DE1760938A1

DE1760938A1 - Verfahren zum Herstellen orientierter Faeden aus synthetischen Polymeren

Info

Publication number: DE1760938A1
Application number: DE19681760938
Authority: DE
Inventors: Dr Martin Horst G
Original assignee: Societe de la Viscose Suisse SA
Current assignee: Viscosuisse SA
Priority date: 1967-08-22
Filing date: 1968-07-22
Publication date: 1972-01-05
Also published as: LU56739A1; BE719663A; ES355813A1; CH475375A; GB1168767A; US3511905A; DE1760938B2; DE1760938C3; NL6809832A; BR6801093D0; FR1577074A; NL139363B

Description

Patentanwalt*

Dipl. Ing Walter Meissner '

DipL Ing. Herbert Tischer

München, 2 L JUL11968 er

Societe de la Viscose Suisse, Emmenbrücke (Schweiz)

Verfahren zum Herstellen orientierter Fäden aus synthetischen Polymeren

Die Erfindimg betrifft ein Verfahren zum Herstellen orientierter Fäden aus synthetischen Polymeren durch Schmelzspinnen.

Es ist bekannt, Fäden für textile Zwecke herzustellen, indem man geschmolzene synthetische Polymere, beispielsweise Polyamide, Polyester und Polyolefine, durch Spinndüsen extrudiert, worauf man die Fäden abkühlt und in Form eines Garns aufspult» Es ist ferner bekannt, die Fäden, damit sie für textile und technische Verwendung geeignet sind, auf ein Mehrfaches ihrer ursprünglichen länge zu verstrecken, wodurch die Polymer-Moleküle entlang der Achse des Fadens orientiert werden und die Fäden beträchtlich an Festigkeit gewinnen· Das Verstrecken verlangt komplizierte Maschinen mit verschieden schnell angetriebenen Bollen und gegebenenfalls Vorrichtungen, um die Fäden zu erhitzen· Die Streckmaschinen sind entweder mit der Spinneinrichtung kombiniert, oder sie arbeiten getrennt davon; in federn Fall aber verlangt das Verstrecken zusätzliche Maschinen, zusätzlichen Baum und zusätzliche Arbeitskraft, und die durch Motore angetriebenen Bollen, und die Heizgeräte verbrauchen beträchtliche Energie*

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Man hat daher versucht, orientierte laden aus synthetischen Polymeren nach Verfahren herzustellen, die keine? zu*- sätzlichen Verstreckungsmaschinen verlangen» So schlägt ^ai die französische Patentschrift 976 5o5 vor, orientierte Folyamidfäden zu erzeugen, indem man schmelzgesponnene Fäden mit Geschwindigkeiten von über 4,ooo Meter per Minute abzieht» Die US-Patentschrift 2 6o4 667 beschreibt ein ähnliches Verfahren für Fäden aus Polyäthylenterephtalat unter Verwendung von Spinngeschwindigkeiten von über 4.7öo Meter ' per Minute· Diese Verfahren verlangem demnach alle sehr hohe * Abzugsgeschwindigkeiten, und, wie die britische Patentschrift 9o5 427 bemerkt, läßt die Qualität der in dieserΊ% erzeugtet Fäden viel zu wünschen übrig·

■'f.- ^¹*

Als Alternative beschreibt die britische Patentschrift 9o3 427 ein Verfahren, nach dem die aus den Spinndüsen austretenden Fäden durch einen etwa 4 Meter langen Spinnschacht geleitet werden, dessen obere Zone geheizt ist, während die untere Zone Zimmertemperatur hat oder durch Blasluft gekühlt wird. Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt zwischen 1.3oo und 2.6oo Meter per Minute, und die Verstreckung der Fäden soll erfolgen, während die Fäden die geheizte Zone durchlaufen·

Ein anderes Verfahren schlägt die US-Patentschrift 3 oo2 8o4 vor, welche den Durchgang schmelzgesponnener Fäden durch ein Flüssigkeitsbad beschreibt, worauf die Fäden mit einer Spannung von mindestens 1 Grame per Denier abgezogen werden. Da die Fäden nach dem Durcngaiig durch das Bad etwas Flüssigkeit mit sich führen, ist eine seitliche Ablenkung Ihres nach unten gerichteten Laufs erforderlich, so daß die Flüssigkeit in einen Behälter abtropfen kann, von dem sie wieder in das Bad zurückgepumpt wird.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Herstellern orientierter Fäden aus synthetischen Polymeren durch Schmelzspinnen zu schaffen, das unter Anwendung üblicher

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AbzugsgeschwineLigkeiten einfach, und billig durchführbar ist und auch nur eine einfache Vorrichtung erfordert·

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch geum mindestens ein^.nicht. angetriebene RoIjLe und . . -. ■ Io so, daß man die j?äden /über mindestens einenBremsstift führt, wobei sieh die !Führungsvorrichtung und der oder die Bremsstifte in einer solchen Entfernung von den Spinndüsen befinden, daß die Fäden beim Passieren der Führungsvorrichtung und des oder der Bremsstifte auf eine Temperatur abgekühlt sind, die über ihrer Glasumwandlungs-Temperatur und wenigstens 5o° 0 unterhalb ihres Schmelzpunkts liegt, während die Führungsvorrichtung und der oder die ^remsstifte bei einer konstanten Temperatur gehalten werden, die wenigstens 1o° C unterhalb der Temperatur der Fäden und über dem Taupunkt der umgebenden Luft liegt, worauf man die Fäden orientiert, indem man sie von dem oder den Bremsstiften mit einer Spannung von weniger als 1 Gramm per Denier abzieht·

Die vorgeschriebene Temperaturregelung ist nicht nur wichtig für die Orientierung der Fäden, sondern auch für ihren glatten Lauf in der Spinnapparatur· Wenn die Temperatur der Fäden beim Passieren der Bremsstifte zu hoch ist, können die Fäden miteinander verkleben, während bei zu niedrigen Temperaturen eine gegenseitige Abstoßung der Fäden durch elektrostatische Kräfte erfolgen kann· Da die Fäden die Spinndüsen bei Temperaturen über ihrem Schmelzpunkt verlassen, müssen sie gekühlt werden, und diese Kühlung erfolgt im allgemeinen durch die abwärts gerichtete Bewegung der Fäden durch ruhende oder in Querrichtung bewegte Luft von Raumtemperatur· Da dünne Fäden sich rascher abkühlen als dicke Fäden, unterscheiden sich die Entfernungen von den Spinndüsen, bei denen sich die Fäden in dem vorgeschriebenen Temperaturbereich befinden, sehr beträchtlich für Einzelfäden von ver» schiedenem Denier·

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Als Beispiel sei erwähnt, daß ein Polycaprolactam-Einzelfaden von 7,5 Denier sich in dem vorgeschriebenen Temperaturbereich bei einer Entfernung von etwa 7o cm von den Spinndüsen befand, während, unter sonst gleichen Bedingungen, ein Polycaprolactam-Einzelfaden von 55 Denier eine Entfernung von etwa 39ö cm benotigte. Veränderung der Entfernung zwischen Spinndüsen und Bremsstiften ist daher ein wichtiges Mittel, um die Temperatur der Fäden im Stadium der Orientierung zu regulieren·

Die Abkühlung der Fäden bei ihrer abwärts gerichteten Bewegung von den Spinndüsen erfolgt jedoch nicht gleichmäßig und ohne Unterbruch, sondern die Temperatur der Fäden steigt vorübergehend wieder an, wenn sie die Bremsstifte passieren· Dieser Temperaturanstieg hat seine Ursache in der Bildung von Wärme infolge von Reibung der Fäden an den Bremsstiften und infolge von Änderungen im Molekularzustand der Fäden· Solche Änderungen sind z.B· Orientierung der Fadenmoleküle und, im Fall von kristallisierbaren Polymeren, Einsetzen der Kristallisation, die durch Orientierung der Fäden ausgelöst wird· Um zu verhindern, daß die Temperatur der Fäden zu hoch steigt, werden daher die Bremsstifte bei einer konstanten Temperatur gehalten, die wenigstens 1o° O unterhalb der Temperatur der Fäden, aber über dem Taupunkt der umgebenden Luft liegt, um Kondensation von Wasserdampf auf den Bremsstiften zu vermeiden· Da auch eine gewisse Wärmeübertragung von den Fäden auf die Führungsvorrichtung stattfindet, wird auch dieses Instrument auf einer konstanten Temperatur gehalten, die gewöhnlich dieselbe wie die der Bremsstifte ist.

Der durch Heibung, Orientierung und Kristallisation bewirkte Temperaturanstieg der Fäden ist deutlich zu beobachten, und als Beispiel sei erwähnt, daß ein Polyethylenterephthalat Garn von 3oo Denier, bestehend aus 2o Einzelfäden von Je 15 Denier, eine Temperatur von etwa 15o° O vor,

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■"■'·. «. 5 —

und von etwa 18o° C nach dem Passieren der Bremsstifte hatte, welche bei einer konstanten Temperatur von etwa 8o° O gehalten wurden©

Die Geschwindigkeit, mit der die orientierten laden von den Bremsstiften, abgezogen werden, kann in weiten Grenzen variieren· Die in den nachfolgenden Beispielen beschriebenen Geschwindigkeiten liegen zwischen 4oo und 1ooo Meter per Minute, aber höhere Geschwindigkeiten er** wiesen sich gleichermaßen als brauchbare Die Abzugsspannung beträgt weniger als 1 Gramm per Denier und ist im Vergleich mit den Spannungen üblicher ötreckverfahren überraschend niedrig. Als Erklärung wird angenommen, daß unter den Bedingungen, unter denen gemäß der Erfindung die Orientierung der Fäden erfolgt, d.h.« oberhalb ihrer Glasumwandlungs-Temperatur, die Fäden, obwohl bereits verfestigt, sich noch in einem plastischen und im wesentlichen nicht kristallinen Zustand befinden, und daß die Orientierung der Fäden in diesem Zustand beträchtlich weniger Kraft verlangt als die Orientierung von Fäden, die einen nicht plastischen und teilweise kristallinen Zustand besitzen·

Es ist auch charakteristisch für das erfindungsgemäße Verfahren, daß der Titer der erhaltenen Fäden unabhängig davon ist, ob die Fäden über die Bremsstifte geführt werden oder nicht, d.h.* die orientierten Fäden haben denselben Titer wie die nicht orientierten, aus den Spinndüsen austretenden Fäden· Dies hat gewisse Vorteile und erlaubt ζ·Β· die Herstellung orientierter Faden von beträchtlich höheren Titern, als man sie aus in Luft gesponnenen Fäden mittels üblicher Streckmethoden erhalten&ann·

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert orientierte synthetische Polymerfäden von guter Gleichmäßigkeit, und es kann auf alle zum Schmelzspinnen geeigneten Polymere angewandt werden« Je nach der Natur des Polymeren gestattet "das'Verfahren,. Einzelfäden von etwa 1 bis 9o Denier herzu-

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stellen, die eine Festigkeit von etwa 2 "bis 5 Gramm per Denier und eine entsprechende Bruchdehnung zwischen 15o und 1o % besitzen· Fäden, Garne und Stapelfasern mit solchen Eigenschaften sind für viele Verwendungen geeignet, und - wenn gewünscht - kann in den meisten Fällen die Festigkeit der Fäden durch zusätzliches Verstrecken in direkt angeschlossenen oder separaten Streckverfahren gesteigert werden. Ebenso können natürlich andere Behandlungen erfolgen, wie z„B_e einsäße laxierung der Fäden.

Die Zeichnung zeigt in

Fig· 1 einen Apparat zur Ausführung des Verfahrens und in

Fig· 2 ein Diagramm*

Die durch die Spinndüsen 1 extrudierten Fäden 2 werden quergerichteter Blasluft 3 ausgesetzt und über eine Führungsvorrichtung 4· geleitet, die aus einem Stift mit mehreren U-förmigen Rillen besteht, $e eine Kille für einen Faden oder ein Fadenbündel« Darauf leitet man die Fäden um zwei nickt angetriebene Rollen 3% die wie ein Schwungrad wirken mad dazu dienen, den Fadenlauf zu stabilisieren. Von den Rollen werden die Fäden über zwei Bremsstifte 6 geführt, die auf einem drehbaren Sockel sitzen, so daß man durch Drehen des Sockels die Kontaktbogen zwischen den Fäden und den Stiften und damit die Bremsung der Fäden leicht variieren kann. Während es ohne weiteres möglich ist, gemäß der Erfindung Fäden unter Benutzung von nur einem Bremsstift hersustellea, wird die beschriebene Anordnung vorgezogen, weil sie es erlaubt, die Bremsung der Fäden feiner zu regulieren, und wenn eine verstärkte Bremsung verlangt wird, kann man auch ein System von vier Brems stiften mit je swei Stiften auf einem Sockel verwenden· Nach dem Verlassen der Bremsstifte 6 passieren die Fäden die Rolle 7» die ein Avivagemittel

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überträgt, und schließlich werden die Fäden durch die angetriebenen Bollen 8 abgezogen und auf Spulen 9 aufgewickelt*

Die Führungsvorrichtung 4· und die Bremsstifte 6 bestehen vorzugsweise aus Röhren, die mit einem Umlauf sys tem verbunden sind, in welchem eine Flüssigkeit zirkuliert, die mittels Thermostat in Verbindung mit Heiz- oder Kühlvorrichtungen auf konstanter Temperatur gehalten wird. Die Führungsvorrichtung 4-, die ötabilisierungsrollen 5 und die Bremsstifte 6 bilden innerhalb des Apparats ein zusammengehöriges Aggregat mit festen Abständen voneinander, während der Abstand zwischen dem Aggregat und den Spinndüsen variabel ist· Die Form, Dimensionen und Anordnung der verschiedenen Teile des Apparats-müssen so beschaffen sein, daß sie einen glatten Lauf der Fäden bei einer Abzugsspannung von weniger als 1 Gramm per Denier ermöglichen·

Die Eigenschaften der Fäden eines gegebenen Titersj besonders ihre Festigkeit und Dehnung hängen von vielen Faktoren ab, wie Temperatur des extrudierten Polymers, Temperatur der Führungsvorrichtung und der Bremsetifte, Temperatur der Fäden beim Passieren der Bremsstifte, Bremsung der Fäden an den Stiften, Abstand zwischen Spinndüsen und Bremsstift-Aggregat, Abzugsgeschwindigkeit und Abszugsspannung der Fäden· Viele dieser Verfahrensbedingungen sind wechselseitig voneinander abhängig, und bei der praktischen Ausführung können die erforderlichen Einstellungen auf Regulierung der Fadentemperatur, der Fadenbremsung und der Temperatur von Führungsvorrichtung und Brems stiften beschränkt werden» Wie in den Beispielen gezeigt wird, bewirken sowohl Erhöhung der Fadentemperatur, wie auch Erhöhung der Fadenbremsung und der Temperatur der Bremsstifte eine Steigerung der Fadenorientierung*

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Es wurd e bereits erwähnt, daß Veränderung der Entfernung zwischen Spinndüsen und Bremsstiften ein wichtiges Mittel ist, um die Temperatur der Fäden im Stadium der Orientierung zu regulieren« Während man diese Entfernung reguliert, wird di· Temperatur von .Führungsvorrichtung und Bremsstiften und die Bremsung der Fäden an den Stiften auf einem vorbestimmten Wert gehalten« Obwohl man die geeignete Entfernung zwischen Spinndüsen und Bremsstift-Aggregat durch Beobachtung der resultierenden Fadentemperaturen finden kann, besteht eine bequemere und genauere indirekte Methode darin, die Abzugsspannung der Fäden zwischen Bremsstiften und Abzugsrollen zu messen· Biese Spannung ist von der Fadentemperatur und der Fadenbremsung abhängig, und es wurde überraschenderweise gefunden, daß eine Kurve, welche die Fadenspannung in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen Spinndüsen und Bremsstift-Aggregat graphisch darstellt, ein deutliches Minimum durchläuft, und daß bei einer Entfernung des Aggregats entsprechend oder nahe diesem Minimum, sich die Fäden in dem vorgeschriebenem Temperaturbereich befinden, d.h. über ihrer Glasumwandlungs-Temperatur und wenigstens 5o° C unter ihrem Schmelzpunkt*

Von diesem Minimum steigt die Fadenspannung an, sowohl bei zunehmender als bei abnehmender Entfernung zwischen Spinndüsen und Bremsstift-Aggregat· Es wurde jedoch gefunden, daß wenn sich das Aggregat in einem Gebiet befindet, in dem zunehmende Spannung abnehmender Entfernung entspricht, die erhaltenen Fäden eine hohe Gleichmäßigkeit in Bezug auf Durchmesser und Doppelbrechung, eine gute Festigkeit und eine niedrige Dehnung besitzen, während, wenn sich das Aggregat in einem Gebiet befindet, in dem zunehmende Spannung mit zunehmender Entfernung zusammenfällt, die Fäden eine schlechte Gleichmäßigkeit, eine niedrige Festigkeit und eine hohe Dehnung aufweisen· In dem Gebiet, in dem zunehmende Spannung abnehmender Entfernung entspricht, bedeutet außerdem Zunahme der Spannung Fäden von höherer Festigkeit

und niedrigerer Dehnung, während in dem Gebiet, in dem zunehmende Spannung und zu-

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nehmende Entfernung zttsammenfallen_t umgekehrte Beziehungen vorliegen.

Während üblicherweise Fäden von hoher Gleichmäßigkeit, guter Festigkeit und niedriger Dehnung eirwünseht sind» können- auch Fäden, von. schlechter Gleichmäßigkeit, niedriger festigkeit und hoher Dehnung für spezielle Verfahren und Verwendungen interessant sein.·

Sobald die Position des Aggregats, das Führungsvorrichtung, Stabilisierungsrollen und Bremsstifte umfaßt, festgelegt ist» kann man die Fadenspannung feiner einstellen, ' indem man die Bremsimg der laden an den Bremsstiften und die iEemgeratur von Miiirungsvorriciitöng md Bxemsstiften reguliert. Sowonl ErnöMtng der Fadeftbreiasttng als auet Srnöhung der Bremsstift-Temperatur erhöitt die Fadenspannung« und infolge der erwäimten Beziehungen awiscnen Fadenspannung^ Festigkeit und Dehnung ist es mit Hilfe dieser Regulierungen auf einfache Weise möglich, laden mit äext gewünschten Eigenschaften herzustellen. Während das beschriebene Einstellungsverfahren die bevorzugte Methode darstellt» sind Infolge der Wechselwirkung der Verfahrensbedingungen natürlich auch andere Wege möglich« um optimale Ergebnisse eu erzielen·

Die folgenden, Beispiele seigern Einzelheiten, der Herstellung wad Eigenschaften von Fäden und Garnen aus verschiedenen Polymeren» sowie die Wirkung veränderter Terf ahrensbedingungen» Die Schmelzpunkte der Polymeren wurden durch. Differential Thermal Analysis bestimmt· Die für die (xlasuBiwandlungs-Temperatur β η von verschiedenen Forschern mitgeteilten Werte zeigen leichte Unterschiede ϊ die in den Beispielen angegebenen ungefähren Zahlen beziehen sich auf eine Mitteilung von E*G. B«asam« Journal of Polymer Science, IX* 4-7o (1952). Di· relativ· Viskosität von Polyäthyleater«phth«lat wurde bestim&t bei 2$^Q C ia loo κΐ einer Losung

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enthaltend o_f4- g Polymer in einer Mxscbung gleicher Sewichtsteile Pnenol und Tetraclilorätiiart, die relative Viskosität von Polyamiden wurde bestimmt bei 2©° G in 1oo ml einer lösung von o_f2 g Bol^aer im 9% % Schwefelsäure, Tand die relative Tiskosität von Polypropylen wurde bestimmt bei iJ5° C && 1oo blL einer Eoeung von o_t1 g Polymer in Tetrahydronapthalin.

Die leBperatxir der faden wurde gemessen mit einen Eastings Maich TeHEperature Pyrometer, Modell TSi-2A_t hergestellt von Hastings Eaydist Inc., Ha^ton, ¥a*_t ϋ·Β«Α·· Die Fadenspftonung wurde Bit eines öpaniEtingseesser und die Doppe Ibrechxuig wie üblich Bit einem Galeit-Eoapensator bestimmt, lie Iftiregelmäßigkeit von Borcnae&ser und Doppelbrechung wurdeijfcestiiajttt durch Messting der mittleren ib— weichung von 25 verschiedenen Messungen an eines Einzelfaden in Prozent vom ihrem Mittelwert· Der Kochschruapf wurde bestimmt durch messung der prozentualen längenänderung eines Einzelfadens, der sich wahrend fünf Ministen spannungsfrei in kochendem Wasser befand· Me Eristallinität der Jaden wurde durch IMtersuchung mit Böntgenstrahlen in einem Philips-Korelco Diffractions Ipparat bestiaatj benutzt wurde Fickel-gefiltert· Kupfer-Strahlung,, und die Kristallinität wird durch Wert· auf einer ο - 1 Skala beseichnet»

Beispiel X
Verfinff^TTiTg der Entfernung gwiachen

und Brem»stift~Jfqcr»gat

Der benutit« Apparat ist im wesentlichen ä&T gleicht wi· im Pig· 1 b*sckri»bea_f doch «nthält «r insg»e«»t vier aremeatift·, wevon J· iwei auf eimern dreharen Sockel aagebracht eimd. Haar Dereheeeeex ä*r Stift· auf de« Sockel war 19 am. und der Durchme*»*r der Stift« auf

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"" 1 1 —

zweiten Sockel war 12 mm. Führungsvorrichtung und Bremsstifte bestanden aus Metallröhren, und die Bohren waren mit einem Umlaufsystem verbunden, in dem Glycol auf einer konstanten Temperatur von 8o° C gehalten wurde.

Polyäthylenterephthalat (Schmelzpunkt - 265° 0\ Glasumwandlungs-Teinperatur etwa 77° G)» das eine relative Viskosität von 1,29 und einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als o,o1 % hatte, wurde bei 284° 0 geschmolzen und in einer Menge von 32 g per Minute durch eine Spinndüse von 2o Löchern extrudiert, wovon Jedes Loch einen Durchmesser von o,33 mm hatte. Die aus der Spinndüse austretenden Fäden wurden durch Querluft gekühlt, die eine Temperatur von 21° 0, einen Feuchtigkeitsgehalt von 65 % und eine mittlere Geschwindigkeit von 3o m per Minute hatte.

Die Fäden wurden über eine Führungsvorrichtung um zwei nicht angetriebene Stabilisierungsrollen und über die vier Bremsstifte geführt. Die Kontaktbögen zwischen den Fäden und den vier Stiften waren nacheinander 84°, 65°» 51° und 36°, und die orientierten Fäden wurden mit einer Geschwindigkeit von 95o m per Minute abgezogen. Das erhaltene Garn hatte einen Gesamttiter von 3oo Denier und war aus 2o Einzelfäden von ge 15 Denier zusammengesetzt«

Die Eigenschaften der Faden bei verschiedenen Entfernungen zwischen Spinndüse und dem Aggregat, bestehend aus Führungsvorrichtung, Stabilisierungsrollen und Bremsstiften, zeigt Tabelle 1· Gemessen wurde stets die Entfernung zwischen Spinndüse und dem nächsten Punkt des Aggregats, d.h. der Führungsvorrichtung· Die Fadenspannung wurde gemessen zwischen dem letzten Bremsstift und der Abzugsrolle, und Fig» 2 zeigt eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Fadenspannung und der Entfernung zwischen Spinndüse und Aggregat wiedergibt.

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Tabelle 1

Garn IA IB I O I D IE IF

Entfernung zwischen

Spinndüse und Brems-

stift-Aggregat (cm) 75 60 55 53 52 51

Fadentemperatur vor

dem ersten Brems -

stift (° 0) 100 14o 143 150 153 158

Fadenspannung (g/Denier)	o,31	o,21	o,17	o,31	0,44	0,74
Festigkeit (g/denier)	1,4	2,6	2,9	3,8	4,3	4,7
Bruchdehnung (?6)	133	86	78	46	27	13
Ohgle ichmäßigkeit	27	6,4	0,6	o,4	o,3	0,8

36	1o	0,6	0,6	0	,4	0	7
46	53	26	8	7	.5

des Durchmessers

Doppelbrechung

(4n_t1o⁵) 133 152 167 198 2o5 215

IMgIe ichmäßigkeit
der Doppelbrechung

Kochschrumpf (%)

Kristallinität

(0-1 Skala) o,o1 o,o4 o,o5 O,14 o,16 o,19

Wie man aus Tabelle 1 und Fig. 2 ersieht, entspricht das Minimum der Fadenspannung von o,17 g per Denier einer Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat von 55 cm· Von diesem Funkt steigt die Spannung sowohl bei zunehmender wie bei abnehmender Entfernung zwischen Spinndüse und Aggregat· Aber in dem Gebiet, in dem steigende Spannung mit zunehmender Entfernung zusammenfällt (Zweig B in Fig, 2),
zeigen die hohen Schwankungen von Durchmesser und Doppelbrechung eine schlechte Gleichmäßigkeit der Fäden an, die

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Festigkeit der Fäden ist niedrig und ihre Dehnung ist hoch, während in dem Gebiet, in dem steigende Spannung abnehmender Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat entspricht (Zweig A in Fig. 2), haben die Fäden eine hohe Gleichmäßigkeit mit Schwankungen von Durchmesser und Doppelbrechung unter 1 ?6, eine gute Festigkeit bis 4,7 g per Denier, und eine mittlere bis niedrige Dehnung mit einem Minimum von 13 %· Die höhere Doppelbrechung und Existallinität der Fäden mit guter Festigkeit zeigt auch, daß diese Fäden einen höheren Orientierungsgrad als die Fäden mit niedriger Festigkeit besitzen.» Es ist auch zu erkennen, daß der Zochschrumpf der Fäden proportional ihrer Dehnung ist·

Tabelle 1 zeigt ferner, daß wenn andere Verfahrensbedingungen unverändert bleiben, eine Verringerung der Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat di· Fadentemperatur erhöht und zur Bildung höher orientierter Fäden mit höheren Festigkeiten, und tieferen Dehnungen führt.

Garn I C mit einer Festigkeit von 2,9 g per Denier, einer Bruchdehnung von 78 % und einer Doppelbrechung von, 4 n,1o* «■ 167 wurde zusätzlich verstreckt unter Verwendung einer üblichen Streckmaschine mit Abzugsrolle, Heizplatte, Streckstift und Streckrolle» Das Streckverhältnis war 1,8 zu 1, und das erhaltene Garn, hatte eine Festigkeit von 7,6 g per Denier, eine Dehnung von. 6_t7 % und eine Doppelbrechung von. 244» Im Gegensatz zu den üblichen Verstreckungsverfahren für Polyethylenterephthalat Garn.« benötigte die Abzugsrolle keine Heizung.

Beispiel II

Veränderung der Kontaktbögen zwischen Fäden und Bremaetiftan

Polyäthylenterrphthalat-Fäden wurden mit demselben, Apparat

und unter denselben Bedingungen gesponnen, wie in Beispiel I beschrieben, Jedoch mit den folgenden Unterschiedent Die Spinndüse hatte 4o Löcher, jedes Loch mit einem Durchmesser von 0,2^ mm« Das erhaltene Garn hatte einen Gesamttiter von 3oo Denier und bestand aus 4-o Einzelfäden von je 7|5 Denier· Der liter der Einzelfäden war demnach nur halb so groß wie der Titer der Einzelfäden in Beispiel I, und daher betrug die günstigste Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Jggregat etwa 34 bis 38 cm, verglichen mit 51 bis 55 cm in Beispiel I. Bei den in der folgenden Tabelle 2 berichteten Versuchen wurde die Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstif t-iggregat bei 35 cm konstant gehalten, d.h· in dem Gebiet, in dem zunehmende fadenspannung abnehmender Entfernung entspricht· Die Fadentemperatur vor dem ersten Bremsstift war etwa 145° G·

Tabelle 2

Garn · II A II B II ö

Kontaktbögen zwischen ) den Fäden und '

den vier Bremset if ten ) fadenspannung (g/Denier) Festigkeit (g/Denier)
Bruchdehnung (,%)
Doppelbrechung (4 a_#1cr )

Tabelle 2 aeigt, daß unter sonst gleichem Bedingungen eine Vergrößerung der Eontaktbögea »wischen den Fäden xwä den Bremsitiften die fadenspannung erhöht und zu etärker orientiertem fäden mit höheren festigkeit« und niedrigeren Dehnungen führt«

76°	76°	76°
6σ°	63°	66°
25°	39°	58°
16°	26°
	0,18	©»33
2.5	3,3	3,6
	61	39
134.	177	2o4

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Beispiel III

Gleichzeitige Veränderung der Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat und der Kontakt "bögen zwischen Fäden und Bremset if ten

Polyäthylenterephthalatfäden wurden gesponnen, wie in Beispiel II beschrieben, jedoch unter gleichzeitiger Veränderung der Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat und der Kontaktbögen zwischen Fäden und Bremsstiften* Dieser Versuch wurde durchgeführt, um Fäden von etwa gleichem Orientierungsgrad zu erhalten, die jedoch bei verschiedenen Temperaturen orientiert wurden. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 3·

Tabelle 3

Garn

III Jl

III B

Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Äggregat (cm)

Fadentemperatur vor dem ersten Bremsstift (⁰C)-

Eontaktbögen ) zwischen den ) Fäden und den ) vier Brems stiftest Fadenspannung (g/Denier) Festigkeit (g/Denier) Bruchdehnung (%) Doppelbrechung (;4n,1o*) Kristallinität (o-1 Skala)

155

76
65
51

135

76° 71° 87° 66°

o,39	0,4?
W	3,6
29	31
215	213
0,21	o,21

Die praktiich gleiche Doppelbrechung und Kristallinität

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der beiden Garne zeigt, daß sie etwa den gleichen Orientierungsgrad hatten. Da jedoch die Entfernungen zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat verschieden waren, wurden die Fäden bei verschiedenen Temperaturen orientiert und Tabelle zeigt, daß die bei höherer Temperatur orientierten Fäden eine höhere Festigkeit besitzen«

Beispiel IV Veränderung der Bremsstift-Temperatur

Polyäthylenterephthalatfäden wurden gesponnen, wie in Beispiel II beschrieben, jedoch unter Veränderung der Temperatur der Bremsstifte (und der Führungsvorrichtung)» Die Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat wurde bei 35 cm konstant gehalten, die Temperatur der Fäden vor dem ersten Bremsstift betrug etwa 145° 0, und die Kontaktbögen zwischen den Fäden und den vier Bremsstiften waren nacheinander 76°, 67°, 64° und 46°. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 4«,

Tabelle 4

Garn IV A IV B IV G IV D

Bremsstift-Temperatur (° G) 5o 6o 65 7o

Fadenspannung (g/Denier) o,18 0,23 0,50 o,71

Festigkeit (g/Denier) 3,5 3,7 ^,3 4-,6 Bruchdehnung (%) 57 55 3o 11

Tabelle 4 zeigt, daß unter sonst gleichen Bedingungen eine Erhöhung der Bremsstift-Temperatur zu Fäden mit höheren Festigkeiten und tieferen Dehnungen führt«

109882/U1Q BAD ORIGINAL ^

Beispiel T

Polycaprolactamfäden (Schmelzpunkt =» 219° C; Glasumwandlungs-Temperatur etwa 46° C) von einer relativen Viskosität von 1,21 und einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als o,1 % wurden in einem wie in Fig., 1 gezeigten Apparat gesponnen. Der Apparat hatte zwei Bremsstifte mit einem Durchmesser von je 12 mm_# Bremsstifte und Führungsvorrichtung wurden "bei konstanter Temperatur von 4o° 0 gehalten,,

Das Polycaprolacfcam wurde bei 267° C geschmolzen und in einer Menge von 32 g per Minute durch eine öpinndüse von 4-0 Löchern extrudiert, wovon jedes Loch einen Durchmesser von o,23 mm hatte«, Die austretenden Fäden wurden durch ^uerluft gekühlt, die eine Temperatur von 21° O, einen Feuchtigkeitsgehalt von 65 % und eine mittlere Geschwindigkeit von 3o m per Minute hatte. Die Kontaktbögen zwischen den Fäden und den beiden Bremsstiften waren nacheinander 78° und 66°, und die orientierten Fäden wurden mit einer Geschwindigkeit von 95o m per Minute abgezogen. Das erhaltene Garn hatte einen Gesamttiter von 3oo Denier und bestand aus 4o Einzelfäden von je 7*5 Denier. Die Eigenschaften der Fädfen zeigt Tabelle 5·

Tabelle 5

Garn VA V B VOVD VE

Entfernung zwischen
Öpinndüse und Bremsstift-Aggregat (cm) 85 75 7ö 68

Fadentemperatur vor dem

ersten Bremsstift (° O) 11o 115 12ο 123

Fadenspannung (g/Denier) o,13 o,11 o,22 O|25 o,61

Festigkeit (g/Denier) 2,9 3,6 4,1 4,3 4,5

Bruchdehnung (%) 135 96 77 7o 66

Kochschrumpf (%) -2,7 2,7 3,9 ΊΛ 9,^

Krlstallinität (o-1 ükala) o,2oo o,2o4 o,2io o,218 o,22o

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BAD ORIGiNÄL

Die Versuche entsprechen denen, die in Beispiel I für Polyäthylenterephthalatfäden beschrieben sind und zeigen die Ergebnisse einer Veränderung der Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat» ^Ie für Polycaprolactamfäden geeigneten Entfernungen sind beträchtlich größer als die für Polyäthylenterephthalatfäden des gleichen Titers, und zwar beträgt die der Minimumspannung entsprechende Entfernung für Polycaprolactam 75 cm und für Polyäthylenterephthalat 35 cm (vgl. Beispiele II, III und IV).

Der Kochschrumpf der Polycaprolactamfäden ist ihrer Dehnung umgekehrt proportional im Gegensatz zum Verhalten der Polyäthylenterephthalatfäden (vgl. Beispiel I) _o Garn V A, das in einem Gebiet gesponnen wurde, in dem zunehmende Fadenspannung und zunehmende Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat zusammenfallen, hat sogar einen negativen Kochschrumpf, d.h* die Fäden werden in kochendem Wasser länger»

Die werte der Kristallinität zeigen auch, daß die Fäden mit höheren Festigkeiten einen höheren ürientierungsgrad besitzen» Alle erhaltenen Fäden haben hexagonale Kristallstruktur im Gegensatz zu Polycaprolactamfäeten, die nach üblichen Methoden gesponnen und nachträglich verstreckt werden, und deren Kristallstruktur monoklin ist.

Garn V B mit einer Festigkeit von 3,6 g per Denier und einer Bruchdehnung von 96 % wurde zusätzlich verstreckt unter Verwendung einer üblichen Streckmaschine mit Abzugsrolle, Heizplatte, Streckstift und Streckrolle, Das Streckverhältnis war 2,1 zu 1, und das erhaltene Garn hatte eine Festigkeit von 9,2 g per Denier und eine Bruchdehnung von 12 %„

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Beispiel VI

Polycap'ro'la-ctam mit den in Beispiel T beschriebenen Eigenschaften wttrdie TDe^i 2'67° 0 geschmolzen und in einer- Menge von 125 g per Minute durch eine Spinndüse von 2o Löchern extrudiert _% wovon jedes Loch einen Durchmesser von o,33 mniinatteo Die austretenden Fäden wurden in. einem Apparat weiterbehandelt, der im wesentlichen der gleiche war, wie in Fig. 1 'beschrieben, jedoch enthielt er nur eiüen Bremsstift,bestehend aus einem höhlen Metallrohr von 19 mm Durchmesser, Die Temperatur von Bremsstift und Führungsvorrichtung wurde bei 65° C konstant gehalten.

Die Fäden wurden durch Querluft, wie in Beispiel V beschrieben, entlang einer Strecke von 1,8 m und anschließend durch ruhende Luft von Zimmertemperatur gekühlt» Die Gesamtentfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat betrug 3,9 mo Die Temperatur der Fäden vor dem Bremsstift war etwa 125° G, und der Kontaktbogen zwischen Fäfen und Bremsstift war 15o°o Die orientierten Fäden wurden vom Bremsstift mit einer Geschwindigkeit von 95o m per Minute und bei einer Spannung von o,31 g per Denier abgezogen.

■ "Das erhaltene Garn hatte einen Gesamttiter von 11oo Denier und bestand aus 2o Einzelfäden von je 55 Denier_o Die Festigkeit des Garns war 3,5 g P^er Denier und die Bruchdehnung 48 >· Die Gleichmäßigkeit der Fäden wurde gemessen mit einem Uster Eveness Tester, Modell G, hergestellt von Zellweger AG, Uster, Dchweiz. Dieser Apparat bestimmt Denier Abweichungen elektronisch durch Kapazitätsmessung und ergab auf einer angenommenen Skala eine mittlere Abweichung von 1,25 % was sehr zufriedenstellend isto

'Beispiel. VII

Polycaprolactam mit den in Beispiel V beschriebenen Eigenschaften wurde bei 261° _c geschmolzen und in einer Menge

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von 76 g per Minute durch eine Spinndüse von 2o Löchern extrudiert, wovon jedes Loch einen Durchmesser von o,35 mm hatte. Die austretenden *aden wurden in einem Apparat weiterbehandelt, der im wesentliche-n der gleiche war, wie in Fig. 1 beschrieben, und zwar bestanden die beiden Bremsstifte aus hohlen Metallröhren von Je 19 mm Durchmesser« Die Temperatur von Bremsstiften und Führungsvorrichtung wurde bei 6o° O konstant gehalten.

Die Fäden wurden durch Querluft, wie in Beispiel V beschrieben, entlang einer Strecke von 1,8 m und anschließend durch ruhende Luft von Zimmertemperatur gekühlt« Eie Gesamtentfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift--aggregat betrug 3,9 nu Die Temperatur der Fäden vor dem ersten Bremsstift war etwa 12o O, und die Kontaktbögen zwischen den Fäden und den beiden Bremsstiften waren 85° bzw« 6o°« Die orientierten Fäden wurden von den Bremsstiften mit einer Geschwindigkeit von 4·οο m per Minute und bei einer Spannung von o,38gper Denier abgezogen.

Das erhaltene Garn hatte einen Ge'samttiter von 17oo Denier und bestand aus 2o Einzelfäden von je 85 Denier. Die Festigkeit des Garns war 2,7 g per Denier und die Bruchdehnung 8o %· Da die Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat die gleiche war, die in Beispiel VI für Fäden von 55 Denier verwendet wurde, erreichte man die erforderliche gesteigerte Kühlung der 85 Denier Fäden durch Verringerung der Abzugsgeschwindigkeit von 95o auf 4oo m per Minute.

Es sei erwähnt, daß es kaum möglich ist, orientierte Einzelfäden von 55 oder 85 Denier, wie sie in den Beispielen VI und VII beschrieben sind, durch konventionelles Spinnen in Luft und anschließendes Verstrecken herzustellen, da dies das Spinnen und Abkühlen von Einzelfäden von etwa 2oo bis 4oo Denier verlangen würde.

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Beispiel

Polyhexamethylenadipamidfäden (Schmelzpunkt = 258° Gj Glasumwandlungstemperatur etwa 46° G) von. einer relativen Viskosität von 1,17 und einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als o,1 % wurden in einem wie in Figo 1 gezeigten Apparat gesponnene Der Apparat hatte zwei Bremsstifte von je 12 mm Durchmesser. Bremsstifte und Führungsvorrichtung wurden "bei konstanter Temperatur von 4-5° G gehalten, und die Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat betrug 7o cm»

Das Polymer wurde bei 285° G geschmolzen und in einer Menge von ~-}2 g per Minute durch eine Spinndüse von 4o Löchern extrudiert, wovon jedes Loch einen Durchmesser von ο_} 23 mmiiatte» Die austretenden Fäden wurden durch tiuerlüft gekühlt j wie in Beispiel V beschrieben, und hatten vor dem ersten Bremsstift eine temperatur von etwa 11o° O, Die Kontaktbögen zwischen den Faden und den beiden Bremsstiften waren 11o° bzw« 1oo° und die orientierten Fäden wurden mit einer Geschwindigkeit von 95o m per Minute und bei einer Spannung von o,55 S P^e^ Denier abgezogene

Das erhaltene Garn hatte einen Gesamttiter von Joo Denier und bestand aus 4o Einzelfäden von je 7i5 Denier. Die Festigkeit des Garns war 4,ο g per Denier, die Bruchdehnung 63 % und der Kochschrumpf 7 %*

Beispiel IX -

Fäden aus einem Gopolyamid hergestellt aus 95 % Hexamethylendiammoniumadipat und 5 °/° Caprolactam (Schmelzpunkt -a» 258° C; Glasumwandlungstemptiratür ebwa 45° G), von einer relativen Viskosität von 1,14 und einem Feuchtigkeitsgehalt von .weniger als o,1 °/o wurden in einem wie in FIg₉I gezeigten Apparat gesponnen» Der Apparat hatte zwei Brems-

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stifte von je 12 mm Durchmesser« Bremsstifte und Führungsvorrichtung wurden bei konstanter Temperatur von 4o^Q G gehalten, und die Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat betrug 6o cm.

Das Copolyamid wurde bei 278° 0 geschmolzen und in einer Menge von 32 g per Minute durch eine Spinndüse von 4o Löchern extrudiert, wovon Jedes Loch einen Durchmesser von 0,23 mm hatte. Die austretenden Fäden wurden durch «iuerluft gekühlt, wie in Beispiel V boschrieben und hatten vor dem ersten Bremsstift eine Temperatur von etwa 125° G. Die Kontaktbögen zwischen den Fäen und den beiden Bremsstiften waren 72 bzw. 67° und die orientierten Fäden wurden mit einer Geschwindigkeit von 95o m per kinute und bsi einer spannung von o,37 S P^er Denier abgezogen.

Das erhaltene Garn hatte einen Gesamttiter von 3oo Denier und bestand aus 4o Einzelfäden von je 7»5 Denier» Die Festigkeit des Garns war 4,3 g per Denier, die Bruchdehnung 54· % und der Kochschrumpf 7>8 %·

Beispiel X

Polypropylenfäden (schmelzpunkt « 16q O, Glasumwandlungstemperatur etwa 8° O) von einer relativen "Viskosität von o,95 wurden in einem wie in FIg₀ 1 gezeigten Apparat gesponnen» Der Apparat hatte zwei Bremsstifte von je 12 mm Durchmesser· Die Entfernung zwischen Spinndüse und Bremsstift-Aggregat war 1,6 m, die Fadentemperatur vor dem ersten Bremsstift war etwa 85° C und die Kontaktbögen zwischen den Fäden und den beiden Bremsstiften waren 45° bzw. 36°. Die Temperatur der Bremsstifte (und der FührungsVorrichtung) wurde variiert, und wie bereits in Beispiel IY berichtet wurde, ist aus Tabelle 6 zu ersehen, daß unter sonst gleichen Bedingungen eine Erhöhung der Bremsstifttemperatur zu Fäden mit höheren Festigkeiten und tieferen Dehnungen führt«

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Tabelle 6	Garn	VI A	VI B	VI C
Bremsstifttemperatur (° O)	25	45	65
Fadenspannung (g/Denier)	o,Jo	0,52	o,88
Festigkeit (g/Denier)	5,4	3,6	5,8
Bruchdehnung (%)	126	72	47

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Claims

Patentanwälte

Machen, Ii JUU

Büro. München er

München 2, TaI 71

Patentansprüche

1· Verfahren zum Herstellen orientierter laden aus synthetischen Polymeren, wobei die Polymere durch Spinndüsen extrudiert und die gebildeten Fäden abgekühlt, über eine Führungsvorrichtung geleitet und abgezogen werden, dadurch gekennzeich η e t , daß man die von der Führungsvorrichtung kommenden Fäden um mindestens eine nicht angetriebene Kolle leitet und darauf die Fäden bremst, indem man sie über mindestens einen Bremsstift führt, wobei sich die Führungsvorrichtung und der oder die Bremsstifte in einer solchen Entfernung von den Spinndüsen befinden, daß die Fäden beim Passieren der Führungsvorrichtung und des oder der Bremsstifte auf eine Temperatur abgekühlt sind, die über ihrer Glasumwandlungstemperatur und wenigstens 5o° 0 unterhalb ihres Schmelzpunktes liegt, während die Führungsvorrichtung und der oder die Bremsstifte bei einer kon-

o stanten Temperatur gehalten werden, die wenigstens 1o 0 unterhalb der Temperatur der Fäden und über dem Taupunkt der umgebenden Luft liegt, worauf man die Fäden orientiert, indem man sie von dem oder den Bremsstiften mit einer Spannung von weniger als 1 Gramm per Denier abzieht·
2. Verfahren nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Titer der Fäden 1 bis 9o Denier beträgt·
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Polymer Polyäthylentherephtalat ist.

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4 · Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß das Polymer ein Polyamid oder ein Copolyamid ist.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kenn ζ e i c h η e t , daß das Polymer Polycaprolactam ist,

6· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß das Polymer Polyhexamethylenadipamid ist.

7· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß das Polymer ein Oopolyamid aus Hexamethylendiammoniumadipat und Oaprolactam ist.

8, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge k © η η ζ ei c h η e t , daß das Polymer Polypropylen ist·

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