DE1660584A1 - Textilverbundfaden und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

P 16 60 584. 8-26 Neue Unterlagen

B.I. DU PONT DB NEMOURS AND ΟΟΜΡΑΪίΥ lOth and Market Streets, Wilmington,· Delaware 19 898, V.St.A.

Textilverbundfaden und Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung betrifft einen, neuen Textilfaden, und zwar einen Faden, der einen Kern aus mindestens einem endlosen Elastomertext ils tr ang und eine ununterbrochene Hülle aus einem Polymerschaumstoff mit geschlossenen Zellen aufweist.

Ein ^irElastomertextilstrang" ist ein vorwiegend in einer Dimension verlaufendes Textilmaterial, das eine Bruchdehnung von über 100 $> hat und nach der Dehnung auf einen unter der Bruchdehnung liegenden Wert im wesentlichen wieder seine ursprüngliche länge, im ungespannten Zustand annimmt. Eine Kräuselung und Spiralwicklung des Elastomerstranges kann zwar eine zusätzliche Ausdehnbarkeit ergeben, aber eine solche Ausdehnbarkeit wäre mechanischer statt stoffelastischer Art, Geeignete Elastomers tränge sind an sich bekannt; zu ihnen gehören z.B. Naturkautschuk- und Spandexf as ern. . ==n,--—^■■-•-

Unterlagen {Μ. I § 1 Abs.2 Hr.I SaU 3 desÄnderungsges. v.4.9J957)

20901771036

Die verschäumte Hülle des Textilfadens gemäss der Erfindung bedeckt den Elastomerkern vollständig und verbirgt jegliche Verfärbung des Kerns, die sich im Laufe der Zeit entwickeln könnte. Ferner ist die verschäumte Hülle undurchlässig, so dass der Elastomerkern vor beim Waschen verwendeten Bleichmitteln und anderen Oxydationsmitteln vollständig geschützt ist. Der neue Textilfaden gestattet eine, wirksame Ausnutzung der Retraktionskraft seines Elastomerkerns. Die Erfindung macht weiter einen Textilfaden verfügbar, der in Form von T'extilstoffen Deckkraft, Undurchsichtigkeit und Bauschigkeit bei einem bisher unerreicht geringen Flächengewicht ergibt.

Der Textilfaden gemäss der Erfindung weist einen Kern aus mindestens einem endlosen Elastomerstrang und eine endlose bzw. ununterbrochene, den Kern vollständig bedeckende Hülle aus einem Polymerschaumstoff mit geschlossenen Zellen auf, wobei längs der Faserachse des ungespannten Verbundfadens der Kern unter Zugspannung und die Schaumstoffhülle unter Zusammenpressung steht.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der Produkte gemäss der Erfindung'. Dabei wird ein Fadengut, das mindestens einen Elastomerstrang aufweist, durch eine Zone geführte in der es unter Zugspannung gedehnt gehalten wird, und, während es sich noch in dieser Zone befindet, auf das gedehnte Fadengut eine schäumbare Masse aufgebracht, die Masse zu einem Schaumstoff mit geschlossenen Zellen verschäumt, der das laufende Fadengut ununterbrochen bedeckt, und der Schaumstoff so weit zum Erstarren gebracht, dass beim Übergang des Verbundfadens aus der Dehnungszone in eine Zone, in der die auf den Verbundfaden wirkende Zugspannung aufgehoben wird, das Fadengut sich teilweise zusammenzieht, wobei der Schaumstoff längs der Faserachse zusammengepresst wird, bis sich ein Kräftegleichgewicht einstellt, durch welches das Elastomerfadengut in seiner Umhüllung aus dem Schaumstoff mit geschlossenen Zellen teilweise gedehnt und unter Zugspannung gehalten wird. -'

--·■■■;- _ 2 -

203817/1036

Die Erfindung ist nachfolgend näher an Hand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer, perspektivischer Darstellung ein Schnittende eines Textilfadens gemäss der Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch im Aufriss und Schnitt eine Vorrichtung, die sich zur Herstellung des Textilfadens gemäss der Erfindung eignet.

.Pig«, 3 zeigt das Belastungs-Dehnungs-Verhalten der in Beispiel 3 "beschriebenen Elastomerfäden.

Pig. 4 zeigt das Belastungs-Dehnungs-Verhalten von drei im Beispiel 5 beschriebenen Textilstoffen.

Bei dem neuen Textilfaden gemäss der Erfindung ist ein endloses Elastomer-Fadengut 10 (Pig. 1) aus einer Reihe von Strängen 14, von denen mindestens einer elastomerer Natur ist, mit einer zusammenhängenden verschäumten Polymerhülle 12 bedeckt, deren Sohaumzellen 16 im wesentlichen alle geschlossen sind. In Pig. 1 ist zur besseren Sichtbarmachung des Elastomerk§Fns 10 die Schaumstoffhülle 12 teilweise abgeschnitten. In dem ganzen, mit 11 bezeichneten Verbundfaden besteht längs seiner Faserachse ein Kräftegleichgewicht derart, dass der Kern 10 unter •Zugspannung und die Hülle 12 unter Längszusammenpressung steht. Pig. 1 zeigt den Faden 11 zur. Sichtbarmachung von Einzelheiten vergrössert ohne Berücksichtigung relativer Abmessungen; die ^ in der Zeichnung dargestellten relativen Abmessungen der Hülle ■ 12, der geschlossenen Zellen 16, des Kerns 10 und der Elastomerstränge 14 brauchen daher für ein bestimmtes Produkt gemäss der Erfindung nicht typisch zu sein.

Zur Aufnahme des Kerns 10 muss die Hülle 12 ihrer ganzen Länge nach einen Mittelkanal 13 aufweisen. Der Kanal 13 entspricht in manchen Fällen genau der Grosse des Kerns 10, so dass Hülle 12 und Kern 10 auf ihrer gesamten Länge in Berührung miteinander stehen. Ferner ist auch ein Eindringen des verschäumten Materials in die Zwischenräume zwischen den Strängen 14 mög-

- 3 20**17/1036

Q-741/P 41 992 ^¥ 16B0584

lieh. Häufig jedoch ist, wie in Pig. 1 gezeigt, der Kanal 13 etwas grosser als der Kern 10. Dieser Zustand zerstört jedoch überraschenderweise das den Kern 10 unter Zugspannung haltende Kräftegleichgewicht nioht. Anscheinend genügen Reibungs-• kräfto an rngaXloaeii Häiuüu'uiißäi=! \iü%i*n z,\aiufi\\eu d^ fts^n '-JM und der Hülle 12, um das Zurückziehen des Kerns 10 in den ungespannten Zustand zu verhindern.

Um festzustellen, dass bei einem ungespannten Verbundfaden 11 der Elastomerkern 10 unter Zugspannung und die Hülle 12 unter Zusammenpressung steht, genügt eine einfache Prüfung. Man schneidet ein Stück des Fadens 11 bekannter Länge sorgfältig fe auf seiner gesamten Länge mit einem einzigen Schnitt radial von der Aussenflache zur Oberfläche des Kerns 10 ein. Dann wird der Kern 10 vorsichtig entnommen. Wenn der herausgelöste Kern) 10 kürzer, vorzugsweise um mindestens 10 fo kürzer als der ursprüngliche Faden 11 ist, ist das Vorhandensein des notwendigen Kräftegleichgewichts erwiesen. Gewöhnlich wird hierfür ein Fadenstück 11 von etwa 3 bis 10 cm Länge bevorzugt. Die abgetrennte Hülle 12 soll dabei eine Längenzunahme erleiden. Wenn der Mittelkanal 13 grosser als der Kern 10 ist, lässt Sich das Vorliegen des benötigten Kräftegleichgewichts einfacher zeigen, indem man den Faden 11 quer zu seiner Achse zerschneidet, worauf die frisohen Schnittenden des Kerns 10 sich erkennbar in die Hülle 12 zurückziehen sollen.

Der Elastomerkern 10 ist vorzugsweise ein Spandexfaden oder -multifil. Spandexfaden bestehen aus segmentiertem Polyurethan und sind in verschiedenen Patentschriften, z.B. den USA-Pa-. tentschriften 2 929 801, 2 929 802, 2 929 803, 2 929 804, 2 953 839, 2 957 852, 2 999 839, 3 040 003 und 3 071 557V beschrieben. Die segmentierten Polyure.thanelastomeren werden, wie in den genannten Patentschriften beschrieben, von amorphen Segmenten auf Grundlage von Polymeren mit einem Schmelzpunkt unter etwa 50° 0 und einem Molekulargewicht von über etwa 600 gebildet und enthalten etwa 5 bis 40 ^kristalline Segmente, die von einem Polymeren mit einem Schmelzpunkt von über etwa .

209*17/1036

Q-741/P 41 992

200° C und mit einem fas ermüdenden Molekulargewicht abstammen. Die meisten derartigen Polyurethane zeigen in Fadenform eine Bruchdehnung von mehr als 150 $, eine Erholung von Zugbeanspruchung von über 90 $ und einen Spannungsabfall (unter dauerndem Zug) von weniger als 20 i» (wie in der ÜSA-Patentschrift 2 957 852 definiert). .

Es ist wesentlich, dass die verschäumte Polymerhülle 12 des Produkts geraäss der Erfindung überwiegend geschlossene Schaumsellen aufweist, also Zellen in Form von Räumen, die vollständig von filmartigen Wänden von Polymerfeststoff umschlossen sind, Offenzellige Schaumstoffe vermögen den Blastonserkern 10 nicht ausreichend vor einer Oxydation durch Dämpfe, Bleichmit- % tel usw. oder vor dem Erweichen durch sonstige Reinigungsmittel zu schützen. Ob die geschlossenen Zellen die offenen Zellen überwiegen, wird gewöhnlich durch Augenschein öder mikro- skopiseh bestimmte Andererseits kann man dies auch nach einer Gasverdrängungstechnikg wie der Methode von Remington und Parisar (»Rubber World», Mai 1958» Seite 261) ermitteln, besonders in dahingehend abgeänderter .Form,."dass man bei den kleinstmögliehen Druckunterschieden arbeitet«.

Zellengrösse und Zellenwanddicke sind für die Erfindung nicht entscheidend. In bekannter, Weise nehmen aber ündurchsiohtigkeit und Weissgrad eines Polymerschaumstoffs mit abnehmender ZeI-lengrössa zu, so dass die verschäumte Hülle 12 vorzugsweise geschlossene Zellen mit maximalen Querabmessungen von weniger als etwa 1000 μ, insbesondere ■ 100 μ oder weniger, aufweist. Ebenso nehmen Zusammenpressbarkeit, Weichheit und Ausdehnbarkeit von Schaumstoffen im allgemeinen mit .abnehmender Zellenwanddicke zu, und vorzugsweise liegen die Dicken unter etwa 2 μ. Besonders bevorzugt werden Schaumstoff hüllen 12, die keine anderen Aussenhäute aus dichtem Polymeren! haben als diejenige, die von den freiliegenden Wänden der Schaumzellen gebildet wird, d.h. die Hülle 12 ist vorzugsweise auf ihrem gesamten Volumen homogen verschäumt.

- 5 -20*117/1036

Q-741/P 41 992

Die Dichte des verschäumten, die Hülle 12 bildenden Polymermaterials ist nicht entscheidend, soll aber gewöhnlich etwa die Hälfte der Dichte des ursprünglichen Polymerfeststoffs nicht überschreiten. Bei den bevorzugten, elastischen Schaumstoffen mit geschlossenen, dünnwandigen Zellen ist häufig di& Dichte mit Hilfe der Menge des Gases in den Zellen einstellbar. So erleidet die Hülle 12 radial eine Entblähung auf eine gewöhnlich im Bereich von-etwa 0,05 bis 0,5 g/cm-⁵ liegende Maximaldichte, wenn die Zellen wenig oder kein Gas enthalten. Bei einem zum vollen Aufblähen der Hülle 12 genügenden Gasgehalt liegt die Dichte gewöhnlich zwischen etwa 0,005 und Oy.05 g/cm . Naturgemäas sind verschiedene Grade teilweiser £ · Aufblähung erzielbar, und der Aufblähgrad lässt sich wiederholt, verändern, ohne dass die geschlossenzellige Natur des Schaumstoffs beeinträchtigt wird. Vollständig entblähte Schaui»- stoffe haben im allgemeinen eine höhere Zugfestigkeit und Bruchdehnung, aber im vollständig aufgeblähten Zustand sind die gleichen Schaumstoffe weicher, bauschiger und pneumatischer. Me Schäumst off dichte und die Aufblähung werden so gewählt, dass man die gewünschten Eigenschaften des Fadens 11 erhält. ·

Die einzige Begrenzung der Radialdicke der Hülle 12 liegt darin, dass die Hülle den Kern 10 kontinuierlich und vollständig mit einer Schicht mindestens einzelliger Dicke umgeben muss. Je geringer die radiale Dicke ist, desto durchsichtiger ist die Hülle 12 und desto grosser ist die Neigung des Fadens 11, sich unter der Wirkung der auf dem Kern 10 lastenden Zugspannung durch Aufrollen zu verkürzen. Vorzugsweise hat die Hülle 12 eine im wesentlichen gleichmässige Radialdicke. Durch Vergrösserung der Radialdicke lassen sich zwar die obigen Probleme vermeiden, aber die Radialdicke lässt sich auch so weit vergrb'ssern, dass der Faden 11 dann für viele Endverwendungszwecke zu bauschig und bzw. oder zu wenig dehnbar wird. .

Die verschämten Hüllen 12 mit den notwendigen Eigenschaften können aus zahlreichen Polymeren bestellen. Gewöhnlich verwen-

20**17/1036

det man die künstlichen, organischen Polymerisations- oder Polykondensationsprodukte, z.B. Polykohlenwasserstoffe, wie Polyäthylen, Polypropylen oder Polystyrol, Polyäther, wie Polyformaldehyd, Vinylpolymere, wie Polyvinylidenfluorid oder Polyvinylchlorid, Polyamide, wie Polyhexaraethylenadipinsäureamid, Polycaprolactam oder Poly-m-phenylenisophthalsäureamid, aliphatische oder aromatische Polyurethane, wie das Polymere aus Äthylen-bis-chlorformiat und Äthylendiarain, Polyester, wie Polyhydroxypivalinsäure oder Polyäthylenterephthalat, Mischpolyester, wie Polyäthylenterephthalat-isophthalat, Polynitrile, wie Polyacrylnitril oder Polyvinylidencyanid, Polyacrylsäureester, wie Polymethacrylsäuremethylester, und entsprechende Stoffe.· . M

Als Polymerschaumstoffe mit geschlossenen Zellen für die Hülle 12 "besonders bevorzugt werden die in der USA-Patentschrift 5 227 664- "beschriebenen, ultramikrozellförmigen Gebilde. Diese Gebilde besitzen nicht nur alle oben beschriebenen, bevorzugten Eigenschaften, sondern sie enthalten auch im wesentlichen das gesamte Polymere in ihren dünnen Zellwänden statt in einer an den Wandschnittstellen konzentrierten Form. Die Zellenwände zeichnen sich weiter dadurch aus, dass sie, wie in der Patentschrift definiert, eine Orientierung in einer Ebene und gleichmässige Textur aufweisen. Zusammen ergeben die beiden letztgenannten Eigenschaften bei den ultramikrozellförmigen Gebilden die überraschend hohe Zähigkeit und Festigkeit und | hohe Gasundurchlässigkeit.

Der Aufblähgrad der Hülle 12 unter der Einwirkung der luft hängt von der Art des in der Hülle enthaltenen Gases ab. Wenn die bei der anfänglichen Herstellung des Schaumstoffs freigesetzten Gase die Zellwände rascher als Luft durchdringen, entweichen sie aus den Zellen schneller als die luft darin eindringt, und die Hülle 12 wird entbläht. Der Entblähungsgrad verstärkt sich mit dem Unterschied zwischen der Ein- und Austrittsgeschwindigkeit. Wenn andererseits ein Teil der ursprünglich in der Zelle enthaltenen Gase die Zellenwände lang-

- 7 - ■
209817/1036

Q-741/P 41 992

samerals Luft durchdringt, tritt die Luft in die Zellen schneller ein als die ursprünglich darin enthaltenen Gase daraus entweichen, und die Hülle 12 bläht sich weiter auf. Der Aufblähgrad nimmt mit dem Unterschied zwischen Ein- und Austritt sgeschwindigkeit zu. Unabhängig von dem Gasgehalt oder Aufblähgrad eines Schaumstoffs mit geschlossenen Zellen können beide gewöhnlich durch eine entsprechende Nachbehandlung verändert werden, indem man den Schaumstoff der Einwirkung eines flüchtigen, plastif!zierenden Fluids aussetzt, um den Widerstand der Zellenwände gegen den Gasdurchtritt vorübergehend zu vermindern, und ihn dann, im noch plastifizierten Zustand, der Einwirkung des gewünschten Aufblähgases aussetzt. Das neue Aufblähgas - sei es nun ein bleibend oder vorübergehend "durchdringungsunfählges Aufblähmittel" - tritt rasch in die Zellen ein und wird dort eingeschlossen, wenn das plas t if i zier ende Fluid verdampft. Beim Wiederinsgleichgewichtbringen mit Luft (als durchdringungsfähigem Aufblähmittel) ergibt sich der neue Aufblähgrad. Wenn mindestens ein Teil des in den Zellen enthaltenen Gases ein Gas ist, das die Zellenwände so langsam durchdringt, dass es darin im wesentlichen bleibend festgehalten wird (d.h. ein bleibend durchdringungsunfähiges Aufblähmittel darstellt), wird die Hülle 12 nicht nur beim Insgleichgewiohtbringen mit der Luft vollständig aufgebläht, sondern es entwickeln sich auch in den geschlossenen Zellen Überdrücke· Solche Hüllen 12 sind stark pneumatisch.

Vollständig aufgeblähte Hüllen 12 haben gewöhnlich glatte, straffe Aussenflachen und eine sehr hohe Bauschigkeit. Entbläh.r. te Hüllen 12 weisen gewöhnlich gerunzelte, texturierte Oberflächen von geringerer Bauschigkeit auf; allerdings übersteigt die Bauschigkeit immer noch die bisher für faserumwickelte Elastomergarne bekannten Werte. Der Aufblähgrad kann so gewählt werden, dass man die für einen gegebenen Endverwendungszweck jeweils benötigte Oberflächentextur erhält.

Das Verfahren gemäss der Erfindung wird nachfolgend an Hand von Fig. 2 erläutert, die im Aufriss und Schnitt eine zur

2ö$$U/1036

Q-741/P 41 992

Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung 20 zeigt. Der Vorrichtung 20 wird mit gesteuerter Geschwindigkeit ein Elastoraer-Fadengut 30 des Spandex-Typs von einem nicht eingezeichneten Vorrat über die angetriebene, in der Pfeilrichtung umlaufende Zuführwalze 21 zugeführt. Das mit einem Polymerschaumstoff 31 mit geschlossenen Zellen "bedeckte Fadengut 30 wird von der Vorrichtung 20 mittels der angetriebenen Aufnahmewalze 22 abgezogen und zu einer (nicht eingezeichneten) Packung aufgewickelt* Die Umfangsgeschwindigkeit der Aufnahmewalze 22 überschreitet diejenige der Zuführwalze 21 so weit, dass das Fadengut 30 zwischen den Walzen 21 und 22, vorzugsweise auf etwa 100 bis 700 φ> der Länge im ungespannten Zustand, gedehnt wird. Innerhalb dieser Dehnungszone tritt das ^ ladengut 30 in die Vorrichtung 20 durch eine Eintrittsöffnung 28 in der eingeschraubten Stopfbuchse 24- ein. Es tritt, von einer schäumbaren Masse umgeben, aus der Vorrichtung 20 durch die Austrittsöffnung 27 aus, worauf die schäumbare Masse zum Schäumen und zur Bildung der Hülle 31 mit geschlossenen Zellen gebracht wird. Während das Fadengut 30 gedehnt bleibt, wird der Schaumstoff .31 genügend zur Erstarrung gebracht, damit beim Überlaufen des Verbundfadens über die Walze 22 und dem Entlasten der auf den Verbundfaden. 11 wirkenden Zugspannung die zellförmige Struktur der Hülle 31 bei der eintretenden Längszusammenpressung intakt bleibt.

Die (nicht gezeigte) schäumbare Masse wird auf an sich bekann- i te Weise hergestellt und unter Drück durch den Kanal 23, der in die Kammer 25 einmündet, in die Vorrichtung 20 injiziert. In der Kammer 25 umgibt die verschäumbare Masse das laufende Fadengut 30· Obwohl man erwarten könnte, dass die verschäumbare Masse nicht nur durch die öffnung 27, sondern auch durch die öffnung 28 ausgepresst wird, tritt keine solche Erscheinung auf· Die Pumpwirkung, die das laufende Garn 30 in der eng passenden öffnung 28 ausübt, verhindert ein Zurückfliessen und verstärkt gleichzeitig den Duronfluss duroh die Austrittsöffnung 27. ; , .

20*017/1036

Q-741/P 41 992

Die Schraubbuchse 24 bildet nicht nur die Öffnung 28, sondern sie übt noch zwei weitere Punktionen aus. Wenn sie nämlich in die Vorrichtung 20 so weit eingeschraubt wird, dass die Flächen 26 und 32 sich berühren, verhindert sie das Fliessen de? verschäumbaren Masse, stört dabei aber nicht den Durchlauf des Padengutes 30. Es bedarf somit keines gesonderten Ventils, so dass kein Raum hinter einem Ventil vorhanden ist, in welchem schäumbare Masse härten und das System verstopfen könnte. Die Schraubbuchse 24 erlaubt es ferner, durch Einstellen des Abstandes zwischen den Flächen 26 und 32 die Strömungsgeschwindigkeit der schäumbaren Masse zu steuern.

Für eine gegebene verschäumbare Masse gibt es unter den benötigten Temperatur- und Druckbedingungen und bei einer gegebenen geometrischen Ausbildung der Öffnung 27 eine natürliche Strömungsgeschwindigkeit. Eine Veränderung ist durch Änderung des Abstandes zwischen den Flächen 26 und 32 begrenzt möglich! ein au geringer Abstand kann aber für die Bildung eines geschlossenzelligen Schaurastoffs nachteilig sein. Man muss daher die Lineargeschwindigkeit des Padengutes 30 beim Durchlaufen der öffnung 27 so einstellen, dass sie ungefähr der natürlichen Extrudiergeschwindigkeit des Schaumstoffs angepasst ist. Im Hinblick auf die starke Abhängigkeit dieser Einstellung von dem jeweiligen System lassen sich keine allgemeinen Bereiche angeben. Bei einer zu hohen Geschwindigkeit des Fadengutes 30 kann eine diskontinuierliche Schaumstoffbildung längs des Fadengutes eintreten. Bei zu niedriger Geschwindigkeit des Fadengutes kann es zur Bildung abwechselnder dicker und dünner Sohaumstoffabschnitte längs des Fadengutes 30 und im Extremfall auch zu einer korkenzieherartigen "Umwicklung" des Fadengutes mit Schaumstoff kommen, ohne dass dabei unbedingt eine vollständige Bedeckung erzielt wird. In dem Bereich von Fadengutgesohwindigkeiten, in dem eine Schaumstoff hülle im wesentlichen gleichmässiger Dicke entsteht,-führen höhere Fadengutgeschwindigkeiten zu dünneren Hüllen. Gewöhnlich werden die öffnungen 27 und 28 nur um so viel weiter als die Dioke des

- 10 -

20··1ϊ/1Ο3β

Q-741/P 41 992

Fadengutes 30 "bemessen, dass zu Anfang das* Anspinnen möglich ist, wobei diese Erwägung die Mindestgrösse bestimmt. Wenn man dickere Schaumstoffhüllen 'erzeugen will, kann man die öffnung 27 natürlich grosser bemes'sen.

Das Verfahren gemäss der Erfindung kann mittels jeder Methode zum Extrudieren von geschlossenzelligen Polymerschaumstoffen durchgeführt werden. So sind feste Treibmittel (d.h. Verschäumungs- oder Zellenbildungsmittel) geeignet, die sich beim Erhitzen unter Gasbildung zersetzen. Das Treibmittel kann auch normalerweise flüssig oder normalerweise gasförmig sein und beim Austritt der verschäumbaren Masse aus der Austrittsöffnung 27 unter Verschäumung der Masse verdampfen. Besonders bevorzugt wird die Schaumextrudierung nach der USA-Patentschrift 3 227 784» für die kennzeichnend ist, dass schon in einem Geringen Bruchteil einer Sekunde nach dem Austritt aus der Austrittsöffnung 27, z.B. in 0,01 Sekunde oder weniger, die vollständige Verschäumung der schäumbaren Masse und die Verfestigung des Schaumstoffs zu einem beständigen Zustand, eintritt. Auf diese Weise wird jegliche Molekularorientierung des Polymeren in den Zellenwänden, die sich bei der raschen Verschäumung ergibt, in den Wänden "eingefroren", so dass sich ein festerer, derberer Schaumstoff bildet. Darüber hinaus erlaubt die rasche Verfestigung der nach diesem Verfahren erzeugten Schaumstoffe ein Arbeiten mit geringeren Abständen zwischen der Austrittsöffnung 27 und der Aufnahmewalze 22, als es bei den meisten Sohäumverfahren möglich ist.

Bei bekannten Verfahren zur Faserumwicklung von Elastomerfadenmaterialien muss die Faserbewicklung gewöhnlich im wesentlichen einen Nulldrall aufweisen, was z.B. durch Verwendung von zwei entgegengesetzt gedrehten Bewicklungen oder durch statistisch ungeordnete (regellose) Bewicklung erreicht wird. Beide Methoden bedingen Komplikationen, die die Kosten des anfallenden Verbundfadens erhöhen. Pig. 1 zeigt dagegen, dass die Hülle 12 von Natur aus ungedreht ist. Dieser Umstand in Verbindung mit den normalerweise sehr hohen Geschwindigkeiten

- 11 209817/1036

beim Schaumextrudieren verleiht dem Verfahren gemäss der Erfindung einen grossen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber dem bekannten Verfahren zur Umhüllung von Elastomer-Fadenmaterialien.

Es ist manchmal, z.B. zur Verhütung des Zerreissens der Hülle 12, erwünscht, die Ausdehnbarkeit des Verbundfadens 11 zu begrenzen. Dies ist bei dem Verfahren gemäss der Erfindung leicht möglich, wenn man neben dem Elastomer-Fadengut 30 mindestens einen herkömmlichen, nicht-elastomeren Textilfaden durch die öffnungen 27 und 28 führt. Die Lineargeschwindigkeit dieses Textilfadens wird von der Aufnahmewalze 22 bestimmt, aber unabhängig davon, ob der Textilfaden gleichzeitig verfe streckt wird oder nicht, soll ein gesonderter, der Walze 21 entsprechender Zuführmechanismus vorgesehen werden. Die Entlastung der Zugspannung nach dem Überlaufen des Verbundfadens 11 über die Walze 22 führt zu einer Verkürzung des Fadens 11 bis zur Einstellung des Kräftegleichgewichts zwischen Kern 10 und Hülle 12. Alle herkömmlichen, nicht-elastomeren Fäden, die etwa im Kern 10 enthalten sind, passen sich dieser Verkürzung einfach durch Kräuselung und Krümmung an. Auf das Belastungs-Dehnungs-Verhalten des Verbundfadens 11 hat dieser nicht-elastomere Faden praktisch keinen Einfluss, bis die Dehnung des Verbundfadens 11 zum vollständigen Geradeziehen des nicht-elastomeren Fadens führt, und dann hört die Weiterdehnung unvermittelt auf.

Die Hülle 12 bewirkt eine vollständige physikalische Isolierung des Kerns 10, aber der Grad, zu dem sie den Kern vor den abbauenden Wirkungen ultravioletter Strahlung schützt, hängt mindestens teilweise von ihrer Polymerzusammensetzung ab. Durch Beschichten der Hülle 12 mit einem UV-Abschirmmittel (d.h. einer UV-Strahlung absorbierenden Verbindung) oder durch Einbringen eines UV-Abschirmmittels in die verschäumbare Masse lässt sioh jeder gewünschte Grad eines weiteren Schutzes vor UV-Strahlung erzielen.

- 12 -

209017/1036

Q-74-1/P 4-1 992 '*

Die Verbundfäden 11 geniäss der Erfindung besitzen eine vielfältige Eignung für z.B. Miederwaren, elastische Stoffe (Stretch-Waren) für Oberkleidung, elastische Eckteile von Bettlaken, elastische Bandagen, elastische Gerätehüllen, technische Stoffe, wie Band- und Riemenmaterial, und dergleichen. Dem Fachmann werden sich weitere, spezielle Verwendungszwecke ergeben. Da das Elastomer-Fadenmaterial unter Zugspannung gehalten wird, gestatten die Produkte gemäss der Erfindung eine wirksamere Ausnutzung der Retraktionskraft des Elastomeren. Ungleich bekannten umwickelten Elastomerfäden sind bei diesen Produkten die Kerne durch vollständigen Einschluss geschützt. Die Schaumstoffbeschichtung gemäss der Erfindung stellt einen zu geringen Kosten durchführbaren, eine hohe Arbeitsgeschwindig- ^ keit erlaubenden Vorgang dar. Aus den Fäden gemäss der Erfindung hergestellte Textilstoffe haben eine bessere Deckkraft und Undurchsichtigkeit bei geringeren Flächengewichten, als bisher erzielbar. Darüber hinaus weisen sie neuartige Textur-, Griff- und Polstereigenschaften und ein neuartiges Aussehen auf.

In den folgenden Beispielen beziehen sich Teil- und Prozentangaben, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht·

Beispiel ΐ

Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung wird ein Verbundfaden mit einem Spandex-Fadengut-Kern und einer ununterbrochenen ™ Hülle aus geschlossenzelligem, verschäumtem, stereoregulärem Polypropylen hergestellt, wobei das Spandex-Fadenmaterial, das im ungespannten Zustand einen Titer den 280 den aufweist, aus dem polymeren Reaktionsprodukt eines Polytetramethylenätherglykols mit Methylen-bis-(4-phenylisocyanat) und Hydrazin gemäss USA-Patentschrift 2 957 852 besteht. Die Herstellung erfolgt auf einer Spinnvorrichtung gemäss Fig. 2, bei der die Walze 22 durch eine Aufwickelwalze ersetzt ist, die auch zum . Hindurohziehen des Fadengutes 30 durch die Offnungen 27 und 28 dient. Das Fadengut 30 wird hierdurch von seiner Packung abge-

209817/1036

Q-741/P 41 992 ^Ύ

zogen und nacheinander über und unter drei horizontale Stahlstangen (anstelle der Zuführwalze 21) geführt, die eine genügende Reibungshemmung ergeben, damit das Fadengut 30 in der Schaumbeschichtungszone etwa 400 # gedehnt wird.

Zu Anfang wird die Sohraubbuchse 24 so weit in die Vorrichtung 20 eingeschraubt, dass ein Festsitz der Oberfläche 26 an der Oberfläche 32 eintritt und die verschäumbare Masse am Pliessen gehindert wird. Man fädelt dann das Fadengut 30 in die Vorrichtung ein und setzt es dann in Bewegung, wobei sich die oben beschriebene Dehnungszone ausbildet. Schliesslich werden durch Zurückschrauben der Buchse 24 die Flächen 26 und 32 getrennt, so dass die versohäumbare Masse durch den Kanal 23 und die Öffnung 27 ausströmen und um das Fadengut 30 herum unter vollständiger Bedeckung desselben schäumen kann. Der Abstand der Flächen 26 und 32 wird verstellt, bis die Schaumschicht 31 gleichmässig ist.

Der Kanal 23 ist hierbei an einen 1,8 1 fassenden Druckbehälter angeschlossen, der eine homogene, versohäumbare Masse der folgenden Zusammensetzung enthält:

gew.

Stereoreguläres Polypropylen 40·

Methylenchlorid (Treibmittel) 53

1,2-Dichlor-1,1,2,2-tetrafluoräthan (durchdringungsunfähiges Blähmittel) 7

Kieselsäure-Aerogel 0,2

Das Polypropylen hat einen Schmelzindex von 0,8, bestimmt nach ASTM-Prüfnorm D1238-61, "Condition I". Die homogene Masse befindet sich auf einer Temperatur von 135° C unter einem von einem äusseren Stickstoffbehälter gelieferten Druck von 31,6 atü. Die öffnungen 27 und 28 sind zylindrisch ausgebildet und haben einen Durohmesser von 0,30 mm. Das Fadengut 30 durchläuft die öffnungen mit einer Geschwindigkeit von 91,4 m/Min.

-H-209*17/1036

Q-741/P 41 992

Die entstehende verschäumte Hülle weist sehr kleine, vieleokige, geschlossene Zellen auf, durch, die der Verbundfaden Undurchsichtigkeit und eine weisse Farbe erhält. In den geschlossenen Zellen wird ein Teil des in der verschäumbaren Masse befindlichen 1,2-Dichlor-1,1,2,2-tetrafluoräthans festgehalten, und da diese Substanz ein wanddurchdringungsunfähiges Aufblähmittel ist, nimmt die Hülle beim Insgleichgewichtkommen mit der Luft einen vollständig aufgeblähten, pneumatischen, runden und glattoberflächigen Zustand an. Der Verbundfaden, der im entspannten Zustand einen Titer von etwa 4-20 den bei einem Durchmesser von etwa 1,0 mm aufweist, lässt sich etwa 200 io strecken, bevor die verschäumte Hülle zerreisst. Dass der Spandexkern in dem ungespannten Verbundfaden unter Zugspannung steht, lässt sich leicht zeigen, indem man den Faden zerschneidet, wobei die frischen Schnittenden dee Kerns sich in die Hülle zurückziehen.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wird mit der Abänderung wiederholt, dass man durch die beiden öffnungen gleichzeitig mit dem gedehnten Spandex-Fadengut ein nicht-elastomeres 220-den-Polyäthylenterephthalat-Padenmaterial hindurchzieht, wobei die Zugspannung des letzteren gerade genügt, um es straff zu halten. Der anfallende Faden hat im wesentlichen das gleiche Aussehen wie der in Beispiel 1 erhaltene, lässt sich aber nur um etwa 60 $> " dehnen, bevor das nicht-elastomere Fadenmaterial unter Zugspannung kommt und dadurch die weitere Dehnung des Elastomeren verhindert·

Beispiel 3

Im wesentlichen wie in Beispiel 1 wird ein weiterer Textilfaden aus einem ähnlichen, mit geschlossenzelligem, ultramikrozellförmigem Polypropylen überzogenen Spandex-Padengut hergestellt· Der 1,8 1 fassende Druckbehälter wird mit den oben beschriebenen Stoffen, wie folgt, besohickti

- 15 209817/1036

Q-741/P 41 992

Polypropylen 600 g

Methylenchlorid (Raumtemperatur) 400 ml 1,2-Dichlor-1,1,2,2-tetra-

fluoräthan ' 93 g

Kieselsäure-Aerogel 3 g

Zur Bildung einer homogenen, verschäumbaren Masse wird der. verschlossene Druckbehälter Übernacht unter Rühren auf 180 0 erhitzt. Vor dem Beginn des Extrudierens wird, die Temperatur auf 140° C herabgesetzt und die Lösung durch Anschluss an einen Vorratsbehälter, der Stickstoff von 32,3 atü enthält, unter Druck gesetzt. Die Spandex-Fadengut-Packung wird direkt auf der Zuführwalze 21 angeordnet. Die Eintritt so ffnung 28 hat einen Durchmesser von 0,28 mm und die Austrittsöffnung 27 einen solchen von 0,36 mm. Das Fadengut wird von einer Galette (Godet-Walze) 22 durch die Vorrichtung 20 gezogen. Die "Umfangsgeschwindigkeit der Zuführwalze vermindert sich beim Extrudieren mit der Abnahme des Paokungsdurchmessers von 90 auf 80 Einheiten. Die entsprechenden Umfangsgeschwindigkeiten der Galette betragen 535 bis 490 Einheiten, was einer Dehnung des Fadengutes bei der Schaumbeschichtung von etwa 500 $* entspricht.

Das Belastungs-Dehnungs-Verhalten eines einzelnen, wie oben in. einer Dichte von etwa 0,08 g/cm erhaltenen Verbundfadens wird durch die linke Kurve A von Fig. 3 veranschaulicht. Ungespannt weist dieser Faden einen Spandex-Kern von 105 den und eine verschäumte Hülle von .190 den auf. Die (mittlere) Kurve B zeigt das Belastungs-Dehnungs-Verhalten des Kerns allein, der aus dem Verbundfaden vorsichtig herausgeschnitten worden istj der Kerntiter beträgt hierbei 250 den im Vergleich mit 105 den im Verbundfaden, was das Ausmass der Gespannt- und Gedehnthaltung des Elastomer-Kerns in dem Verbundfaden zeigt. Die (rechte) Kurve C veranschaulicht das ursprüngliche Spandex-Fadengut bei 280 den? ein Vergleich mit Kurve B zeigt, dass die Schäumst off be schichtung zu einer gewissen bleibenden Fixierung auf einen geringeren Titer führt.

- 16 209817/1036

Zum Aufbau von elastischen Textilstoffen (Stretchwären) wird selten eine Garndehnung von über 200 fi benötigt. Zur Ausbildung seiner maximalen Retraktionskraft muss das blosse Spandexgarn nach Kurve C etwa 700 i» gedehnt werden. Der Verbundfaden des vorliegenden Beispiels (Kurve A) entwickelt etwa die gleiche Retraktionskraft bei einer Dehnung von nur 200 # und mit einem Spandex-Kern von weniger als der Hälfte des ursprünglichen Titers. Das schaumstoffbeschichtete Elastomergarn des vorliegenden Beispiels gestattet somit durch Bereitstellung der vollen Retraktionskraft innerhalb des technisch erwünschten Garndehnungsbereichs bei geringerem Kerntiter eine wirksamere Ausnutzung der Retraktionskraft des Kerns.

Beispiel 4

Nach der Arbeitsweise der vorstehenden Beispiele wird ein Verbundfaden aus einem Kern aus Spandex-Fadengut und einer Hülle aus einem geschlossenzelligen Polyesterschaumstoff hergestellt. Als Polyester dient ein Mischpolyester von Terephthalsäure und Sebacinsäure (70/30) mit Äthylenglykol mit einer relativen Visoosität (Verhältnis der absoluten Viscositäten von Lösung und lösungsmittel bei 25 - 0,06° C, wobei die Lösung 0,5 # Polyester in m-Kresol enthält) von 27,2. Der Druckbehälter

■χ wird mit 400 g Mischpolyester, 200 cm Methylenchlorid und 25 cm Dimethylperfluoroyclohexan beschickt. Beim Extrudieren wird der Behälterinhalt auf 142° C und unter einem Stickstoffdruck von 25,0 atü gehalten. Beide öffnungen haben einen Durchmesser von 0,36 mm, und das 280-deh-Spandex-i'adengut wird bei der Schaumstoffbeschichtung etwa·500 $> gedehnt. Der anfallende Verbundfaden hat eine Dichte von 0,48 g/cm⁵ bei einem Titer der Hülle von 1210 den und des Kerns von 175 den. Diese Hülle ist so zusammenpressbar, dass der Kern auf einer Ausdehnung von nicht mehr als 60 % über seine ursprüngliche Länge gehalten wird. Das Überwiegen der geschlossenen Zellen in der Hülle wird geprüft, indem man den Verbundfaden zwischen den Fingern flachdrückt und dann den Druok aufhebt. Dabei ist die pneumatische Natur zu fühlen· Beim Überwiegen von offenen ZeI-

- 17 209817/1036

Q-741/P 41 992

len dagegen würde der Faden flach bleiben; der vorliegende Prüffaden jedoch nimmt sofort wieder seinen ursprünglichen, aufgeblähten Zustand an. Wenn man Stücke dieses Produkts nach normalerweise beim Färben von Polyester-Textilgarnen angewandten Methoden färbt, wird leicht eine Anfärbung in verschiedenen, tiefen Farbtönen erzielt.

Beispiel 5

Mit einer Vorrichtung, mit Materialien und nach Arbeitsweisen wie in den vorstehenden Beispielen wird ein schaumstoffbeschichteter, elastomerer Textilfaden von geringem Durchmesser hergestellt. Das als Ausgangsmaterial verwendete, blosse Spandex-Fadengut hat einen Titer von 140 den. Die homogene, verschäumbare Masse enthält 600 g stereoreguläres Polypropylen, 600 cur (bei Raumtemperatur) Methylenchlorid und 3 g Kieselsäure-Aerogel. Da kein wanddurchdringungsunfähiges Fluorkohlenstoff-Aufblähmittel verwendet wird, entbläht sich die ursprünglich entstehende, vollständig aufgeblähte Schaumstoffhülle kurz danach unter Runzeln und Zusammenfallen der Zellenwände. Lösungstemperatur und Druck beim Extrudieren betragen '150° C bzw. 56 atü. Beide Öffnungen der Vorrichtung haben einen Durchmesser von 0,20 mm. Wenn man den stabilen Verbundfaden mit der entblähten Hülle gerade so weit unter Zug setzt, dass der Faden geradegehalten wird, beträgt sein Durohmesser etwa 0,20 mm. >

Der Titer des Spandex-Kerns ist bei der Durchführung dieses Versuchs nicht direkt gemessen worden, aber bei einer anderen, in im wesentlichen gleioher Weise hergestellten Probe ergaben sich 74 den (ursprünglicher Wert 140 den).

Unter Einarbeitung des Verbundfadens nach dem vorliegenden Beispiel wird ein gazebindiges, elastisches Gewebe hergestellt, das etwa 26 Kettfäden/om aus einem nicht-elastomeren Polyestergarn aus Polyethylenterephthalat (Beitrag zum Flä- chengewicht der Ware 50,6 g/m ) sowie etwa 18 Schusafäden/om aus dem obigen Verbundfaden (Beitrag des Spandex-Keraa zum

209917/1036

Fläohengewioht der Ware 29,8 g/m , der verschäumten Hülle

43tV g/m²) aufweist.

Zum Vergleich dient ein ähnliches, gazebindiges Handelsgewebe, bei dem Kette und Schuss etwa 22 Fäden/cm aufweisen und die Kette aus nioht-elastomerem Polyestergarn zum Plächengewicht

der Ware 50,2 g/m und der Schuss aus doppelt polyamidfadenbewickeltem Spandex-Kern-Garn mit dem Spandex-Material

ρ Ο

37,7 g/m und 27,5 g/m mit dem Polyamidfaden beiträgt. Die optische Undurchsichtigkeit dieser Ware beträgt 46 #, diejenige der mit dem schaumstoffüberzogenen Spandex-Garn erhaltenen dagegen 83 #.

Beim weiteren Vergleich mit einem elastischen Netzgewirk nach Art von elastischem Tüll aus blossem Spandex-Gam (Beitrag zum

Flächengewicht der Ware 78,7 g/m ), das mit einem Polyamidgarn

(Beitrag zum Flächengewicht 171,3 g/m ) gewirkt ist, ergibt sich eine optische Undurchsiohtigkeit von 68 #.

In einem anderen Vergleich werden Teile jeder dieser Textilstoffe 4 Stunden bei Raumtemperatur in eine technische Hypochlorit-Blei ohf Io tte (Verdünnung 50:1) getaucht. Dabei zeigt das gazebindige Handelsgewebe eine schwache Gelbfärbung und die elastische Netzware eine starke Gelbfärbung, während die unter Verwendung des schaumstoffüberzogenen Spandex-Fadengutes hergestellte Ware unverändert bleibt (ein vorsichtiges Ausein- λ anderschneiden ergibt, dass der Kern den ursprünglichen Weissgrad behalten hat). Nach 3-tägigem Eintauchen in die gleiche Bleichflotte ist das blosse Spandex-Gam stark abgebaut, während die schaumstoffüberzogenen Spandex-Fäden weiss und unbeeinflusst bleiben.

Fig. 4 zeigt die Ergebnisse von Grab-Zugfestigkeitsmessungen an diesen drei Textilstoffen, wobei auf der Ordinate die Zug-

spannung in der Einheit Kilogramm je Menge Spandexgarn in g/m aufgetragen ist. Bei der Bestimmung der Grab-Zugfestigkeit wird der Textilstoff zwischen zwei 2,5 cm breiten Klemmen ge-

- 19 209817/1036

dehnt, wobei die Breite jeder Probe das Mehrfache der Klemmenbreite' beträgt und die Messung in der "elastischen" Richtung erfolgt. Fig. 4 zeigt deutlich, dass durch Ausgedehnthalten des Elastomerkerns in einer verschäumten Hülle die Retraktionekraft des Elastomeren wirksamer ausgenutzt wird.

- 20 209817/1036

Claims (8)

166058A

Έ.Ι. du Font de Nemours

and Company Q-741 / P 41 992

Patentansprüche

1· Textilverbundfaden mit einem Kern aus mindestens einem endlosen -Elastomerstrang, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern eine ununterbrochene Hülle aus einem gesohlossenzelligen, den Kern vollständig bedeckenden Polymerschaumstoff aufweist, wobei im ungespannten Zustand des Verbundfadens längs der Paserachse der Kern unter Zugspannung und die Schaumstoffhülle unter Zusammenpressung steht.

2. Faden naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerstrang aus einem Spandexfaden besteht.

3· Faden naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnbarkeit des Textilverbundfadens durch einen zusätzli- λ chen Gehalt des Kerns an mindestens einem nicht-elastomeren Textilfaden begrenzt ist.

4· Faden naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymereohaumstoff eine elastische, gleichmässige Hülle darstellt, die von geschlossenen, vieleokigen Zellen mit maximalen Querabmessungen von nicht über etwa 100 μ. gebildet wird ·

5. Faden naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerschaumstoff ein ultramikrozellförmiges Gefüge aufweist, dessen Zellenwände eine'gleichmässige Textur und uniplanare

- 21 -

_1>L0 Unterlagen (Art. 7 § 1 Abs. 2 UM S.b8de.Ä«d«u»w«.v.*8.1L:··.

209817/1036

Orientierung aufweisen.

6. Faden nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen des ultramikrozellförmigen Gefüges ein wanddurchdringungsunfähiges Aufblähmittel enthalten, wobei die Schaumstoffdiohte etwa 0,005 bis 0,05 g/cm beträgt.

7· Verfahren zur Herstellung von Textilverbundfäden gemäss Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Fadengut, das mindestens einen Elastomerstrang enthält, durch eine Zone führt, in der es unter Zugspannung gedehnt gehalten wird, und auf das Fadengut, während es sich noch in dieser Zone befindet, einen ununterbrochenen Überzug aus P einer verschäumbaren Hasse aufbringt, die Hasse zu einem geschlossenzelligen Schaumstoff, der das gedehnte» laufende Fadengut kontinuierlich bedeckt, verschäumen lässt und danach den Verbundfaden aus der Dehnungszone in eine Zone führt, in der die auf den Verbundfaden wirkende Spannung aufgehoben wird.

8. Verfahren naoh Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man das Fadengut in der Dehnungszone etwa 100 bis 700 £ seiner Länge im ungespannten Zustand dehnt.

9· Verfahren naoh Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man durch zusätzliche Verwendung mindestens eines nicht-elasto- w meren Textilfadene in dem Fadengut die Ausdehnbarkeit des Verbundmaterials aus Schäumst off Überzug und Elastomerenkern begrenet.

-22 209817/1036