DE1435637C3 - Verfahren zur Herstellung orientierter Polyesterfäden mit niedriger Oberflächenreibung - Google Patents

Description

daß die Rippen glatt abgerundete, wellenförmige Ausbauchungen in der Fadenoberfläche sind, die keine scharfen Ecken und Kanten oder jähe Richtungsänderungen aufweisen. Da es keine scharfe Trennungslinie zwischen einer Rippe und der benachbarten Fadenoberfläche gibt, läßt sich die Breite der Rippen nur schwer genau messen. Es wurde jedoch geschätzt, daß die überwiegende Mehrzahl der Rippen eine Breite im Bereich vom 3- bis lOfachen ihrer Höhe hat.

Als Maß für die Oberflächenreibung dient der hydrodynamische Reibungskoeffizient, welcher bestimmt wird, indem man den zu untersuchenden Faden so über einen polierten, verchromten Dorn mit einem Durchmesser von 12,7 mm hängt, daß der Faden den Dorn über einen Bogen von etwa 180° berührt. An einem Ende des Fadens wird ein Gewicht von 0,3 g (Eingangsspannung) und am anderen Ende des Fadens ein Spannungsmesser (Ausgangsspannung) befestigt. Der Dorn wird mit einer Geschwindigkeit von 1646 m/min umlaufen gelassen, und unmittelbar vor der Ablesung des Spannungsmessers wird die Berührungsfläche mit einem Tropfen Mineralöl befeuchtet. Der Koeffizient/ wird aus der Riemenreibungsgleichung

T₂ .

T₁

berechnet, in der/ den hydronamischen Reibungskoeffizienten, T₁ die Eingangsspannung, T₂ die Ausgangsspannung und <x den Winkel des Berührungsbogens bedeutet. Bei diesem Test gibt ein im Handel erhältliches Terephthalsäurepolyesterfadenbündel mit dem oben beschriebenen Dorn Werte im Bereich von 0,6 bis 0,7.

F i g. 1 a, Ib und 1 c der Zeichnung erläutern schematisch drei Stufen der Herstellung der Fäden nach dem Verfahren gemäß der Erfindung. F i g. 1 a ist eine Seitenansicht eines Teils eines unverstreckten Fadens in sehr starker Vergrößerung. F i g. 1 b ist eine entsprechende Ansicht des Fadens nach der ersten Behandlungsstufe zur Erzeugung einer Vielzahl von Querrissen in der Oberfläche. Die meisten dieser Risse, z.B. die Risse 10, 12 und 13, sind deutlich diskontinuierlich, indem sie nicht um den ganzen Faden herumlaufen; andere können sich jedoch vollständig um den Umfang des Fadens erstrecken, z. B. der Riß 11. Fig. Ic ist eine Ansicht, nachdem ein Teil des Fadens auf einen viel kleineren Durchmesser verstreckt worden ist. Der Riß 10 ist auf dem unvollständig verstreckten Teil noch sichtbar. Auf dem vollständig verstreckten Teil des Fadens treten jedoch an den den Rissen 11, 12 und 13 entsprechenden Stellen nunmehr Rippen 21, 22 bzw. 23 auf.

F i g. 2 ist eine nach einer photographischen Aufnähme bei 1600facher Vergrößerung angefertigte Zeichnung eines typischen, erfindungsgemäß hergestellten Fadens.

Durch eine mindestens zweistündige Lagerung der Fäden vor der ersten Verstreckung in Berührung mit dem Behandlungsmittel wird der Charakter der Fadenoberfläche so verändert, daß sich bei der »Vorreckung« bei niedrigem Reckverhältnis viele feine Querrisse in der Fadenoberfläche bilden. Diese Risse führen bei der nachfolgenden Verstreckung zur BiI-dung von submikroskopischen Rippen. Die Dauer der zur Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse erforderlichen Lagerung hängt von dem jeweiligen Behandlungsmittel ab. Normalerweise genügt eine Lagerung von 2 Tagen bis zu mehreren Wochen. Lagerungszeiten von mehr als 3 Wochen werden wegen der Lagerungsschwierigkeiten in der Fadenherstellungsanlage gewöhnlich vermieden. Lagerungszeiten von weniger als 2 Tagen können bei geeigneter Auswahl des Behandlungsmittels angewandt werden. Es wurde gefunden, daß gewisse flüssige Polyoxyäthylenverbindungen, wenn sie auf die Fäden aufgetragen werden, die Mindestlagerungszeit auf etwa 2 Stunden herabsetzen.

Was das Molekulargewicht der Behandlungsmittel anbelangt, so führen Behandlungsmittel von niedrigem Molekulargewicht, wie Aceton, Äthanol, Dimethylformamid oder Pyridin, zur Ausbildung^ von unerwünscht großen Schwankungen im Fadendurchmesser oder von »Knoten« oder zur Bildung von Hohlräumen in den Fäden, so daß die Zugfestigkeitseigenschaften beeinträchtigt werden. Es ist anzunehmen, daß die Beschränkung der Behandlungsmittel auf solche mit hohem Molekulargewicht erforderlich ist, damit die Rißbildung auf die Oberfläche der Fäden beschränkt bleibt, da das Eindringen des Behandlungsmittels ins Innere des Fadens durch die Molekül-Größe verhindert wird.

Flüssige Behandlungsmittel werden bevorzugt. Diese Mittel können reine Verbindungen oder Lösungen derselben sein. Eine vollständige Aufzählung von bei allen Arten von Polyestern anwendbaren Behandlungsmitteln kann nicht gegeben werden; jedoch kann man nach dem folgenden einfachen Test bestimmen, ob eine Flüssigkeit als rißbildendes Behandlungsmittel wirkt oder nicht. Bei diesem Test wird ein frisch gesponnener, ungereckter Faden unter der Oberfläche der zu untersuchenden Flüssigkeit um einen geringen Betrag (etwa auf das l,5fache) verstreckt. Unter frisch gesponnenen Fäden sind für die Zwecke dieser Untersuchung solche zu verstehen, die weniger als eine Woche alt sind. Wenn die Flüssigkeit ein geeignetes Behandlungsmittel ist, zeigen sich bei der mikroskopischen Untersuchung der Fäden Querrisse und/oder die Ausbildung einer Vielzahl von Reckhälsen. Es ist charakteristisch für das Verstrecken unter Ausbildung einer Vielzahl von Reckhälsen, daß hierfür eine niedrigere Zugkraft (und zwar eine bis zu 90 °/o niedrigere Zugkraft) erforderlich ist als beim Kaltverstrecken (unter Ausbildung eines einzigen Reckhalses) bei der gleichen Temperatur und der gleichen Reckgeschwindigkeit.

Die für den Test gewählte Flüssigkeit soll kein Lösungsmittel oder starkes Quellmittel für den Polyester sein. Wenn die Flüssigkeit in nennenswertem Ausmaße als Lösungsmittel wirkt, bilden sich keine Oberflächenrisse. Bestimmte flüssige Behandlungsmittel, die sonst geeignet sind, aber eine gewisse Lösungs- oder Quellwirkung auf den Polyester ausüben, können verwendet werden, sofern die Berührungszeit zwischen Flüssigkeit und Polyester so bemessen wird, daß sich Risse ausbilden, bevor es zu einer nennenswerten Quellung oder Plastifizierung kommt.

Die folgenden Anhaltspunkte können für die Auswahl von Behandlungsmitteln dienen, die sich ausgezeichnet zur Anwendung in wäßriger Lösung bei Polyesterfäden eignen:

1. Das Mittel soll ungesättigt sein.

2. Das Mittel soll in Wasser löslich oder dispergierbar sein.

5 6

3. Das Mittel soll bei der Rißbildungstemperatur das ungereckte Fadenbündel auf eine Spule aufgeflüssig sein. wickelt und 3 Wochen gelagert. Das gelagerte Faden-

4. Das Mittel soll sich nicht stark mit sich selbst bündel wird dann in zwei Stufen verstreckt, indem es assoziieren (wie es z. B. bei bifunktionellen Al- über eine mit einer Umfangsgeschwindigkeit von koholen oder Aminen der Fall ist), da hierdurch 5 30,5 m/min umlaufende Zuführwalze, dann um einen die Möglichkeit der Assoziierung mit dem Poly- unbeheizten, feststehenden keramischen Streckstift ester, die notwendig ist, beeinträchtigt wird. mit einem Durchmesser von 4,76 mm, hierauf um

5. Das Mittel soll ein Molekulargewicht von min- eine mit einer Geschwindigkeit von 33,5 m/min umdestens 200 haben. laufende Streckwalze, dann um einen auf 90° C er-

lo hitzten, feststehenden keramischen Streckstift mit

Die Beobachtung der obigen Anhaltspunkte hat einem Durchmesser von 31,75 mm und schließlich

zur Verwendung von hochsiedenden Estern, wie um eine zweite, mit einer Umfangsgeschwindigkeit

Stearinsäurebutylester und Myristinsäureisopropyl- von 100,6 m/min umlaufende Streckwalze geführt

ester, von Polyäthern, wie Poly-(äthylenoxyd)- und dann aufgespult wird.

glykolen mit Molekulargewichten von 400 und 15 Das so erhaltene Fadenbündel wird unter dem Mi-600, Poly-(äthylenoxyd)-glykol-400-monolaurat, von kroskop bei 200facher Vergrößerung untersucht, wo-Mischpolymerisaten aus Äthylenoxyd und Propylen- bei festgestellt wird, daß die Fäden eine glatte Oberoxyd mit regelloser Verteilung der Monomereinhei- fläche ohne eine nennenswerte Anzahl von Höckern ten und von Kohlenwasserstoffen mit hohem Mole- oder Knoten aufweisen. Es werden keine Hohlräume kulargewicht, wie Eicosan, geführt. 20 oder Blasen beobachtet. Doppelbrechungsbestim-Bei der Vorreckung werden die Fäden Vorzugs- mungen zeigen eine gleichmäßige Molekülorientieweise auf das etwa 1,01- bis 1,1 fache ihrer ungereck- rung über die ganze Länge des Fadens hinweg, ten Länge verstreckt. Bei geringeren Verstreckungs- Das Fadenbündel wird mit dem Elektronenmikrograden bilden sich nicht genügend Rippen in dem skop nach dem üblichen Abdruckverfahren unterEndprodukt aus, um eine genügende Verminderung 25 sucht. Hierbei zeigt sich, daß die Fäden durch in reder Reibung zu erzielen. Ein zu hohes Reckverhält- gellosen Abständen verteilte Umfangsrippen gekennnis andererseits führt zu einer bedeutenden Anzahl zeichnet sind, die mit einer mittleren Häufigkeit von von Ungleichmäßigkeiten im Titer, Knoten und gro- etwa 60 Rippen je mm längs des Fadens auftreten, ßen Höckern, die den Charakter der Fäden so weit Die mittlere Höhe der Rippen über der Fadenoberändern, daß sie in ihren mechanischen Eigenschaften 30 fläche beträgt etwa 0,09 μ. Der Fadendurchmesser nicht mehr als gleichwertig mit den aus der Schmelze beträgt etwa 14 μ. Die Messung des hydrodynamiersponnenen Fäden mit glatter Oberfläche angesehen sehen Reibungskoeffizienten des Garns ergibt einen werden können. Die Vorreckung kann bei Raumtem- Wert von etwa 0,43 (bestimmt mit einem polierten peratur oder bei Temperaturen bis etwa 80° C Dorn aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser durchgeführt werden. Oberhalb dieser Temperatur 35 von 12,7 mm, der mit einer Geschwindigkeit von bilden sich die erforderlichen Oberflächenrisse nicht. 1646 m/min umläuft). Dieser Wert ist wesentlich geTemperaturen unterhalb Raumtemperatur sind eben- ringer als der Wert von 0,74 für ein ähnliches Fadenfalls zufriedenstellend. bündel, das in der gleichen Weise verstreckt worden Nach der Vorreckung wird der Faden nach Entfer- ist, jedoch unter Fortlassung der Verfahrensstufe, nung des Behandlungsmittels weiter auf mindestens 40 wonach die Fäden mindestens 2 Stunden in Berühdas 1,5fache seiner vorgereckten Länge verstreckt, so rung mit dem Behandlungsmittel gelagert und dann daß sich, wie beim normalen Verstreckungsverfah- geringfügig vorverstreckt werden, ren, ein orientierter Faden mit guten Zugfestigkeits- Das oben beschriebene Verfahren wird unter Vereigenschaften bildet. Bei dieser zweiten Verstreckung Wendung von 15%igen wäßrigen Lösungen oder kann der Einfluß des Behandlungsmittels dadurch 45 Emulsionen der folgenden Behandlungsmittel an aufgehoben werden, daß das Behandlungsmittel .von Stelle des Stearinsäurebutylesters wiederholt, wobei der Oberfläche des Fadens durch Verdampfen, Wa- die folgenden hydrodynamischen Reibungskoeffischen oder Abwischen entfernt wird oder dadurch, zienten gefunden werden: daß die Verstreckung bei einer Temperatur durchge-

führt wird, bei der das Behandlungsmittel nicht mehr 50 dynamischer

aktiv ist, d. h. oberhalb 80° C. Um den Faden in die- Reibungs-

ser zweiten Verfahrensstufe auf das mindestens Behandlungsmittel koeffizient/

l,5fache verstrecken zu können, muß die Orientie- Polyäthylenoxyd

rung des Fadens vor der Vorreckung hinreichend (Molekulargewicht 400) 0,48

niedrig sein. Vorzugsweise ist der ungereckte Faden 55 Polyäthylenoxyd

im wesentlichen unorientiert, d. h., er hat eine Dop- (Molekulargewicht 600) 0,47

pelbrechung von weniger als 10% des möglichen Poly-(äthylenglykol)-monolaurat ... 0,46

Maximums, da hierdurch eine wirksamere Oberflä- Kondensationsprodukt aus 1 Mol

chenmodifizierung erreicht wird. Oleylalkohol und 9 Mol Äthylen-

An Hand der folgenden Beispiele soll die Erfin- 60 oxyd 0,50

dung näher erläutert werden. Mischpolymerisiertes Äthylenglykol/

... _Λ Propylenglykol (mit regelloser Verts e ι s ρ 1 e ι ι teilung der Monomereinheiten) ... 0,49

Polyäthylenterephthalat wird aus der Schmelze zu Eicosan 0,54

einem ungereckten, aus 34 Einzelfäden bestehenden 65 Myristinsäureisopropylester 0,55

Fadenbündel mit einem Gesamttiter von 210 den

versponnen. Nach dem Auftragen einer 15%igen Die niedrigen Werte für den Reibungskoeffizienten

wäßrigen Emulsion von Stearinsäurebutylester wird stimmen gut mit der verminderten Laufspannung und

der verbesserten Verarbeitbarkeit dieser Fadenbündel überein.

Beispiel 2

Ein Mischpolyester aus Polyäthylenterephthalat. der 2 Molprozent Natrium-5-sulfoisophthalsäure enthält, wird ohne Titandioxyd aus der Schmelze zu einem 34fädigen Fadenbündel versponnen, welches in ungerecktem Zustande einen Gesamttiter von 230 den besitzt. Es werden Y-förmige Spinndüsenlöcher verwendet, und die Spinnbedingungen werden so eingestellt, daß das erhaltene Fadenbündel den in Fig.2 der USA.-Patentschrift 2 939 201 dargestellten dreiflügligen Querschnitt besitzt. Beim Spinnen wird Polyäthylenoxyd mit einem Molekulargewicht von 400 als wäßrige Appretur auf das Fadenbündel aufgetragen. Nach dreitägiger Lagerung wird das Fadenbündel bei Raumtemperatur auf das l,06fache seiner ursprünglichen Länge unter Verwendung eines unbeheizten keramischen Streckstiftes gereckt. Anschließend wird das Fadenbündel an einem in ein wäßriges Bad von 90° C eintauchenden Streckstift auf das 2,7fache seiner Länge verstrcekt.

15 Dieses Fadenbündel zeigt eine Festigkeit von 2,75 g/den und eine Bruchdehnung von 25 °/o. Diese Werte sind etwa die gleichen wie diejenigen eines Kontrollgarns, das in der gleichen Weise, jedoch unter Fortlassung der Vorreckung, hergestellt ist.

Unter dem optischen Mikroskop zeigen die Fäden ein glattes Profil ohne sichtbare Hocker oder nennenswerte Änderungen im Fadendurchmesser. Die Fäden besitzen jedoch eine Anzahl von regellos verteilten Quer-»linien«, die unter dem optischen Mikroskop nicht aufgelöst werden und mit einer Häufigkeit von etwa 80 je mm auftreten.

Oberflächenabdrucke von diesen Fäden werden unter dem Elektronenmikroskop untersucht. Ihre Oberfläche kennzeichnet sich durch eine Reihe von in regellosen Abständen verteilten, diskontinuierlichen Umfangsrippen, die mit einer Häufigkeit von etwa 50 Rippen je mm längs der Faser auftreten. Die mittlere Höhe der Rippen über der Fadenoberfläche beträgt etwa 0,12 μ.

Ähnliche Ergebnisse erhält man, wenn man das modifizierte Polyäthylenterephthalat in dem obigen Beispiel durch einen der folgenden Polyester ersetzt:

Poly-(äthylenterephthalat-isophthalat) (Molverhältnis 90:10),

Poly-(äthylenterephthalat-hexahydroterephthalat) (Molverhältnis 90 :10 und 80:20),

Poly-[äthylenterephthalat-5-(natriumsulfo)-isophthalat] (Molverhältnis 96,5:3,5),

Poly-(äthylen-2,6-naphthalindicarboxylat),

Poly-[äthylen-2,6-naphthalindicarboxylat-5-(natriumsulfo)-isophthalat] (Molverhältnis 97:3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung orientierter Polyesterfäden mit niedriger Oberflächenreibung, bei welchem frisch gesponnene, noch unverstreckte Fäden nach Behandlung mit einem auf ihrer Oberfläche Querrisse erzeugenden Mittel zunächst einer geringen Streckung unterworfen und darauf nach Entfernung des Behandlungsmittels fertig verstreckt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungsmittel eine hochmolekulare Flüssigkeit mit einem Molekulargewicht von mindestens 200 verwendet wird und die Fäden vor der ersten Verstreckung mindestens 2 Stunden in Berührung mit dem Behandlungsmittel gelagert werden.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung orientierter Polyesterfäden mit niedriger Oberflächenreibung, bei welchem frisch gesponnene, noch unverstreckte Fäden nach Behandlung mit einem auf ihrer Oberfläche Querrisse erzeugenden Mittel zunächst einer geringen Streckung unterworfen und darauf nach Entfernung des Behandlungsmittels fertig verstreckt werden.

   Ein solches Verfahren ist aus der britischen Patentschrift 917 453 bekannt, wobei die Fäden unmittelbar nach der Behandlung mit einer niedermolekularen Flüssigkeit zunächst einer geringen, zur vollständigen Orientierung nicht ausreichenden Strekkung um das mindestens 1,01 fache unterworfen und dann in einer zweiten Verfahrensstufe weiter verstreckt werden. Dabei entwickeln sich in der ersten Verstreckungsstufe Oberflächenrisse auf den Fäden, die zu kurzen Fadenabschnitten von etwas verringertem Durchmesser ausgezogen werden, während in der zweiten Verstreckungsstufe unter solchen Bedingungen gearbeitet wird, daß sich keine weiteren Risse bilden, sondern die zuvor nicht verstreckten Teile zwischen den aus den Rissen entstandenen verjüngten Fadenabschnitte einen geringeren Durchmesser annehmen als die letzteren, so daß sich an den Stellen, an denen ursprünglich die Risse entstanden waren, Noppen oder Knoten bilden. Als niedermolekulare, Risse erzeugende Behandlungsmittel, können nach den Angaben der Patentschrift z. B. Flüssigkeiten, wie Leuchtöl, Äthanol, Gemische aus Äthanol und Wasser, Perchloräthylen, Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff oder Äthylenglykolmonoäthyläther, verwendet werden. Die sich bei dem bekannten Verfahren ausbildenden Knoten oder Noppen haben einen um 10 bis 150 °/o größeren Durchmesser als die übrigen Fadenabschnitte und stehen in Abständen von 0,4 bis 20 je mm Fadenlänge voneinander. Die der genannten Patentschrift zugrunde liegende Aufgabe ist in erster Linie die Herstellung pigmentlos mattierter Fäden von tieferer Anfärbbarkeit, besserem Griff und besserer Verfilzbarkeit. Eine Verminderung der Oberflächenreibung im Vergleich zu auf herkömmliche Weise verstreckten Polyesterfäden wird zwar in der Patentschrift nicht erwähnt, tritt aber bei dem bekannten Verfahren bis zu einem gewissen Grade ein. Jedoch weisen die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Polyesterfäden sehr starke Schwankungen im Fadendurchmesser sowie innere Hohlräume auf, was ihre Zugfestigkeit beeinträchtigt.

   Da aus 'der Schmelze ersponnene Polyesterfäden eine außerordentlich glatte Oberfläche haben, die zu einer unerwünscht hohen Reibung zwischen den Fäden und den sich an ihnen reibenden Oberflächen führt, die unter anderem die Ursache für hohe Vero zugsspannungen, hohe Spannung in den laufenden Fäden, schlechte Verarbeitbarkeit in Form von Stapelfasern und starken Verschleiß der mit den laufenden Fäden in Berührung kommenden Maschinenteile ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, PoIyesterfäden zur Verfügung zu stellen, die nicht nur eine rauhe Oberfläche und infolgedessen im Vergleich zu glatten Polyesterfäden verbesserte Reibungskennwerte, sondern dabei auch eine ebenso hohe Zugfestigkeit wie glatte Polyesterfäden aufweisen.

   Diese Aufgabe wird bei dem eingangs definierten zweistufigen Verstreckungsverfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Behandlungsmittel eine hochmolekulare Flüssigkeit mit einem Molekulargewicht von mindestens 200 verwendet wird und die Fäden vor der ersten Verstreckung mindestens 2 Stunden in Berührung mit dem Behandlungsmittel gelagert werden.

   Auf diese Weise erhält man orientierte, leicht verarbeitbare Polyesterfäden mit niedriger Oberflächenreibung, deren Oberfläche eine Reihe von in regellosen Abständen verteilten Umfangsrippen von submikroskopischer Größe aufweist, die längs des Fadens mit einer Häufigkeit zwischen 10 und 130 Rippen je mm auftreten, wobei Schwankungen im Durchmesser 5 °/o des Grunddurchmessers des Fadens nicht überschreiten, d. h., daß sie ihrer Länge nach keine nennenswerte Anzahl von merklichen Höckern oder Knötchen aufweisen.

   Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäß hergestellten Polyesterfäden besteht darin, daß sie keine inneren Hohlräume oder Blasen aufweisen und infolgedessen eine ebenso hohe Zugfestigkeit haben wie glatte, nach herkömmlichen Verfahren einstufig' verstreckte Polyesterfäden.

   Die meisten Rippen der erfindungsgemäß hergestellten Fäden beschreiben keinen vollständigen, geschlossenen Kreis um den Umfang des Fadens herum. Im allgemeinen besitzen die Rippen eine solche Länge, daß sie einen Bogen von mindestens 90° und gewöhnlich von mindestens 180° um den Umfang des Fadens beschreiben.

   Im allgemeinen liegt der Winkel zwischen der Fadenachse und einer Ebene, die eine gegebene Rippe enthält, zwischen 70 und 110°.

   Der Ausdruck »submikroskopisch« bedeutet, daß die Höhe der Rippen über der Fadenoberfläche kleiner ist als die theoretische Grenze des Auflösungsvermögens eines gewöhnlichen Mikroskops, die im

   allgemeinen 0,25 μ beträgt. Die Rippen an der Oberfläche der erfindungsgemäß hergestellten Fäden besitzen eine Höhe von nicht mehr als etwa 0,2 μ über der Fadenoberfläche und meist eine Höhe im Bereich von 0,07 bis 0,12 μ.

   Die charakteristischen Rippen der erfindungsgemäß hergestellten Fäden lassen sich am besten mit dem Elektronenmikroskop identifizieren und untersuchen. Diese Untersuchungen zeigen gewöhnlich,