DE1435625B2 - Verfahren zur herstellung von schmelzgesponnenen gekraeuselten faeden - Google Patents
Verfahren zur herstellung von schmelzgesponnenen gekraeuselten faedenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung von schmelzgesponnenen gekräuselten Fäden aus einem kristallisierbaren
thermoplastischen Polymerisat.
Es ist bekannt (schweizerische Patentschrift 341 943), aus kristallisierbaren thermoplastischen Polymeren
gekräuselte Fäden herzustellen, indem die schmelzgesponnenen Fäden einseitig abgeschreckt und anschließend
heißverstreckt werden. Die asymmetrische Abschreckung hat eine Asymmetrie der Doppelbrechung
im Fadenquerschnitt zur Folge, die nach dem Verstrecken der Fäden eine dreidimensionale
Kräuselung ergibt, die mit herkömmlichen, mechanischen Kräuselverfahren nicht erreichbar ist. Die gekräuselten
Fäden sind, insbesondere in Stapelfaserform, für viele wichtige Verwendungszwecke von
hohem Wert, z. B. für die Herstellung von voluminösen
Geweben und als Füllung von Kissen. Leider sind in der Praxis die Fäden häufig weit weniger gekräuselt,
als es auf der Grundlage von Laborversuchen zu erwarten gewesen wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kräuselungsverfahren zu entwickeln, das zu Fäden
von einem hohen Grad dreidimensionaler Kräuselung führt und sich technisch einwandfrei durchführen
läßt, auch wenn dicke Fadenkabel verarbeitet werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von schmelzgesponnenen gekräuselten Fäden
aus einem kristallisierbaren, thermoplastischen Polymerisat durch asymmetrisches Abschrecken der frischgesponnenen
Fäden und Heißverstrecken der Fäden bei einer Temperatur über der Einfriertemperatur des
Polymerisats erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fäden zwischen der Heizzone der Heißverstreckung
und den Streckwalzen durch eine Kühlflüssigkeit auf eine Temperatur unter der Einfriertemperatur des
Polymerisats abgekühlt werden.
Es war zwar bereits bekannt (schweizerische Patentschrift 234 763), Kunstfäden durch Abkühlenlassen
der heißverstreckten Fäden unter die Einfriertemperatur des Polymerisates zu kräuseln, aber bei diesem
Verfahren war weder ein besonderer Kühlschritt noch die Verwendung einer Flüssigkeit als Kühlmittel vorgesehen.
Außerdem erfolgte die vollständige Fixierung und Entwicklung der Kräuselung erst, nachdem die
Fäden längere Zeit entspannt gehalten werden. Es mußte deshalb befürchtet werden, daß durch die vollständige
Fixierung der Fäden in gespanntem, die Kräuselung ausziehendem Zustand eine Verminderung
der Kräuselung eintritt, und dies um so mehr, als sogar beschrieben war (französische Patentschrift 924 420),
daß durch Heißverstrecken einer Polyamidfaser und Abkühlen unter Aufrechterhaltung der Verstreckung
die Kräuseltendenz der Faser unterdrückt wird.
Entgegen dieser Lehre des Standes der Technik führt das Verfahren gemäß der Erfindung zu einer erheblichen Verbesserung der Kräuselung, die in einem erhöhten Kompressionswiderstand zum Ausdruck kommt; das erfindungsgemäß hergestellte
Entgegen dieser Lehre des Standes der Technik führt das Verfahren gemäß der Erfindung zu einer erheblichen Verbesserung der Kräuselung, die in einem erhöhten Kompressionswiderstand zum Ausdruck kommt; das erfindungsgemäß hergestellte
ίο Fasergut hat bei gleicher Belastung eine höhere VoIuminosität
als ein Fasergut, das nach dem gleichen Verfahren, jedoch unter Weglassung der erfindungsgemäßen
Kühlstufe, erhalten wird.
Fadenkabel enthalten mindestens etwa 103, meist 104 oder mehr Einzelfäden. Nach oben ist die ZahFder Fäden nicht festgelegt; das Fadenkabel kann auch 107 oder noch mehr Einzelfäden enthalten.
Fadenkabel enthalten mindestens etwa 103, meist 104 oder mehr Einzelfäden. Nach oben ist die ZahFder Fäden nicht festgelegt; das Fadenkabel kann auch 107 oder noch mehr Einzelfäden enthalten.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Diese enthält die schematische
Darstellung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Das Fadenkabel 1, das eine große Zahl von Einzelfäden aufweist, die zuvor mittels eines Gasstrahls
asymmetrisch abgeschreckt worden sind, wird ver- ( (I streckt, indem man es über die Förderwalzen 2 bis 9,
die auf einer gleichmäßigen Umfangsgeschwindigkeit gehalten werden, und dann über die Streckwalzen 12
bis 19 führt, die mit einer gleichmäßigen Umfangsgeschwindigkeit laufen, welche diejenige der Förderwalzen
beträchtlich überschreitet. Zwischen den Walzen 5 und 6 passiert das Fadenkabel den Vorbefeuchtungsbehälter
10, der ein wäßriges Bad enthält, das Raumtemperatur aufweisen oder auf eine Temperatur im Bereich von 40 bis 700C aufgeheizt
sein kann. Gewöhnlich werden weitere Mengen des in dem Vorbefeuchtungsbehälter 10 verwendeten wäßrigen
Bades mit der gleichen Temperatur auf die Walzen 6, 7, 8 und 9 aufgesprüht oder auf andere
Weise an diesen Walzen aufgebracht.
Zwischen den Walzen 9 und 12 passiert das Kabel eine Sprühzone 11. Die aus den Düsen 20 austretende, heiße Flüssigkeit wird auf das laufende Kabel gerichtet, das darauf unter der Wirkung der von den Streckwalzen ausgeübten Zugspannung auf das Mehrfache gestreckt wird. Der gesamte Verstreckungs- :,
Zwischen den Walzen 9 und 12 passiert das Kabel eine Sprühzone 11. Die aus den Düsen 20 austretende, heiße Flüssigkeit wird auf das laufende Kabel gerichtet, das darauf unter der Wirkung der von den Streckwalzen ausgeübten Zugspannung auf das Mehrfache gestreckt wird. Der gesamte Verstreckungs- :,
prozeß läuft ab, während sich das Kabel mit dem V. ' heißen, aus den Düsen 20 ausgespritzten Nebel in Berührung
befindet, der gewöhnlich den größeren Teil der Sprüh- oder Spritzzone einnimmt. Vorzugsweise
hat die dem Kabel zugeführte heiße Spritzflüssigkeit eine Temperatur gleich der oder höher als die Einfriertemperatur
des Polymerisates. Am Ende der Spritzzone 11 wird auf das laufende Kabel aus den Düsen 21
kalte Flüssigkeit aufgespritzt. Die kalte, vorzugsweise
wäßrige Flüssigkeit soll auf einer Temperatur gehalten werden, die beträchtlich unter der Einfriertemperatur
des Polymerisates liegt. Wasser von Raumtemperatur kann verwendet werden, wenngleich man auch, wenn
gewünscht, eine unterhalb Raumtemperatur gehaltene andere Flüssigkeit verwenden kann. Gewöhnlich wird
zwischen den »heißen« Spritzdüsen 20 und den »kalten« Spritzdüsen 21 eine Trennwand 22 angeordnet.
Ein Schirm 23 schützt die Förderwalzen vor einer Berührung mit der heißen Spritzflüssigkeit, und mit
einem Schirm 24 kann in ähnlicher Weise eine weitere Berührung zwischen dem Kabel und der Spritzflüssigkeit
verhindert werden, nachdem das Kabel die Streckwalzen erreicht hat. Unter Verwendung einer Temperatur-Meßvorrichtung
25 in dem Streckwalzen-Ab-
schnitt, gewöhnlich zwischen den ersten beiden Streckwalzen, läßt sich die Temperatur des Fadenkabels
überwachen, damit nicht bei Veränderung der Arbeitsbedingungen die Einfriertemperatur versehentlich
überschritten wird.
Nach dem Verlassen des Streckabschnittes wird das Fadenkabel um Zugwalzen 26 herum und zwischen
einem Paar Walzen 27 hindurchgeführt, die in einer solchen Entfernung angeordnet sind, das überschüssige
Restflüssigkeit von dem Kabel abgequetscht wird. Das Kabel wird dann durch Hindurchführen
durch die Luftdüse 28 geöffnet und darauf auf dem Förderband 29 abgelegt und durch die Trockenkammer
30 hindurchgeführt. Das getrocknete Kabel kann dann zu Stapelfasern geschnitten und entspannt
werden.
Man kann einen Teil der oder alle Streckwalzen mit Flüssigkeit kühlen, um die Abkühlung des Kabels
nach dem Verstrecken zu erleichtern.
Man kann das Kabel auch im Wasserdampf oder anderem Heißdampf verstrecken oder die Streckung
auf anderen Wegen durchführen. Häufig ist die Anwendung einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser,
in einer Stufe des Verstreckungsverfahrens erwünscht, da es die gleichmäßige Erhitzung der Fäden unterstützt
und die Verstreckung erleichtert. Die dann, unmittelbar nach der Heizzone der Verstreckung, zugeführte
Kühlflüssigkeit, deren Temperatur unter Tg liegt und vorzugsweise gleich der Raumtemperatur
oder tiefer ist, hält die in der Verstreckungsstufe entwickelte Voluminosität ohne jede Verminderung aufrecht.
Gewöhnlich wird ein Teil der Kühlflüssigkeit von dem laufenden Kabel mitgenommen, was die
Abkühlung unterstützt. Wenn gewünscht, kann man die Streckwalzen innen kühlen, um die Aufrechterhaltung
der Temperatur der mit dem Kabel in Berührung stehenden Kühlflüssigkeit unterhalb der Einfriertemperatur,
vielleicht unter einer gewissen Direktkühlung des Kabels selbst, zu unterstützen. Wenn die
Umgebungsatmosphäre eine gewisse Feuchte aufweist und die Walzen genügend gekühlt werden, kann
die Zuführung der Kühlflüssigkeit mindestens zum Teil durch die Kondensation des Wassers aus der
Luft erfolgen.
Als Kühlflüssigkeit wird vorzugsweise Wasser verwendet, in welchem auch andere Stoffe, wie Textilausrüstungen,
antistatische Mittel od. dgl. gelöst oder dispergiert enthalten sein können. Als Kühlflüssigkeiten
sind jedoch auch andere inerte Flüssigkeiten geeignet, wie Leuchtöl, Mineralöl, Propanöl usw.
Unter »inerter Flüssigkeit« ist jede Flüssigkeit zu verstehende für das Fadenmaterial einen Nichtlöser darstellt.
In Sonderfällen kann es erwünscht sein, mit einer Flüssigkeit zu arbeiten, die nicht nur die Fäden
auf eine Temperatur unterhalb der Einfriertemperatur abkühlt, sondern auch nebenbei einen chemischen
oder physikalischen Effekt ergibt, z. B. eine Kristallisation.
Die Erfindung ist auf jedes kristallisierbare, thermoplastische Polymerisat anwendbar, insbesondere diejenigen
Polymerisate, deren Einfriertemperatur wesentlich über der Raumtemperatur liegt. Die kristallisierbaren,
linearen Kondensationspolyester bilden eine bevorzugte Polymerisatklasse. Sie stellen Linearpolymerisate
dar, welche in der Polymerisatkette Carbonyloxy-Brückenreste enthalten. Diese Gruppe
umfaßt auch Oxycarbonyloxy-Reste aufweisende Polymerisate.
Die Polymerisate sollen ein fadenbildendes Molekulargewicht aufweisen, was gewöhnlich eine
relative Viskosität von etwa 10 oder mehr, bestimmt in Lösung in einem Lösungsmittel für die Polymerisate,
bedeutet. Ein gutes Lösungsmittel für die meisten Linearkondensationspolyester ist ein Gemisch von
58,8 Teilen Phenol und 41,2 Teilen Trichlorphenol. Copolyester, Terpolyester u. dgl. werden von dem
Begriff »Polyester« mit umfaßt.
Beispiele für die kristallisierbaren, linearen Kondensationspolyester
sind Polyäthylenterephthalat, PoIyäthylenterephthalat/isophthalat (85/15), Polyäthylenterephthalat/5-(natriumsulfo)-isophthalat
(97/3), PoIyp - hexahydroxylylenterephthalat, Polydiphenylolpropanisophthalat,
Polydiphenylolpropancarbonat, die Polyäthylen-naphthalindicarboxylate (insbesondere auf
Grundlage der 2,6- und 2,7-Isomeren) und PoIym-phenylenisophthalat
wie auch viele andere.
In einer Reihe von Versuchen werden spontan gekräuselte Stapelfasern hergestellt (Ergebnisse siehe
Tabelle). Als Polymerisat dient Polyäthylenterephthalat, das 0,3 % TiO2 enthält und eine relative Viskosität
von 27 und eine Einfriertemperatur von 79° C aufweist. Das Polymerisat wird aus einem auf 300° C gehaltenen
Spinnblock durch eine Spinndüse ausgepreßt, welche 210 Austrittsöffnungen von jeweils
0,229 mm Durchmesser und 0,305 mm Länge aufweist, die auf drei konzentrischen Kreisen von 76,2,
71,1 bzw. 66,0 mm Durchmesser bei einem Abstand der Austrittsöffnungen auf jedem Kreis von 3,2 mm
angeordnet sind. Die ausgepreßten Fäden werden mittels rasch strömender Luft abgeschreckt, die mit
einer konzentrischen Düse zugeführt wird. Die Spinngeschwindigkeit beträgt 417,9 m/Min,; die abgeschreckten
Fäden (Fadentiter im ersponnenen Zustand 10,6 den) werden auf Spulen aufgewickelt. Wenn
man die einzelnen Fäden in der ersponnenen Form unter einem Polarisationsmikroskop untersucht, ist
ein asymmetrischer Doppelbrechungsunterschied auf dem Fadendurchmesser festzustellen.
Fäden von 878 Spulen werden zu einem 184 380 Fäden aufweisenden Kabel vereinigt. Das Kabel wird
in der in der Zeichnung gezeigten Weise auf seinem Wege von einer Förderzone, die aus 8 Förderwalzen
und einem Vorbefeuchtungsbad (30° C) besteht, durch eine Sprühzone zu einer Streckzone von 8 Streckwalzen
verstreckt. Die Geschwindigkeit des Kabels in der Streckzone beträgt 91,4 m/Min.; das Verstreckverhältnis
beträgt 3,26. Auf das laufende Kabel nach unten wird auf dem größten Teil der Sprühzone eine heiße,
wäßrige Spritzflüssigkeit aufgesprüht, die auf der Temperatur
gemäß der Tabelle gehalten wird, und unmittelbar danach eine auf 30° C gehaltene, wäßrige
Spritzflüssigkeit, wobei der »heiße« und der »kalte« Spritzabschnitt durch eine Trennwand getrennt sind.
Soweit nicht anders angegeben, wird auch durch einen Schirm eine Berührung des wäßrigen Spritzmittels mit
dem um die Streckwalzen laufenden Kabel verhindert. In zwei Kontrollversuchen (s. Tabelle) unterbleibt
die Zuführung der eine Temperatur von 300C aufweisenden,
wäßrigen Kühlflüssigkeit nach erfolgter Heißverstreckung. Als Vorbefeuchtungsbad, als heiße,
wäßrige Spritzflüssigkeit und als wäßrige 30°C-Kühlflüssigkeit dient jeweils eine l%ige wäßrige Lösung
einer Textilausrüstung (hauptsächlich aus Diäthanolamin- und Triäthanolaminsalzen bestehend). Durch
die hohl ausgebildeten Streckwalzen wird Wasser mi
der in der Tabelle genannten Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 56,8 l/Min./Walze zirkuliert. Zwischen
der ersten und der zweiten Streckwalze wird die Temperatur des Fadenkabels mittels einer geschmierten
Thermoelementspitze gemessen, die leicht an die Mitte einer mit dem nassen Kabel in Berührung
stehenden, kleinen, umlaufenden Walze angedrückt wird.
Nach dem Verlassen des Streckwalzenabschnittes wird das Fadenkabel zwischen zwei Walzen hindurchgeführt,
um aus ihm überschüssige Feuchtigkeit abzuquetschen, und darauf mittels einer großen Luftdüse
auf einem Förderband abgelegt und durch einen Trockner geführt, in welchem es bei einer Verweilzeit
von 3 Minuten der Einwirkung zirkulierender Luft von Raumtemperatur unterliegt.
Die so behandelten Fäden weisen eine starke dreidimensionale Kräuselung auf. Die Fäden werden zu
6,4 cm langen Stapelfasern geschnitten und in einem auf 16O0C gehaltenen Heißluftofen 1,1 Minuten entspannt.
Eine Untersuchung der einzelnen Fäden unter einem Polarisationsmikroskop zeigt wiederum einen
asymmetrischen Doppelbrechungsunterschied auf dem Fadendurchmesser.
«r Verstreckung von strahlabgeschrecktem Polyäthylenterephthalat-Fadenkabelbei 91,4 m/Min, in der Streckzone
Temperatur der heißen | Temperatur der kalten | Einlaßtemperatur des | Fadenkabel-Temperatur | V UJ.UrninUblicit | |
V C Io UCu | Spritzflüssigkeit, 0C | Spritzflüssigkeit, 0C | Streckwalzenwassers, ° C | 0C | gut |
1 | 85 | 30 | 9 | 65 | gut |
2 | 92 | 30*) | 18 | 75 | gut |
3 | 95 | 30 | 9 | 77 | gut |
4 | 95 | 30 | 4 | 78 | schlechter |
5 | 92 | (ohne) | 18 | 83 | schlechter |
6 | 92 | (ohne) | 18 | 83,5 | |
♦) unter Weglassung von Schirm 24 der Zeichnung.
Wie im Beispiel 1 werden Polyäthylenterephthalat-Fäden unter asymmetrischer Abschreckung ersponnen.
Ein 61fädiges Bündel der abgeschreckten Fäden wird auf einer Spule als Garnwickel aufgewickelt. Der
Wickel wird dann auf eine Streckspulvorrichtung aufgesetzt, auf welcher das Fadengut von dem Wickel
abgenommen, um einen auf 900C gehaltenen Block (5 Umschlingungen) und dann um einen Bremsstab
(V4 Umschlingung) und hierauf um eine Streckwalze
(53/4 Umschlingungen) herumgeführt und danach
schließlich mit 276,1 m/Min, aufgewickelt wird. Das Verstreckungsverhältnis beträgt 3,113; der eigentliche
Punkt, an welchem die Streckung eintritt, ist wie zu erwarten, der Bremsstab. Der Versuch wird dann mit
der Abänderung wiederholt, daß das Fadengut beim Verlassen des Streckstabes über einen mit Wasser
von 100C befeuchteten Schwamm geführt wird. Die Kräuselung des unter Verwendung des befeuchteten
Schwamms abgekühlten Fadengutes ist besser als bei dem nicht abgekühlten Fadengut.
Wie oben wird der Versuch bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 276,1 m/Min, ohne Anwendung
des befeuchteten Schwamms mit der Abänderung wiederholt, daß das Fadengut beim Verlassen des
Bremsstabes abgekühlt wird, indem man Raumluft von 25°C auf das Fadengut aufbläst. Man arbeitet
mit einem Luftstrom von etwa 283 l/Min., der von einer Düse von 3,2 mm Innendurchmesser geliefert
wird. Überraschenderweise ergibt das mit dem Luftstrom unmittelbar nach dem Verstrecken abgekühlte
Fadengut eine schlechtere Kräuselung als das Kontroll-Fadengut, das ohne Anwendung einer Kühlung er-
45 halten wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von schmelzgesponnenen gekräuselten Fäden aus einem kristallisierbaren,, thermoplastischen Polymerisat durch asymmetrisches Abschrecken der frischgesponnenen Fäden und Heißverstrecken der Fäden bei einer Temperatur über der Einfriertemperatur des Polymerisats, dadurch gekennzeichne t, daß die Fäden zwischen der Heizzone der Heißverstreckung und den Streckwalzen durch eine Kühlflüssigkeit auf eine Temperatur unter der Einfriertemperatur des Polymerisats abgekühlt werden.
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