DE1435672C - Verwendung von Polyolefinfaden zu Borsten fur Bürsten od dgl - Google Patents

Description

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Es ist bekannt, Polyolefinfäden wie auch Polyamidfäden zur Herstellung von Borsten für Bürsten od. dgl. zu verwenden. Polyamidfäden auf der Basis von Hexamethylendiamin -F Sebacinsäure so wie Polypropylenfäden haben gleich gute Eigenschaften, was Abriebfestigkeit, Wärme- und Chemikalienbeständigkeit angeht; Polypropylenfäden sind dagegen wesentlich formbeständiger, wenn sie Nässe und Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind, während die genannten Polyamidfäden wiederum den Vorteil aufweisen, auch im unverstreckten Zustand formbeständig zu sein, soweit sie nicht unter .'dem Einfluß von Nässe und Luftfeuchtigkeit stehen. Bezüglich der Brauchbarkeit sind demnach verstreckte Polypropylenfaden, was ihre Verwendung als Borsten für Bürsten angeht, den unverstreckten Polyamidfäden wesentlich überlegen.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, der es ermöglicht, von den guten Eigenschaften von Polyolefinfäden als Borsten Gebrauch zu machen, ohne daß eine Verstreckung der Fäden zur Verbesserung der Formbeständigkeit erforderlich ist. Die Lösung dieser Aufgabe liegt in der Verwendung von Polyolefinfäden, insbesondere aus Polypropylen, Hochdruckpolyäthylen oder Mischungen dieser mit einem Querschnitt, 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 4:1 beträgt, im unverstreckten Zustand zu Borsten für Bürsten od. dgl.

Aus der Patentschrift 11 746 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berliri, d.en schweizerischen Patentschriften 356 866 und 341 267 sowie der Zeitschrift »Faserforschung und" Textiltechnik«, 1958, Heft 10, S. 405 bis 416, sind stern- und ringförmige Fadenquerschnitte von synthetischen linearen Hochpolymeren, wie Polyamiden, Polyestern und Polyurethanen bekannt, wobei das Verhältnis von Steglänge zu Stegbreite größer als 2 ausgeführt ist. Vorliegender Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die oben beschriebenen Fäden auch im unverstreckten Zustand für Borsten od. dgl. brauchbar sind.

Nach einer Ausführung der Erfindung erfolgt die Herstellung von Polyolefinfäden in der Weise, daß die Fäden zur. Beseitigung von beim Auspressen aus der Düse aufgetretenen Spannungszuständen bei erhöhter Temperatur getempert werden.

Die für die Zwecke der Erfindung verwendeten Fäden haben vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 0,0254 bis 1,016 cm.

Die Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

F i g. 1 bis 9 Ansichten von verschiedenen Querschnitten unverstreckter Polyolefinfäden, die erfindungsgemäß geformt sind,·

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

Die Erfindung soll nachstehend im einzelnen an Hand der Zeichnungen näher beschrieben werden. Die F i g. 1 bis 9 veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen von unverstreckten Polyolefin-Fasern, die einen Querschnitt haben, der aus miteinander verbundenen Stegen oder ringsförmigen Wänden besteht, wobei das Verhältnis von Steglänge zu /* Stegbreite (F i g. 1,2,4, 5, 6, 8 und 9) oder Verhältnis von Radius zu Wanddicke (F i g. 3 oder 7) in der Größenordnung von wenigstens 4: 1 liegt. Beispielsweise ist in den Ausführungsformen der F i g. 1 und 2 das Verhältnis der Steglänge A zur Stegdicke B, d. h. A/B wenigstens 4, während in F i g. 3 der Radius C zur Dicke der ringförmigen Wand D, d. h. C/D wenigstens 4 ist. Natürlich haben die anderen Ausführungsformen, wie sie in den F i g. 4 bis 9 dargestellt sind, in gleicher Weise ein Verhältnis A/B oder C/D von wenigstens 4.. Ein ähnliches Verhältnis müssen Fäden haben, die eine von den F i g. 1 bis 9 verschiedene Konfiguration aufweisen.

Es sollen nun die Fig. 1OA bis 1OF und die Fig. llAbisllD der Zeichnung beschrieben werden. In diesen Figuren werden die Erholungseigenschaften von zwei unverstreckten Polypropylen-Fäden verglichen, deren jeder einen X-förmigen Querschnitt, wie er in Fi g.₍ 1 dargestellt ist, besitzt. Der Faden der Fig. 1OA bis 1OF hat jedoch ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke in der Größenordnung von 3:1, das also unterhalb des Verhältnisses liegt, C wie es der vorliegenden Erfindung entspricht; dagegen hat der Faden der F i g. 11A bis 11D ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke in der Größenordnung von 16 : 1, also ein Verhältnis, wie es der vorliegenden Erfindung entspricht.

F i g. 1OB zeigt den Faden 1, nachdem er mit der Hand in einem Winkel von 180° um sich selbst gebogen worden ist, wie dies mit der Nummer 2 angezeigt ist; der Knickpunkt 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 F i g. 1OB gezeigt, umgebogen wird.

F i g. 1OF ist ein Schnitt F-F der F i g. IOD. Fig. HA ist eine Vorderansicht des Fadens 11 im um 180° umgebogenen Zustand, wie dies mit der Zahl 12 angezeigt ist, wobei der tatsächlich umgebogene Teil oder die Biegung des Fadens mit der Ziffer 13 gekennzeichnet ist.

Fig. 11B 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. 11B gezeigt, kehrt der Faden in seine ursprüngliche vertikale Lage zurück.

Fig. HC ist eine Seitenansicht des tatsächlich umgebogenen Teiles 13 des Fadens 11. F i g. 11D ist ein Schnitt D-D der F i g. 11A.

In Fig. 12A bis 12E und Fig. 13A bis 13D sind die Erholeigenschaften von zwei nichtverstreckten Polypropylen-Fäden verglichen, deren jeder einen Y-förmigen Querschnitt, wie er in F i g. 2 gezeigt ist, besitzt. Der Faden 21 der Fig. 12 A bis 12 E hat jedoch ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke in der Größenordnung von 3,5 :1, das also unterhalb des Verhältnisses, wie es erfindungsgemäß vorzusehen ist, liegt; dagegen hat der Faden 31 der F i g. 13 A bis 13 D ein Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke in der Größenordnung von 6:1, das also den Vorschriften der vorliegenden Erfindung entspricht.

Fig. 12 B ist. eine Vorderansicht des Fadens 21, nachdem dieser um sich selbst im Winkel von 180° 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, geht der Faden nicht in seine normale vertikale Lage zurück.

Fig. 12D ist eine Seitenansicht des tatsächlich gebogenen Teils 23 des Fadens.

Fig. 12 E ist ein Querschnitt E-E der F i g. 12 B. Fig. 13 A ist eine Vorderansicht des Fadens 31, der in einem Winkel von 180° 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. 13 B zeigt den Faden 31 in verschiedenen Stellungen, während er aus seiner gebogenen Lage in seine normale Lage zurückkehrt, nachdem ein Ende 34 des umgebogenen Fadens freigegeben worden ist. Wie in F i g. 13 B gezeigt, kehrt der Faden in seine ursprüngliche vertikale Lage zurück.

Fig. 13C ist eine Seitenansicht des tatsächlich umgebogenen Teils des Fadens.

F i g. 13 D ist ein Schnitt D-D der F i g. 13 A. 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 bis 6 gezeigten Fäden veranschaulicht ist. Außerdem werden in Tabelle VI zwei Beispiele von Fäden mit einem festen kreisförmigen Querschnitt gebracht.

Tabelle I

Erholungseigenschaften von unverstreckten
Polypropylen-Fäden mit einer Fadengestalt, wie
sie in F i g. 1 veranschaulicht ist

A	B	Verhältnis A/B	Ausmaß der Erholung nach Biegung um 180°
Steglänge cm	Stegdicke cm	3/1	sehr schlecht
0,094	0,0305	3,3/1	sehr schlecht
0,0508	0,0152	• 4,5/1	schlecht &
0,114	0,0254	5,0/1	schlecht
0,254	0,0508	7,7/1	mäßig
0,066	0,0203	10,8/1	gut
0,221	0,0203	14,4/1	gut
0,292	0,0203	16,5/1	gut bis sehr gut
0,419	0,0254

Daraus ergibt sich, daß nichtverstreckte Polypropylen-Fäden, die eine wie in F i g. 1 gezeigte Querschnittsform haben, in ihren Erholeigenschaften erst dann verbessert sind, 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 F i g. 1 dargestellte Querschnittsform aufweisen, benötigen ein weniger hohes Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke, wenn sie gute Erholungseigenschaften zeigen 'sollen. Dies ist in Tabelle II veranschaulicht.

Tabelle II

Erholungseigenschaften von unverstreckten Fäden

aus Hochdruck-Polyäthylen, die einen wie in

F i g. 1 dargestellten Querschnitt aufweisen

A	B	Verhältnis A/B	Ausmaß der Erholung nach Biegung um 180°
Steglänge cm	Stegdicke cm	3,0/1	mäßig
0,0508	0,0177	3,1/1	sehr mäßig
0,119	0,0381	4,0/1	mäßig
0,145	0,0356	4,3/1	mäßig
0,142	0,0330	11,6/1	sehr gut
0,178	0,0152	15,0/1	sehr gut
0,114	0,0076	21,0/1	sehr gut
0,318	0,0152	39,0/1	sehr gut
0,295	0,0076

Unverstreckte Polypropylen-Einzelfäden, die einen Querschnitt, wie in F i g. 2 dargestellt, besitzen, erfordern ein geringeres Verhältnis von Steglänge zu Stegdicke, um gute Erholungseigenschaften zu zeigen, als dies nichtverstreckte Polypropylen-Einzelfäden erfordern, die einen wie in F i g. 1 gezeigten Querschnitt aufweisen. Dies geht aus Tabelle III hervor.

	1	435 672	6
5			Tabelle VI
Tabelle III

Erholungseigenschaften von unverstreckten Polypropylen-Fäden, die einen wie in F i g. 2 gezeigten Querschnitt aufweisen

A	B	Verhältnis A/B	Ausmaß der Erholung nach Biegung um 180"
Steglänge cm	Stegdicke cm	2,6/1	nicht gut
0,081	0,0305	3,5/1	nicht gut
0,178	0,0508	4,0/1	schlecht
0,173	0,0432	3,8/1	schlecht
0,137	0,0356	5,8/1	gut
0,178	0,0305	5,9/1	sehr gut
0,270	0,0457	6,3/1	sehr gut
0,318	0,0508

Die Erholungseigenschaften von hohlen, unverstreckten Polypropylen-Einzelfäden, die einen kreisförmigen Querschnitt haben, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist, sind in Tabelle IV veranschaulicht.

Tabelle IV

Erholung von hohlen unverstreckten Polypropylen-Einzelfäden, die einen wie in F i g. 3 gezeigten Querschnitt haben

C Radius cm	D Wanddicke cm	Verhältnis C/D	Ausmaß der Erholung nach Biegung um 180°
0,056 0,061 0,069	0,0127 0,0076 0,0076	4,4/1 8,0/1 9,0/1	gut bis sehr gut sehr gut sehr gut

Die Tabelle IV ist ergänzt durch die Tabelle V, in der die Erholungseigenschaften von hohlen, nichtverstreckten Fäden mit einem wie in F i g. 3 gezeigten Querschnitt aus einer Mischung aus 80% Polypropylen und 20% Hochdruck-Polyäthylen aufgezeigt sind.

Tabelle V

Erholungseigenschaften von Fäden mit einer wie in F i g. 3 gezeigten Querschnittsform, bestehend aus einer Mischung von 80% Polypropylen und 20%

Polyäthylen (Hochdruck)

Erholeigenschaften von nichtverstrecktem Polypropylen mit verschiedenem Querschnitt

Quer schnitts-	in	Fig. 5	A Steg	B Stegdicke	Verhältnis	Ausmaß der Erholung
form	Fig. 5	länge cm	cm	A/B	nach Biegung um 180°
Fig. 6
•5 F i g. 6	0,190	0,0254	7,5/1	schlecht
Fig. 6	0,330	0,0254	13,0/1	mäßig bis gut
Fig. 4	0,152	0,0508	3,0/1	mäßig
0,270	0,0457	5,9/1	gut w
0,318	0,0508	6,3/1	gut bis sehr gut
0,140	0,0330	4,2/1	gut bis sehr gut

A Radius cm	B Wanddicke cm	Verhältnis A/B	Ausmaß der Erholung nach Biegung um 180°
0,0635 0,0508 0,0584 0,0864	0,020 0,015 0,013 0,015	3,2/1 3,4/1 4,6/1 5,6/1	mäßig ' mäßig bis gut gut sehr gut

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

Es wurde gezeigt, daß verschiedene unverstreckte Polyolefin-Fäden, deren Querschnitt die Form von miteinander verbundenen Stegen aufweist, steigende Erholungstendenz nach Deformation zeigten, 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 Polypropylen-Fäden mit stegartigen Formen oder für hohle verstreckte' Polypropylen-Fäden, die die Form von ringförmigen Wänden haben.
Nichtverstreckte Fäden, die aus linearem PoIyäthylen hergestellt sind und wie in F i g. 1 gezeigte Formen aufweisen, zeigen geringe Erholeigenschaften. Dies gilt ebenfalls für verstreckte lineare Polyäthylene, seien sie nun in Stegform oder in Ringform ausgebildet.

An Hand der in den Tabellen I bis VI aufgezeigten Versuche kann festgestellt werden, daß eine große Zahl von Kombinationen von unverstreckten PoIyolefin-Formen mit Verhältnissen von Steglänge zu Stegdicke bzw. Radius zur Dicke der ringförmigen Wand von größer als 4:1 gute Erholeigenschaften nach Deformationen besitzen.

Die Bestätigung dafür, daß unverstreckte Polyolefin-Fäden, die ein Verhältnis von größer als 4: 1 aufweisen, in der beschriebenen Art in ihre ursprüngliehe Form zurückkehren, erhält man, wenn man den Faden der F i g. 5 um 180° biegt und den Steg 90 deformiert. Man erhält an der Biegungsstelle einen Querschnitt, der im großen und ganzen ähnlich ist dem Querschnitt, wie er in F i g. 13 D gezeigt ist.

.55 Wenn nach vollständiger Biegung der Steg 90 an der Biegungsstelle abgeschnitten wird und dessen federartige Wirkung aufgehoben wird, so zeigen die Stege 91 und 92 (F i g. 5) allein 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 ausgesetzt werden. Wenn z. B.

die Stege 100, 101, 102 und 103 der F i g. 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 103 ausmacht, so wird die Form

vorzugsweise gebogen in einer Linie, wie sie durch M-M der F i g. 1 angezeigt ist. In ähnlicher Weise wird, wenn die Stegform der F i g. 9 Stege mit Verhältnissen größer als 4:1 hat, jedoch die Stege UO, Ul, 112 und 113 die mehrfache Dicke der Stege 114, 115, 116 und 117 aufweisen, die miteinander verbundene Form vorzugsweise sich deformieren und erholen in den Richtungen, wie sie in F i g. 9 bei N angezeigt sind, und weniger leicht, wie sie bei O angezeigt sind.

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 PoIyolefinformen aus der Extruder-Form ausgetreten sind. Sie können zum größten Teil behoben werden durch Tempern bei erhöhten Temperaturen. Die mit Stegen versehenen oder ringförmigen extrudierten Formen wurden, sofern sie aus Polypropylen bestanden, bei etwa 149° C und, sofern sie aus Hochdruck-Polyäthylen bestanden, bei etwa 100⁰C getempert.

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, Radien 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 cm² haben. Eine bevorzugte Faden-Abmessung ist diejenige, in der der Gesamt-Querschnitt einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,0254 bis 1,016 cm² hat.

Die Fäden können für praktische Zwecke unterschiedliche Mengen an Farbstoffen, Streckrnjtteln, Weichmachern usw. enthalten, wie sie üblicherweise zum Verarbeiten der Massen vorgeschrieben sind.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

209 536/454

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verwendung von Polyolefinfä'den, insbesondere aus Polypropylen, Hochdruckpolyäthylen oder Mischungen dieser mit einem Querschnitt, 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 : 1 beträgt, im unverstreckten Zustand zu Borsten für Bürsten od. dgl.

2. Verfahren zur Herstellung von Polyolefinfäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden zur Beseitigung von beim Auspressen aus der Düse aufgetretenen Spannungszuständen bei erhöhter Temperatur getempert werden.