DE1435672A1

DE1435672A1 - Polyolefin-Faeden

Info

Publication number: DE1435672A1
Application number: DE19631435672
Authority: DE
Inventors: Lewis Jun John C; Gilbert Shaw
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-10-19
Filing date: 1963-10-03
Publication date: 1969-04-10
Also published as: GB1030126A; US3121040A; LU44658A1; BE638856A; ES292476A1

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Univer$jtötsj.ttaBe 31

— U35672

Named. Amu. Gilbert

*<£_vv- V* "~ >"" Middlebury, Vermont/USA

Polyolefin-Fäden.

Die Erfindung bezieht sich auf neue Polyolefin-Fäden und betrifft insbesondere Polyolefin-Fäden, deren Fähigkeit, Deformationen zu widerstehen, stark verbessert ist.

Polypropylen-Fäden, wie sie derzeit hergestellt werden, zeigen die Tendenz gewisser Polyolefine in Fadenform, permanente Deformationen zu erleiden, wenn sie deformierenden Kräften unterworfen werden. Solche permanenten Verformungen sind inbesondere dann zu beobachten, wenn Polypropylen-Fäden verwendet werden als Fasern für Bürsten in vielen Arten von Bürsten. Die Kräfte, die bei den Wisch- und Reinigungsaktionen auftreten, bewirken eine bleibende Ablenkung von einzelnen Fasern von der allgemeinen parallelen Richtung der Faseranordnung, der sie angehören, wodurch die Bürstenkonstruktion in zunehmendem Maße an Wert verliert, weil sie unansehnlich wird, aus der Reihe fallende Fasern aufweist und eventuell unwirksam wird, weil diese bleibend verformten, aus der Reihe fallenden Fasern sich querlegen und Vernetzungen bilden.

Der Unterschied zwischen solchen in üblicher Weise hergestellten Polypropylenfasern, die nach einer Deformation keine Erholung zeigen, und den verbesserten Polypropylenfasern der vorliegenden j Erfindung, die nach einer Deformation sich vollständig zu erholen vermögen, soll im folgenden beschrieben werden«

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s 63/1 - ι - ,

Shaw 44 -

Üblicherweise werden extrudierte thermoplastische Einzelfäden, Polyolefine eingeschlossen, einem Orientierungs- oder Verstreckungsvorgang unter kontrollierten Bedingungen unterzogen und anschließend einer Temperung in der Wärme unterworfen, um die optimalen Eigenschaften zu entwickeln. Als Bürstenfasern, bei denen die Erholung nach Deformationen ein besonders bedeutsames Kriterium darstellt, lassen sich,vom Standpunkt der Erholung nach Deformation gesehen, am besten Polyamid-Fäden vom Hexamethylendiaminsebacinsäure-Typus, die nachstehend als 6-10 Nylonfäden bezeichnet sind und die in der beschriebenen Weise hergestellt werden, als synthetische Pasern für Bürsten in der Bürstenindustrie verwenden.

Jedoch werden auch andere synthetische thermoplastische Fäden weitgehend als Fasern für Bürsten verwendet, obwohl sie weniger gut als 6-10 Nylonfäden sind, betrachtet vom Standpunkt der Erholung nach Deformation. Solches weniger gute. Material wird gewöhnlich gewählt, weil es weniger kostspielig ist als 6-10 Nylonfäden oder weil die Anforderungen, die an eine bestimmte Bürste gestellt werden, nicht so sind, daß die hochqualifizierte Formbeständigkeit der 6-10 Nylonfäden erforderlich ist.

Polypropylen stellt eines der billigeren Materialien für Bürstenfasern dar, wie es in einem beträchtlichen Ausmaß verwendet wird, obgleich dessen Erholeigenschaften nach Verformung, so wie das Material heute hergestellt wird, erheblich schlechter sind als die von 6-10 Nylon. Jedoch sind in anderer Hinsieht, beispielsweise bezüglich Abriebfestigkeit, Wärmebeständigkeit und Widerstand gegen Chemikalieneinflüsse, Polypropylen-Fäden direkt vergleichbar den 6-10 Nylonfäden, und sie sind

»08816/017« 'bad oWnal" -

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den 6-10 Nylonfäden erheblich überlegen im Hinblick auf ihre Forrnhaltigkeit, wenn sie Nässe oder hohen Luftfeuchtigkeiten ausgesetzt werden. Es ist daher offensichtlich, daß, da es die vorgehend beschriebenen guten Eigenschaften besitzt, das Polypropylen ein sehr viel bevorzugteres Faden-Material für die Verwendung in Bürsten darstellen würde, wenn Verbesserungen im Verfahren und in der Form erreicht werden könnten, die Polypropylen-Fäden auszustatten vermögen mit Erholungseigenschaften, die direkt vergleichbar sind denen von 6-10 Nylon.

Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden z.T. im nachstehenden beschrieben und z.T. daraus ersichtlich werden, oder sie können erkannt werden bei der Durchführung der Erfindung, wie sie realisiert und erreicht wird mittels der Verfahrensschritte, Methoden, Kompositionen, Kombinationen und Verbesserungen, die in den oeigegebenen Ansprüchen niedergelegt sind.

Die Erfindung bezieht sich auf die neuen Verfahrensschritte, Methoden, Kompositionen, Kombinationen und Verbesserungen, wie sie gezeigt und beschrieben sind.

Die Aufgäbe der vorliegenden Erfindung besteht darin, PolyolefinFäden zu schaffen, die gute Erholungseigenschaften nach Verfor mung aufweisen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, neue Fäden aus Polypropylen, Hochdruck-Polyäthylen und Mischungen dieser Substanzen vorzuschlagen, die nach Deformationen Erholungseigenschaften zeigen, die vergleichbar sind mit denjenigen von 6-10 Nylonfäden. ^ _ ,

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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das neue Verfahren zur Herstellung von Fäden der zuvor beschriebenen Art.

Die ßrfindungsgemäßen Aufgaben werden gelöst durch Verwendung von speziellen nicht üblichen Fäden bestimmter Zusammensetzung in Verbindung mit spezifischer, kontrollierter Faden-Gestalt» Weder die erforderliche Komposition als solche noch die spezifische kontrollierte Fadengestalt allein bringen das gewünschte Ergebnis,,

Die Abänderung der Komposition besteht darin, daß die PolyolefinFäden in nichtverstreckter anstelle von verstreckter Form, wie dies der üblichen Praxis entspricht, hergestellt werden. Dies ist eine radikale Abkehr von der üblichen Technik der Faden-Herstellung.

Die Kontrolle der Gestalt besteht darin, daß die unverstreckten Polyolefin-Fäden mit Querschnitten hergestellt werden, die in Form von miteinander verbundenen Stegen oder in Ringform ausgebildet sind, wobei das Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke bzw. von Radius des Ringes zu dessen Wandstärke in der Größenordnung von wenigstens 4:1 liegt.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1-9 Ansichten von verschiedenen unverstreckten Polyolefin-Fäden, die erfindungsgemäß geformt sind;

Fig. 10 -,13 die Erholungseigenschaften von Fäden, die die gleiche allgemeine Konfiguration, aber verschiedene Verhältnisse von Steglänge zu Stegdicke aufweisen.

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Die Erfindung soll nachstehend im einzelnen anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden. Die Fig. 1-9 veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen von unverstreckten PolyolefinFasern, die einen Querschnitt haben, der aus miteinander verbundenen Stegen oder ringförmigen Wänden besteht, wobei das Verhältnis von Steglänge zu Stegbreite (Fig. 1, 2, 4, 5, 6, 8 und 9) oder Verhältnis von Radius au Wanddicke (Fig. J oder Fig.7) in der Größenordnung von wenigstens 4:1 liegt. Beispielsweise ist in den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 das Verhältnis der Steglänge A zur Stegdicke B, d.h. A/B wenigstens 4, während in Fig. 5 der Radius C zur Dicke der ringförmigen Wand D, d.h. G/D wenigstens 4 ist. Natürlich haben die anderen Ausführungsformen, wie sie in den Fig. 4-9 dargestellt sind, in gleicher Weise ein Verhältnis A/B oder C/D von wenigstens 4. In gleicher Weise fallen Fäden, die ein ähnliches Verhältnis, jedoch eine von denjenigen, wie sie in den Fig. 1-9 veranschaulicht sind, verschiedene Konfiguration aufweisen, in den Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Es soll nun die Fig. 10, d.h. die Fig. 1OA bis 1OF und die Fig. 11, d.h. die Fig. HA bis HD der Zeichnung beschrieben werden. In diesen Figuren werden die Erholungseigenschaften von zwei unverstreckten Polypropylen-Fäden verglichen,, deren jeder einen X-förmigen Querschnitt derart, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, besitzt. Dfcr Faden der F4g, 10 hat jedoch ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke in der Größenordnung von 3:1, das also unterhalb des Verhältnisses liegt, wie es den Vorschriften der vorliegenden Erfindung entspricht; dagegen hat " der Faden der Fig.11 ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke in der Größenordnung von 16:1, also ein Verhältnis, wie es den

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Vorschriften der vorliegenden Erfindung entspricht.

Im einzelnen sei zu der Fig. 10 ausgeführt: Fig. 10Ä ist eine perspektivische Ansicht eines unverstreckten Polyolefin-Einzelfadens 1, der einen X-förmigen Querschnitt- hat und ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke von 3:1 auf v/eist .

Fig. 1OB zeigt den Faden 1, nachdem er mit der Hand in einem Winkel von l80 um sich selbst gebogen worden ist, wie dies mit der Nummer 2 angezeigt ist; der Kniekpunkt des Fadens ist durch die Nummer 3 gekennzeichnet.

Fig. IOC zeigt verschiedene Positionen des Fadens, wie er aus seiner umgebogenen Position in seine normale Lage zurückkehrt, wenn ein Ende 4 des umgebogenen Fadens losgelassen wird. Wie in Fig. IOC gezeigt, kehrt der Faden 1 nicht in seine ursprüngliche vertikale Lage zurück.

Fig. IOD ist eine Vorderansicht in vergrößerter Ausführung von dem tatsächlich gebogenen Teil der Knickung 3 des Fadens 1, wenn dieser,wie in Fig. 1OB gezeigt, umgebogen wird.

Fig. 1OE ist eine Seitenansicht des tatsächlich umgebogenen Teiles 3 des Fadens, wenn dieser, wie in Fkg. 1OB gezeigt, umgebogen wird.

Fig. 1OF ist ein Schnitt nach F-F der Fig. IOD.

Mit Bezug auf die Fig. 11 wird ausgeführt:

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Fig. HA bis HD zeigen einen umgebogenen unverstreckten PoIyolefin-Einzelfaden 11, der einen X-förmigen Querschnitt hat und ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke von 16:1.

Pig. HA ist eine Vorderansicht des Fadens 11 im um l8o° umgebogenen Zustand, wie dies mit der Zahl 12 angezeigt ist, wobei der tatsächlich umgebogene Teil oder Biegung des Fadens mit der Ziffer IJ gekennzeichnet ist.

Fig. HB zeigt verschiedene Positionen des Fadens 11, während dieser aus seiner umgebogenen Position in seine normale Lage zurückgeht, nachdem ein Ende 14 des gebogenen Fadens freigegeben wurde. Wie in Fig. HB gezeigt, kehrt der Faden in seine ursprüngliche vertikale Lage zurück.

Fig. HC ist eine Seitenansicht des tatsächlich umgebogenen Teiles 13 des Fadens 11.

Fig. HD ist ein Schnitt nach D-D der Fig. HA.

In Fig.,12,"d.h. Fig. 12A bis 12E, und Fig. IJ, d„h. Fig. IJA bis IJD, sind die Erholeigenschaften von zwei nichtverstreckten Polypropylen-Fäden verglichen, deren jeder einen Y-förmigen Querschnitt, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, besitzt. Der Faden 21 der Fig. 12 hat jedoch ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke in der Größenordnung von J,5sIj das also unterhalb des Verhältnisses, wie es erfindungsgemäß vorzusehen ist, ljqgt; dagegen hat der Faden Jl der Fig. IJ ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke in der Größenordnung von 6:1, das also den Vorschriften der vorliegenden Erfindung entspricht,

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_BAD ^,^

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Im einzelnen sei mit Bezug auf die Fig. 12 ausgeführt:

Fig. 12A ist eine perspektivische Ansicht eines nichtverstreckten Polyolefin-Einzelfadens 21, der einen Y-förmigen Querschnitt hat und ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke von 3,5*1 aufweist,

Fig. 12B ist eine Vorderansicht des Fadens 21, nachdem dieser um sich selbst im Winkel von l80° gebogen worden ist, wie dies durch die Ziffer 22 angezeigt wird, wobei der tatsächlich gebogene Teil oder Biegung des Fadens durch die Ziffer 23 bezeichnet ist.

Fig. 12C zeigt den Faden 21 in verschiedenen Stellungen, wie er aus seiner gebogenen Lage in seine normale- Lage zurückkehrt, nachdem ein Ende 24 des umgebogenen Fadens freigegeben worden ist. Wie in Fig. 12C gezeigt, kann der Faden nicht in seine normale vertikale Lage zurückgehen.

Fig. 12D ist eine Seitenansicht des tatsächlich gebogenen Teiles 25 des Fadens.

Fig. 12E ist ein Querschnitt nach E-E der Fig. 12B.

Bezüglich der Fig. 13 sei folgendes ausgeführt:

Fig. 13A bis I3D zeigen einen gebogenen unverstreckten PoIyolefin-Einzelfaden, der einen Y-förmigen Querschnitt hat und ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke von 6:1 aufweist«

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Fig. rjA ist eine Vorderansicht des Fadens j51, der in einem Winkel von l80° umgebogen ist, wie dies .durch die Ziffer 32. angezeigt wird, wobei der tatsächlich gebogene Teil oder die Biegung mit der Ziffer 33 bezeichnet ist.

Fig. Γ5Β zeigt den Faden 31 in verschiedenen Stellungen, während er aus seiner gebogenen Lage in seine normale Lage zurückkehrt, nachdem ein Ende 3^ des umgebogenen Fadens freigegeben worden ist. tfie in Fig. Γ5Β gezeigt, kehrt der Faden in seine ursprüngliche vertikale Lage zurück.

Fig. rjC ist eine Seitenansicht des tatsächlich umgebogenen Teiles des Fadens.

Fig. 15D ist ein Schnitt nach D-D der Fig.

Es wurde gefunden, daß das Minimum des Verhältnisses von Steglänge zu Stegdicke für eine gute Erholung nach der Deformation je nach der Form des Querschnittes des Fadens und des Materials, das in den unverstreckten Fäden verwendet worden ist, variiert. Dies ist in den nachfolgenden Tabellen veranschaulicht. In der folgenden Beschreibung wird Bezug genommen auf Fäden der gleichen allgemeinen Querschnittsform, wie sie bei den in den Fig. 1-6 gezeigten Fäden veranschaulicht ist. Außerdem werden in Tabelle 8 zwei Beispiele von Fäden mit einem festen kreisförmigen Querschnitt gebracht.

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Erholungseigenschaften von unverstreckten Polypropylen-Fäden mit einer Padengestalt, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist.

A	B	Verhältnis A/B	Ausmaß der Erholung
Steglänge	Stegdicke		nach Biegung um 180
		3/1	sehr schlecht
0,094 cm	0,0505 cm	3,3/1	sehr schlecht
0,0508 cm	0,0152 cm	4,5/1	schlecht
0,114 cm	0,0254 cm	5,0/1	schlecht
0,254 cm	0,0508 cm	7,7/1	mäßig
0,O66 cm	0,0203 cm	10,8/1	gut
0,221 cm	0,0203 cm	14,4/1	gut
0,292 cm	0,0203 cm	16,5/1	gut bis sehr gut
0,419 cm	0,0254 cm

Daraus ergibt sich, daß nichtverstreck te Polypropylen-Fäden, die eine wie in Fig. 1 gezeigte Querschnittsform haben, in ihren Erholeigenschaften verbessert sind erst dann, wenn das Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke 5:1 überschreitet und deren optimale Erholungseigenschaften erreicht werden, wenn das Verhältnis 16:1 überschreitet,

Nichtverstreckte Fäden aus Hochdruck-Polyäthylen, die eine wie in Fig. 1 dargestellte Querschnittsform aufweisen, benötigen ein weniger hohes Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke, wenn sie gute Erholeigenschaften zeigen sollen. Dies ist in Tabelle II veranschaulicht .

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Erholeigenschaften von unverstreckten Fäden aus Hochdruck-Polyäthylen, die einen wie in Fig. 1 dargestellten Querschnitt aufweisen.

Steglänge	Stegdicke	Verhältnis A/B	Ausmaß der Erholung
			nach Biegung um I80
0,0508 cm	0,0177 cm	5,0/1	mäßig
0,119 cm	0,0581 cm	5,1/1	sehr mäßig
0,145 cm	0,0556 cm	4,0/1	mäßig
0,142 cm	0,0550 cm	4,5/1	mäßig
0,178 cm	0,0152 cm	11,6/1	sehr gut
0,114 cm	0,0076 cm	15,0/1	sehr gut
0,518 cm	0,0152 cm	21,0/1	sehr gut
0,295 cm	0,Oo76 cm	59,0/1	sehr gut

Anscheinend hat lineares Polyäthylen keine besondere Bedeutung in unverstreckter Form, wie dies aus Tabelle III hervorgeht.

TABELLE III

Erholeigenschaften von nichtverstreckten Fäden aus linearem Polyäthylen, die einen wie in Fig. 1 dargestellten Querschnitt aufweisen.

Steglänge Steckdicke Verhältnis A/B Ausmaß der Erholung_c nach Biegung um I80

0,127 cm 0,0556 cm 5,5/1 nicht gut

0,048 cm 0,0127 cm 5,8/1 nicht gut

0,145 cm 0,0279 cm 5,2/1 nicht gut

Wie erwartet werden konnte, erfordert eine Mischung im Verhältnis 50:50 von nichtverstrecktem Hochdruck-Polyäthylen ein geringeres Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke, um gute Erholeigenschaften zu erbringen, als dies nichtverstrecktes Polypropylen allein erfordert. Dies geht aus Tabelle IV hervor.

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TABELLE IV

Erholeigenschaften von unverstreckten Fäden aus einer Mischung von 50:50 Hochdruck-Polyäthylen und Polypropylen mit einer wie in Figo 1 gezeigten Form

A B

Steglänge Stegdicke Verhältnis A/B Ausmaß der Erhiung ___ . nach Biegung um I80

0,099 cm 0,033 cm 3,0/1 schlecht

0,107 cm 0,030 cm 3,5/1 schlecht

0,119 cm 0,030 cm 3,9/1 mäßig gut

Unverstreckte Polypropylen-Einzelfäden, die einen Querschnitt,wie in Fig. 2 dargestellt, besitzen, erfordern ein geringeres Verhältais von Steglänge zu Stegdioke, um gute Erholeigenschaften zu zeigen, als dies nichtverstreckte Polypropylen-Einzelfäden erfordern, die einen wie in Fig·. I gezeigten Querschnitt aufweisen. Dies geht aus Tabelle V hervor.

	cm	B	cm	Verhältnis	A/B Ausmaß der Erholung nach Biegung um l80°
	cm		cm	2,6/1	nicht gut
	cm	Stegdicke	cm	3,5/1	nicht gut
	cm	0,0305	cm	4,0/1	schlecht
TABELLE V	cm	0,0508	cm	3,8/1-	schlecht
	cm	0,0432	cm	5,8/1	gut
Erholeigenschaften von unverstreckten Polypropylen-Fäden, die einen wie in Fig. 2 gezeigten Querschnitt aufweisen.	cm	0,0356	cm	5,9/1	sehr gut
A	0,0305		6,3/1	sehr gut
	0,0457
Steglänge	0,0508
0,081
0,178
0,173
0,137
0,178
0,270
0,318

Die Erholeigenschaften von hohlen unverstreckten Polypropylen-Einzelfäden, die einen kreisförmigen Querschnitt haben, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, sind in Tabelle VI veranschaulicht.

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TABELLE VI j%

Erholung von hohlen unverstreckten Polypropylen-Einzelfäden, die einen wie in Fig. 3 gezeigten Querschnitt haben„

AB

4,	Vl	gut	- sehr	gut
8,	0/1	sehr	gut
9,	0/1	sehr	gut

Radius Warmicke Verhältnis A/B Ausmaß der Erholung

nach Biegung um l80°

0,056 cm 0,0127 cm 0,06l cm 0,0076 cm 0,069 cm 0,0076 cm

Die Tabelle VI ist ergänzt durch die Tabelle VII, in der die Erholeigenschaften von hohlen nichtverstreckten Fäden mit einem wie in Fig. 3 gezeigten Querschnitt aus einer Mischung aus 80J0 Polypropylen und 20 % Hochdruck-Polyäthylen aufgezeigt sind.

TABELLE VII

Erholeigenschaften von Fäden mit einer wie in Fig. 3 gezeigten Querschnittsform, bestehend aus einer Mischung von 80$ Polypropylen und 20 % Polyäthylen (Hochdruck).

A	cm cm cm cm	B	Verhältnis A/B	-
Radius	Wanddicke	3,2/1 3,4/1 4,6/1 5,6/1	Ausmaß der Erholung nach Biegung um I80
0,0655 0,0508 0,0584 0,0864	0,020 cm 0,015 cm 0,013 cm 0,015 cm	mäßig mäßig - gut gut sehr gut

Unterschiedliche Erholeigenschaften für verschiedene Formen von unverstrecktem Polypropylen sind in der Tabelle VIII aufgezeigt.

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TABELLE VIII

Erholeigenschaften von nichtverstrecktem Polypropylen mit verschie ienera Querschnitt.

Querschnittsform

Fig. 5
Fig. 5
Pig. 6
Pig. β
Pig. 6
Pig. 4
fest

Steglänge Stegdicke

0,190 cm 0,550 cm 0,152 cm 0,270 cm 0,518 cm 0,l40 cm Radius

kreisförmig 0,0686 cm

kreisförmig 0,0581 cm

0,0254 cm 0,0254 cm 0,0508 cm 0,0457 cm 0,0508 cm 0,0550 cm

Verhältnis
A/B

7,5/1

15,0/1

5,0/1

5,9/1 6,5/1 4,2/1

Ausmaß der Erholuni nach Biegung um ISO

schlecht mäßig - gut mäßig
gut

gut - sehr gut gut - sehr gut

nicht gut nicht gut

Es wurde gezeigt, daß verschiedene unverstreckte Polyolefin-Fäden, deren Querschnitt die Form von miteinander verbundenen Stegen auf-

en
weist, steigende Erholungstendenz nach Deformation zeigt, wenn das Verhältnis von Steglänge zu der entsprechenden -dicke ansteigt.
Es wurde weiterhin gezeigt, daß die Formen mit kreisförmigen Wänden eine ähnliche steigende Tendenz hinsichtlich Erholung nach Deformation aufweisen, wenn das Verhältnis des Radius zur Dicke der
ringförmigen Wände ansteigt.

Dies gilt nicht für verstreckte Polypropylene von stegartigeh Formen oder für hohle verstreckte Polypropylene, die die Form von
ringförmigen Wänden haben. .

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Beispielsweise ist ein verstrecktes Polypropylen, das ähnlich wie in Fig. 1 dargestellt geformt ist, vom Standpunkt der Erholeigenschaften keineswegs gut« Ferner spalten sich die verstreckten Stege voneinander, wenn das Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke 3:1 übersteigt und wenn die verstreckten Fäden um l80° gebogen werden. Solches Spalten der Stege und extrem schlechte Erholung wurden auch offensichtlich bei verstreckten Fäden, wenn diese Formen hatten, wie sie in den Fig. 2 und 4 gezeigt sind, sofern diese in verstreckter Form hergestellt waren und Verhältnisse von Steglänge zu Stegdicke von 8:1 bzw. 18:1 aufwiesen. Das Abspalten der Stege und schlechte Erholeigenschaften wurden auch beobachtet bei Fäden aus einer Mischung von verstrecktemHochdruck-Polyäthylen und Polypropylen im Verhältnis 50;50, die wie in den Fig. 1, 2 und 4 gezeigt geformt waren und Verhältnisse von Steglänge zu Stegdicke von 5:1 hatten,nachdem diese gebogen worden waren. Hohle verstreckte Polypropylene, die eine wie in Fig. j5 gezeigte Form aufwiesen und ein Verhältnis von Radius zu Wandstärke von l8:l hatten, spalteten eberfalls und erholten sich nicht, nachdem sie um l80° gebogen worden waren.

Es wurde gezeigt, daß nichtverstreckte Fäden, die aus linearem Polyäthylen hergestellt waren und wie in Fig. 1 gezeigte Formen aufwiesen, nur einen geringen Wert vom Standpunkt der Erholeigenschaften aus aufwiesen. Dies gilt ebenfalls für verstreckte lineare Polyäthylene, seien sie nun in Stegform oder in Ringform ausgebildet.

Jedoch zeigt verstrecktes Hochdruck-Äthylen in verstreckter Form verbesserte Erholeigenschaften dann, wenn das Verhältnis

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von Steglänge zu Stegdieke ansteigt. So verbessern sich Fäden, " die die in Fig. 1 gezeigte Form haben von schlecht über gut bis sehr gut zu sehr gut hinsichtlich ihrer Erholeigenschaften, wenn das Verhältnis von Steglänge zu Stegdieke von 2:1 über 4,5:1 bis 7,9*1 ansteigt. Solche verstreckten Fäden sind bereits bekanntgeworden in dem Shaw-Patent USA Nr. 2,657,895, und diese bilden" daher nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die sich ausschließlich auf unverstreckte Fäden bezieht. ■

Anhand der in den Tabelle I bis VIII aufgezeigten Versuche kann festgestellt werden, daß nur wenige seltenste Kombination«! von mit Stegen versehenen oder kreisförmigen unverstreckten Polyölefin-Fäden, die Verhältnisse von Steglänge zu Stegdieke bzw. von Radius zur Stärke der ringförmigen Viand von so wenig "wie 4:1 aufweisen, gute Erholeigenschaften nach Deformationen zeigen. Darüber hinaus besitzen eine große Zahl von Kombinationen von unverstreckten Polyolefin-Formen mit Verhältnissen von Steglänge zu Stegdieke bzw. Radius zur Dicke der ringförmigen Wand von größer als 4:1 gute Erholeigenschaften nach Deformationen» Mit Stegen versehene nichtverstreckte Folyolefin-Fäden mit Verhältnissen von Steglänge zu Stegdieke oder ringförmige unverstreckte Fäden mit Verhältnissen von Radius zu Stärke der ringförmigen Viand mit größer als 4:1 sind daher als die mit der vorliegenden

geschützten , .
Erfindung Produkte anzusehen.

Wenn auch die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeine theoretische Überlegung begrenzt werden soll, so erscheint es dennoch wünschenswert, eine mögliche Erklärung dafür zu geben, daß gewisse unverstreckte Polyäthylenformen mit Verhältnissen

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von Steglänge zu Stegdicke unter 4:1 oder ringförmige unverstreckte Polyolefin-Fäden mit Verhältnissen von Radius zu Wanddicke unter 4:1 weniger gute Erholeigenschaften zeigen als ähnliche Formen, deren entsprechende Verhältnisse größer sind als 4:1. Es wird Bezug genommen auf die Fig. 10 -13.

Wenn unverstreckte Polyolefin-Fäden mit Verhältnissen unter 4:1 umgebogen werden, wie in Fig. 10 und 12, so werden die Stege oder Wände nicht mit einem scharfen Knick eingedrückt. In Fig. 10 sind die Moleküle bei 50 beträchtlich mehr gestreckt als diejenigen bei 51 (Vgl. Fig. IOD bis 10F) infolge des größeren Biegungsradius bei 50. Bei 50 erfolgt eine Verstreckung und die Fäden werden dann permanent verformt. In ähnlicher V/eise werden in Fig. 12 die Moleküle bei 60 erheblich mehr gestreckt als die Moleküle bei 6l, wodurch eine bleibende Verformung resultiert (vgl. Fig. 12B, 12D und 12E).

Wenn das Verhältnis von Länge zu Dicke 4:1 übersteigt, wie dies in den Fig. 11 und 13 der Fall ist, so werden die einzelnen Stege oder Wände in scharfe Knickungen gefalten, bei denen die Moleküle mit dem größten Biegungsradius nicht einer erheblich größeren Verstreckung oder Orientierung als solche mit dem minimalen Biegungsradius ausgesetzt sind. Die Lage von solchen Molekülen mit maximalem und minimalem Biegungsradius ist bei 70 und 71 in den Fig. HA, HC und HD sowie bei 80 und 8l in den Fig. IJA, 13C und IJD gezeigt.

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Aus dem vorstehenden läßt sich erklären, warum unverstreckte PoIyolefin-Fäden mit Verhältnissen von mehr als 4:1 in ihre Position, die sie vor der Deformation eingenommen hatten, zurückfedern, wenn die deformierende Kraft nachläßt. Ein schnelles Zurückfedern tritt ein, weil Energie gespeichert ist in den Stegfaltungen, die diese hohen Verhältniszahlen ergeben, in der gleichen Art, wie Energie in Federn gespeichert ist. Beispielsweise haben die Stege 82 und 83 in Fig. 13D das Bestreben, in eine Lage zueinander zurückzukehren, wie sie die Stege 84 und 85 in Fig. 2 zeigen, oder in ihre Lage vor der Deformation. Der Steg 80 in Fig. 15D hat das Bestreben, in die entsprechende Lage des Steges 86 zu den Stegen und 85, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, zurückzukehren. Gleichgültig, wie komplex die Form auch sein mag, die einzelnen gefalteten Stege haben die Tendenz, in eine solche Lage zurückzukehren, daß der Fadenquerschnitt in seinem ursprünglichen Profil wieder hergestellt ist.

Die Bestätigung dafür, daß unverstreckte Polyolefin-Fäden, die ein Verhältnis von größer als 4:1 aufweisen, in der beschriebenen Art in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, erhält man, wenn man den Faden der Fig. 5 um l80° biegt und den Steg 90 deformiert. Man erhält an der Biegungsstelle einen Querschnitt, der im großen und ganzen ähnlich ist dem Querschnitt, wieer in Fig. IJD gezeigt ist. Wenn nach vollständiger Biegung der Steg 90 an der Biegungsstelle abgeschnitten wird und dessen federartige Wirkung aufgehoben wird, so zeigen die Stege 9I und 92 (Fig. 5) alleine sehr schlechte Erholeigenschaften. Es ist möglich, unverstreckte Polyolefin-Fäden mit starken Erholeigenschaften zu schaffen, die ein hohes Maß an gleichförmig ausgerichteter Deformation und Erholung zeigen, wenn sie diskontinuierlichen äußeren Spannungen

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ausgesetzt werden. Wenn z.B. die Stege 100, 101, 102 und der Fig. 1 alle ein Verhältnis größer als 4:1 haben, jedoch die Stege 100 und 101 eine Dicke haben, die das mehrfache der Stege 102 und IO5 ausmacht, so wird die Form vorzugsweise gebogen in einer Linie, wie sie durch M-M der Fig. 1 angezeigt ist. In ähnlicher Weise wird, wenn die miteinander verbundene Stegform der Fig. 9 Stege mit Verhältnissen größer als 4:1 hat, jedoch die Stege 110, 111, 112 und lljj die mehrfache Dicke der Stege 114, 115, H6 und 117 aufweisen, die miteinander verbundene Form vorzugsweise sich deformieren und erholen in den Richtungen, wie sie in Fig. 9 bei N angezeigt sind, und weniger leicht, wie sie bei 0 angezeigt sind.

Es ist daraus ersichtlich, daß durch Abänderung der Dicke der einzelnen Stege im Verhältnis zueinander Fäden erhalten werden können, die eine starke in einer Richtung ausgerichtete Erholfähigkeit besitzen. Andere besondere Effekte können erhalten werden durch Veränderung der Dicke oder Konfiguration eines einzelnen Steges oder mehrerer Stege, jedoch nur so weit, daß die Steglänge zur maximalen Stegdicke in einem Verhältnis von wenigstens 4:1 gehalten wird, wie es den Vorschriften der vorliegenden Erfindung entspricht.

Alle extrudierten Teile enthalten Spannungen. Da Polyolefine direkt in Wasser extrudiert werden, sind jegliche Spannungskräfte, die in den mit Stegen versehenen oder ringförmigen Formen vorhanden sind, bei Temperaturen entstanden, bei denen

die Polyolefinformen aus der Extruder-Form ausgetreten sind. Solche Spannungen sollten nicht als eine Art der Orientierung ·

gedeutet werden. Sie können zum größten Teil behoben werden

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durch Tempern bei erhöhten Temperature^und viele der mit Stegen . versehenen oder ringförmigen extrudierten Formen, die im vorstehenden be'sprochen sind, wurden, sofern sie aus Polypropylen bestanden, bei etwa 149° C, und, sofern sie aus Hochdruck-Polyäthylen bestanden, bei etwa 100° C getempert. Durch dieses Tempern erreicht man zusätzlich den Vorteil, daß vollständig gerichtete Fäden entstehen.

Die Formen, wie sie in den verschiedenen Figuren gezeigt sind, wurden idealisiert dargestellt. Praktisch fallen die Verknotungspunkte einer Anzahl von Stegen leicht dicker aus als die Stege, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind. Ferner verjüngen sich die Stege gewöhnlich leicht in Richtung ihrer äußeren Kanten. In jedem Falle wurden die Dicken, Längen, Radii und Stärken der ringförmigen Wände vermittels direkter Mikrometermessungen bestimmt.

Die unverstreckten Fäden gemäß der vorliegenden Erfindung können einen Gesamt-Querschnitt in der Größenordnung bis zu etwa 2,54 cm haben. Eine bevorzugte Faden-Abmessung ist diejenige, in der der Gesamt-Querschnitt einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,0254 - 1,016 cm hat.

Es sollte beachtet werden, daß, obwohl in der vorliegenden Be- * Schreibung durchgehend die Bezeichnungen "unverstrecktes Polypropylen, unverstrecktes Hochdruck-Polyäthylen, " usw. verwendet wurden, die Fäden für praktische Zwecke unterschiedliche Mengen an Farbstoffen, Streckmitteln, Weichmachern usw. enthalten können, wie sie üblicherweise zu>m Verarbeiten der Massen vorgeschrieben sind.

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Die im vorstehenden verwendeten Bezeichnungen "Polypropylen" und "Hochdruck-Polyäthylen" umfassen gleichwertige Polyolefin-Fäden, die sowohl aus Polymeren als auch aus Copolymeren gebildet sein können und die gute Erholeigenschaften aufweisen, wenn sie nach den Vorschriften der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.

Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf die spezifischen Verfahrensschritte, Methoden, Kompositionen, Kombinationen und Verbesserungen, wie sie beschrieben sind; vielmehr können davon im Rahmen der anhängenden Patentansprüche Abweichungen vorgenommen werden, ohne daß von den Grundsätzen der Erfindung abgewichen wird und ohne daß man der damit erreichten Vorteile verlustig geht.

Patentansprüche

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Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitatsstraße

_ Aktenzeichen

2.10.19β;5 CS- _Named._Anm. Gilbert Shaw

Patentansprüche

1. Polyolefin-Fäden aus Polypropylen, Hochdruck-Polyäthylen oder Mischungen dieser«, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden unverstreckt sind und einen Querschnitt haben, der in Form von miteinander verbundenen Stegen und/oder in Ringform ausgebildet ist, wobei das Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke bzw. von Radius des Ringes zu dessen Wandstärke wenigstens etwa 4-il beträgt.

2. Fäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden bei erhöhter Temperatur zwecks Behebung von beim Spritzgießen aufgetretenen Verformungen und Erzeugung von gerichteten Produkten getempert werden.

5. Fäden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der^Querschnitt insgesamt etwa einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,0254 bis l,01'6 cm hat.

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