DE1660293A1

DE1660293A1 - Verfahren zur Verstreckung von hochelastischen Elastomerfaeden

Info

Publication number: DE1660293A1
Application number: DE19651660293
Authority: DE
Inventors: Kurt Bernklau; Lenz Dipl-Chem Dr Hans; Dr Herbert Marzolph
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1965-09-24
Filing date: 1965-09-24
Publication date: 1970-12-10
Also published as: SE302816B; NL156198B; BE687346A; NL6612988A; CH451393A; AT285026B; GB1122446A; DE1660293B2

Description

FARBENFABRIKEN BAYERAG 1660293

22. SepieTflber 1965 Reu/Hf

Verfahren zur Verstreckung von hochelastischen Elastomerfäden

Hochelastische, segmentierte Polyurethanfäden, die vorzugsweise nach einem NaQ- oder Trockenspinnverfahren hergestellt werden, können wie ein Kautschukfaden auf das mehrfache ihrer Ausgangslänge verdehnt werden und weisen nach Entspannung bei nahezu vollelastischem Rücksprung praktisch keine bleibende Verformung auf, sofern die reversible Verdehnung bei Raumtemperatur oder nicht weit darüber liegenden Temperaturen erfolgte.

Während ein Kautschukfaden überhaupt nicht - im Sinne einer bei harten, synthetischen Fäden üblichen Verstreckung - permanent unter erheblicher Titerverminderung verformt werden kann, ist dies bei segmentierten Pol.yurethanfäden möglich. Diese Eigenschaft ist im chemischen Aufbau des Elastomer-Substrates begründet, dessen Molekülketten neben weichen Segmenten sogenannte harte Segmente enthalten und die Vernetzung nicht nur durch definierte, chemische Bindungen,sondern in hohem MaQe durch starke Nebenvalenzkräfte, z. B. Wasseratoffbrückenbindungen bewirkt wird.

BAD ORIGINAL Le A 9641 009850/1951

Le A 9641

Eb sind Verfahren bekannt, nach denen Elastooerfäden vom Spandex-Typ verstreckt werden unter bleibender Titerverminderung und gleichzeitiger Erhaltung ihrer hohen Elastizität. Es lassen sich auf diese Weise elastische Fäden sehr feiner Titer herstellen, die auf Kautschukbasis bisher nicht verifizierbar sind. Bei den Verfahren werden die Fäden im verdehnten Zustand einer Hitzebehandlung unterworfen, wobei Temperaturen angewandt werden, die 80 ° bis 100 ⁰G unterhalb des substrateigenen Schmelzpunktes liegen. Eine Entspannung der. Fäden soll während der Hitzeeinwirkung nicht erfolgen. Die Dauer der Hitzebehandlung, die mindestens 5 Hinuten bis etwa 60 Minuten beträgt, richtet sich nach der Höhe der Effektivtemperaturen, die im Bereich von 100 ° bis 180 ⁰C, vorzugsweise von !00 ° tie 150 ⁰C liegen.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die Hitzebehandlung zur Fixierung der Verstreckung von segmentierten Polyurethanfäden in sehr viel kürzeren Zeiten als bei bekannten Verfahren durchgeführt werden kann, wenn Temperaturen angewandt werden, die weit oberhalb des dort angegebenen Temperaturbereiches von 100 ° bis 150 ⁰C liegen und wenn insbesondere die vorausgegangene Verdehnung der Fäden bereite bei hohen Temperaturen erfolgt.

Das Verfahren zur kontinuierlichen Veretreckung hochelastischer Polyurethanilden durch Thermofixierung wird derart durchgeführt, dafi man die Polyurβthanfadtn einer Verdehnung «■ gege-

009850/1961

BAD ORIGINAL

3 Le A 9641

benenfalls bei Temperaturen oberhalb von 180 ⁰C - unterwirft, unmittelbar danach die verdehnten Polyurethanfäden Temperaturen zwischen 180 ° und 210 ⁰C in einer Zeit von 10 Sekunden bis 2 Minuten aussetzt, den Faden bis zu einem Einsprung von 5 bis 70 %, bezogen auf die Länge des verdehnten Fadens, entspannt und anschließend aufspult.

Der Vorgang des thermoplastischen fließend, der Bit de« reversiblen Lösen der Waeeeretoffbrtickenbindungen in den harten Segmenten einhergeht, wird nahezu spontan ausgelöst bei Temperaturen «wischen 180 ° und 210 ⁰C, also bei Temperaturen, die nur wenig unterhalb des sogenannten Klebepunktee der Fäden liegen. Dadurch ist im Gegensatz zu bekannten Verfahren die Möglichkeit zu einer kurzzeitigen und kontinuierlichen Thermofixierung der Verstreckung von Elastcmerfäden gegeben. Je nach Titer, Streckgrad, Art des Präparationsmittels, Art und Menge eines Weichmacherzusatzes sowie gewählter Temperatur werden Verweilzeiten des Fadens in der Heizzone zwischen 10 Sekunden und ca. 2 Minuten benötigt. Die in der ersten Verfahrensstufe vorgenommene Verdehnung liegt vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 100 und 700 %, bezogen auf die Ausgangslänge der Elastomerfäden.

Das erfindungsgemäße Verfuhren wird beispielsweise so durch-

0098F^n/1951 SAD ORiGJNAL

-X-

U Le A 9641

geführt, daß der Elastomerfaden von der Geberspule rollend abgezogen wird und dann im hochverdehnten Zustand mehrere Heizgaletten passiert und unmittelbar danach - im Gegensatz zu bekannten Verfahren - bei erniedrigten Fadenspannungen aufgespult wird. Die Heizgaletten sind sowohl bezüglich ihrer Umfangsgeschwindigkeit als auch lirer Oberflächentemperatur getrennt regelbar. Jede Heizgalette wird vom Faden mehrfach, vorzugsweise 10- bis 25fach umschlungen. Die Eontaktlänge des Fadens mit der Galettenoberflache beträgt je nach Durchmesser der Galette etwa 20 bis 60 cmpro Umschlingung. Die Kontaktzeit kann je nach Erfordernis variiert werden durch die Fadengeschwindigkeit und/oder die Zahl der Umschlingungen. Zur Erzielung eines optimalen Effektes kann die Verfahrensweise mittels der bezüglich ihrer Umfangsgeschwindigkeit getrennt regelbaren Heizgaletten wie folgt variiert werden. Die Verdehnung des Fadens kann bereits zwischen Geberspule und erster Heizgalette oder aber zwischen der ersten und zweiten Heizgalette erfolgen; vorzugsweise wird die Verdehnung stufenweise, nämlich sowohl zwischen Geberspule und erster Heizgalette als auch zwischen der ersten und «weiten Heizgalette durchgeführt. Im einfachsten Falle passiert der Elastomerfaden im hochverdehnten Zustand die Heizgaletten und wird dann zwischen der letzten Heizgalette und der Aufspulvorrichtung partiell entspannt, was gleichbedeutend ist einem Einsprung zwischen 5 und 70 ft, vorzugsweise zwischen 10 und 50 #. Je nach

009850/1951 _i4l

BAD OBIQlNAU

-ο -

Le A 9641

Erfordernis kann die Entspannung zumindest teilweise bereits zwischen der zweiten und dritten Heizgalette erfolgen. Zwischen Heizzone und Aufapulvorrichtung wird im Bedarfsfalle in geeigneter Weise ein zusätzliches Präparationsmittel auf den Faden aufgebracht, wodurch eine raschere Abkühlung des Fadens auf Temperaturen unterhalb 60 ⁰C und insbesondere gute Laufeigenschaften bei der späteren Verarbeitung bewirkt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Elastomerfaden vor und/oder in der Heizzone verdehnt. Diese, im ersten Verfahrensschritt durchzuführende Verdehnung, liegt maximal im Bereich des Bruchdehnungswertes, der die eingesetzten Elastomerfäden bei Raumtemperatur oder Heizgalettentemperatur kennzeichnet. Da die Fäden im allgemeinen noch in der Heizzone oder unmittelbar danach entspannt werden, ist die vorausgegangene Verdehnung der Fäden meist betragmäßig höher als dem effektiven Streckgrad des thermofixieren Materials entspricht. Je höher das effektive Streckverhältnis gewünscht wird, umso höhere Heizgalettentemperaturen und/oder Kontaktzeiten des Fadens auf den Heizgaletten sind anzuwenden. Die Entspannung bzw. der Einsprang des gegebenenfalls noch heißen Fadens bieten in Abstimmung mit den übrigen Verfahrensbedingungen die Möglichkeit, ein Fädenmaterial, vorzugsweise sehr feinen Titers zu erhalten, das die gewünschte Kombination von Elastizität, Modul sowie Bruchdehnung und Bruchfestigkeit aufweist.

00 9850/1951 BAD ORIGINAL

ς Le A 9641

PUr die erfindungsgemäöe Verstreckung von Elastomerfäden auf kontinuierliche Weise bei Temperaturen, die nur wenig unterhalb des sogenannten Klebepunktes der Fäden liegen, ist die Oberflächenbeschaffenheit der Heizgaletten von erheblicher Bedeutung. Die Lauffläche kann hochglanzpoliert sein; vorzugsweise werden jedoch seidenmatte Oberflächen verwendet, um eine Adhäsion des Fadens auch unter extremeren Bedingungen weitestgehend zu vermeiden. letztlich ist der Grad der Adhäsion des Fadengutes an Heizgaletten abhängig von der effektiven Galettentemperatur sowie vom Lösungsmittel-Restgehalt des Fadens und von Art und Menge der verwendeten Spinnpräparation. Die Effektivtemperatur der GaIetten liegt im allgemeinen 5 ° bis 40 ⁰C, vorzugsweise 15 ° bis 35 ⁰C, unterhalb des sogenannten Klebepunktes des eingesetzten Fädenmaterials. Unter dem Klebepunkt oder auch Klebetemperatur eines Elastomer fad ens ist die Mindesttemperatur zu verstehen, bei der eine Fadenprobe eine geschmolzene Spur hinterläßt, wenn sie 5 Sekunden lang unter einem Gewicht von 200 g auf eine entsprechend vorgeheizte Netallfläche (z. B. Kofierbank) gepreßt wird. Der Klebepunkt der den Beispielen gemäß vorstreckten Fäden liegt bei 220 ⁰C. Dieses Fädenmaterial besitzt einen Lösungsmittel-Restgehalt (Dimethylformamid) von max. 5 %, vorzugsweise von weniger als 1 %. Der Gehalt an eingeeponnenem Mattierungsmittel (Titandioxid) liegt zwischen t und 5 %.

00 9850/1951

Le A 9641

Zur Charakterisierung der Fäden werden u. a. die nachstehenden Fadeneigenschaften geprüft:

1. Titer 4. Bruchdehnung

2. Modul 5« Bruchfestigkeit

3. Bleibende Dehnung

Der Titer der Fäden wird bei einer Vorlast von 0,5 mg/den beetiaat. Der Kodul gibt die Kraft in g/den-Ausgangstiter an, die benötigt wird, üb den Faden um 300 £ seiner Einspannlänge EU verdehnen; und zwar liegt die Verfornmngsgeechwindigkeit bei 400 ^/Minute. Die sogenannte bleibende Dehnung oder Restdehnung diet die prozentuale Längung des Fadens, die nach dreimaliger Dehnung dee Prüflinge um 300 % und nach einer Erholungezeit von 30 Sekunden bestirnt wird. Bruchdehnung und Bruchfestigkeit werden in der üblichen Weise ermittelt, die Verformungsgeschwindigkeit beträgt auch hier 400 ^/Minute.

Die Figur zeigt eine spezielle Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, wobei der Fadenlauf von der Geberspule (Spinnspule) 2 über die unter Friktionswalze 1, die Heiegaletten 3, 4 und 5 und den Changierfadenführer 6 zur oberen Friktionswalze 7 und anschließend zur Aufwickelspule 8 geht. Die Heizgalette 5 hat etwa 10 bis 20 Umschlingungen des Fadens.

^BAD ORIGINAL 009850 / 1 SS 1

J Le A 9641

Beispiel 1:

6 000 Teile eines Adipinsäure-Hexandiol-1,6/2,2-Dimethylpropandiol-1,3-Polyesters (Molverhältnis der Piole 65 : 35) mit der OH-Zahl 61,4 werden mit 1354 Teilen 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 1864 Teilen Chlorbenzol 1 Stunde auf 100 ⁰C erwärmt und die gebildete NCO-Voradduktlösung auf Raumtemperatur abgekühlt. 8520 Teile der NCO-Voradduktlösung werden in eine 70 ⁰C heiße Lösung von 182,5 Teilen Carbohydrazid in 17942 Teilen Dimethylformamid eingerührt. Nach Zugabe von 800 Teilen einer 33#igen Titanjäioxyd-DMP-Paste und Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Mischung mit 18 Teilen Hexandiisocyanat-1,6 versetzt. Die Elastomerlösung besitzt eine Viskosität von 750 poise/20 ⁰C.

Beispiel 2:

Wk 800 Teile eines Polyesters nach Beispiel 1, aber einer OH-Zahl von 67,1 werden mit 222 Teilen 4,4^l-Diphenylmethan-diisocyanat und 258 Teilen Chlorbenzol 80 Minuten lang auf 95 ° bis 98 ⁰C erwärmt und anschließend die erhaltene NCO-Voradduktlösung auf Raumtemperatur abgekühlt.

19,65 Teile Äthyl.endiamin und 2,68 Teile 1,3-Propylendiamin werden in 2376 Teilen Dimethylformamid gelöst und mit ca. JQ Teilen festem CO₂ vereetzt. In die gebildete Suspension der

009850/1951 ^₀ ORIGINAL

Le A 9641

Amincarbonate werden 1100 Teile der obigen NCO-Voradduktlöaung eingetragen. Unter COp-Entwieklung bildet sich eine hochviskose Elastomerlösung, die nach Pigmentierung mit 90 Teilen einer 33#igen Titandioxyd-DMF-Paste eine Viskosität von 520 poise/ 20 ⁰C besitzt.

Beispiel 3:

Eine gemäß Beispiel. 1 hergestelle Spinnlösung wird kurzzeitig auf 90 ⁰G erhitzt und unmittelbar danach aus einer 48-Loch-Spinndilse bei einer Schacht temperatur von 210 ⁰G trocken versponnen. Nach Verlassen des Spinnschachtes wird auf die Fäden eine verklebung3minderndes Präparationsmittel aufgetragen. Die AufspuLung der Fäden erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 300 m/Minute. Die Fäden besitzen einen Titer von ca. 400 den.

Bei der erfindungsgemäßen Nachbehandlung passieren die verdehnten Fäden drei Heizgaletten unter den nachstehenden Bedingungen.

Ver suchs- Nr.	Verdehnung (*)	Kontaktzeit (Minuten)	Galetten- temperatur (°c)	Zugelassener Einsprung (£)
2 3 4	500 400 200	0,35 0,44 0, 16	200 200 200	60 65 /

0 0 9 8 5 0/1951

OfilG/NAL

-Mf- Le A 9641

Die verstreckten Elastomerfäden weisen gegenüber dem Ausgangsmaterial'⁴'' die nachstehenden Eigenschaftsänderungen auf.

ver- suchs- Nr.	Titer (den)	Modul (g/den)	Bruchdehnung W	Bruchfestigkeit (g/den)
I⁺) 2 3 4	445 294 265 161	139 173 163 455	488 519 491 305	0,70 0,81 0,75 1,17

Beispiel

4:

Eine gemäß Beispiel 2 hergestellte Spinnlösung wird kurzzeitig auf 75 ⁰C erhitzt und unmittelbar danach aus einer 24-Loch-SpinndUse bei einer Schachttemperatur von 190 ⁰C trocken versponnen. Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt 400 n/Minute. Die Fäden besitzen einen Titer von ca. 140 den.

0 0 9 8 5 0/1951

Le A 9641

Ver- suche- Nr.	Verdehnung	Kontaktzeit (Minuten)	Galetten- temperatur (°c)	Zugelassener Einsprung (*)
O to 3	300 400	0,32 0,41	190 190	37 41

Die verstreckten Elastomerfäden weisen gegenüber dem Ausgangsmat e ri al
auf.

die nachstehenden Eigenschaftsänderungen

Ver- suchs- Nr.	Titer (den)	Modul (g/den)	Bleib. Dehnung	Bruch dehnung (*)	Bruch festigkeit (g/den)
1 ⁺ > 2 3	160 66 67	240 402 384	13,2 11,5 12,1	444 421 481	0,77 0,94 0,93

Beispiel 5:

Eine gemäß Beispiel 1 hergestellte Spinnlösung wird kurzzeitig auf 60 ⁰C erhitzt und unmittelbar danach aus einer 7-Loch-Spinndüse bei einer Schachttemperatur von 175 ⁰C trocken versponnen. Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt 450 m/Minute. Der Faden besitzt einen Titer von ca. 40 den.

0098 50/1951

BAD ORIGINAL

Le A 9641

Bei der erfindungagemäßen Nachbehandlung passiert der verdehnte Faden drei Heizgaletten unter den nachstehenden Bedingungen.

Ver suchs- Nr.	Verdehnung w·	Kontakt- zeit (Minutm)	Galetten temperatur (⁰C)	Zugelassener Einsprung W
2	300	0,32	182	25

Der veretreckte Elastomerfaden weist gegenüber dem Ausgangsmaterial ' die nachstehenden Eigenschaftsänderungen auf.

Ver- suchs- Nr.	Titer (den)	Modul (g/den)	Bleib. Dehnung	Bruch dehnung W	Bruch festigkeit (g/den)
1 ⁺) 2	44 15	370 484	10,1 11,9	410 404	1,10 1,11

- , ■ h 'J,

009850/1951

BAD ORIGINAL

Claims

--rf- Le A 9641 Patentansprüche;

1. Verfahren zur kontinuierlichen Veratreckung hochelastischer Polyurethanfäden durch Thermofixierung verdehnter Polyurethanfäden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polyurethanfäden einer Verdehnung - gegebenenfalls bei Temperaturen oberhalb von 180 ⁰C - unterwirft, anschließend die verdehnten Polyurethanfäden Temperaturen zwischen 180 ° und 210 ⁰C in einer Zeit von 10 Sekunden bis 2 Minuten aussetzt, den Faden bis zu einem Einsprung von 5 bis 70 $>, bezogen auf die Länge des verdehnten Fadens, entspannt und anachließend aufspult.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der PoIyurethanfaden um 100 bis 700 fi «einer Ausgangslänge verdehnt wird.

BAD OBSQINAL 00 9 8 5 0/1951

Le e rs e ι

te