DE1435625B2

DE1435625B2 - Verfahren zur herstellung von schmelzgesponnenen gekraeuselten faeden

Info

Publication number: DE1435625B2
Application number: DE19621435625
Authority: DE
Inventors: Leon Latour Pierre R Kinston NC Ciponn (V St A)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1961-12-26
Filing date: 1962-12-27
Publication date: 1973-02-01
Also published as: NL286864A; GB948576A; US3134833A; LU42750A1; FR1341953A; DE1435625A1

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

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.

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- :,

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 T_g 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.

Beispiel 1

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.

Beispiel 2

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

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.