden folgt.

Rahaen der Erfindung liegen weitere AuefUirrungsforeen·

. 25 -

0O9f49/l364

Claims (1)

1. H356U

   ft

   Pja ^t e_rti_m t ,a η s_ j> r_ ü c h e

   ο Verfahren zuia Schmelzspinnen von Fääen wia synthetischen organischen Polymerisaten» dadurch gekennzeichnet, dass man den Faden im Kontakt mit einem gasförmigen Medium, das durch Erhitzen auf Teaperaturen gehalten wird, die, in ihm benachbart den Fäden gemessen, in der Richtung des Padanlaufeβ abnehmen, bei solchen Bedingungen von der Spinntemperatur auf 100° C abkühlt, daee die Spinntemperatur abzüglich jeglicher solcher benachbart der Faser beet inerter Temperatur innerhalb der Grenzen von 1Ox- 30 und 80 V~5r*+ 20 liegt, worin χ die Fadenlauf-8trecke, ausgedrückt in Einheiten von 9,14 dm χ 10*, dividiert durch die Fadengesehnindigkelt, ausgedruckt in Einheiten von 9*14 dm/Sek., und dividiert durch den Fadentiter» ausgedruckt in den» bedeutet.

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden der weiteren.Abkühlung bis auf 50° C bei den genannten Bedingungen unterworfen wird··

   5· Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass de» abgekühlten Faden durch Verstrecken ein hoher Orientierungagrad erteilt wird»

   4· Verfahren nach Anspruch U dadurch gekennzeichnet, dass als Polymerisat Polyethylenterephthalat eingesetzt und der ab

   gekühlte Faden auf mehr als das Fünffache seiner Länge

   verstreckt wird. §08841/1364

   H356H

   Q-582

   5> Polyäthylenterephthalat-Faden, gekennzeichnet durch ein« in Querrichtung in Bezug auf Haut und Kern gleichmäeeige Struktur, durch sowohl hohe Kristallinit&t ale auch hohe Orientierung und durch eine Festigkeit des Fadenbündels gleich mindestens 90 1> der durchschnittlichen Festigkeit der Einzelfäden«,

   6. Faden nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass er weiter eine Dauert)? seefestigkeit beim wiederholten Biege um 180° C um einen Draht von 0,076 um Durchmesser bei einer Temperatur von 140° C und unter einer Spannung von 0,6 g/den von mindestens 200 000 Zyklen hat»

   S09849/1364