DE1947608B2 - Spinnduese zur herstellung eines aus mindestens zwei polymerkomponenten bestehenden verbundfadens - Google Patents

Description

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genügen, worin L die Dicke der Füllkörperschicht, ε der Hohlraumanteil und Dp der mittlere Durchmesser der Füllkörper ist.

Die Erfindung betrifft eine Spinndüse zur Herstellung eines aus mindestens zwei Polymerkomponenten bestehenden Verbundfadens mit unregelmäßig gestalteter Grenzfläche zwischen den Polymerkomponenten, welche Einlasse für zwei oder mehrere verschiedene !flüssige Polymere, ein Verbindungsteil für die verschiedenen Polymeren, eine mit Füllkörpern gefüllte Mischkammer und ein Spinnloch umfaßt.

Es ist bekannt, verschiedene Polymerarten mit unterschiedlichem Schrumpfungsvermögen zu Verbundfäden mit ausgezeichneten Kräuselungseigenschaften zu verbinden. Das wichtigste Problem bei der Herstellung dieser Verbundfaden besteht darin, die Haftfestigkeit zwischen den Polymerkomponenten zu verbessern. Um eine ausreichende Kräuselung zu erzielen, ist es erforderlich, Polymere miteinander zu kombinieren, die im Hinblick auf ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften möglichst unterschiedlich sind. Auf diese Weise wird jedoch die gegenseitige Adhäsion der Fadenkomponenten vermindert. Es ist daher erforderlich geworden, spezielle Spinndüsen zu verwenden, um das Haftvermögen der beiden Polymerkomponenten eines Verbundfadens zu verbessern.

Zu diesem Zweck sind bereits verschiedene Arten von Spinndüsen bekanntgeworden. So wurden bereits verschiedene Mantel-Kern-Spinndüsen, Seite-an-Seite-Spinndüsen und Spinndüsen, in denen die beiden Komponenten sardwichartig miteinander verbunden werden, beschrieben. Ferner sind Spinndüsen bekannt, mit deren Hilfe die gegenseitige Haftung von zwei oder mehreren Polymeren dadurch verbessert werden kann, daß die Grenzfläche zwischen den verschiedenen Komponenten im Querschnitt unregelmäßig gemacht wird.

Verschiedentlich wurden auch bereits Versuche unternommen, eine in Längsrichtung der Faser unregelmäßige Grenzfläche auszubilden oder ein gewisses Vermischen der beiden Polymerkomponenten vor dem Auspressen aus einer Spinnöffnung zu bewirken.

So werden in einer bekannten Spinndüse (FR-PS 13 33 980) zwei verschiedene Polymerkomponenten im spitzen Winkel in einer gemeinsamen Zone zusammengeführt, bevor sie ausgepreßt werden. Durch diese besondere Art der Zusammenführung soll sich an der Phasengrenze der beiden flüssigen Polymerkomponenten eine Turbulenz ausbilden, die geringes Vermischer, bewirkt

Ferner ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundfasern bekannt, in der die verschiedenen Polymerkomponenten bereits vor Eintritt in die Spinndüse kombiniert werden. Bei dieser bekannten Düse werden die Spinnflüssigkeiten in sehr dünnen Schichten in einem gemeinsamen Raum vereinigt und dann durch eine übliche Filterschicht aus Drahtnetz oder PVC-Filtermaterial geleitet, bevor das Gemisch der Spinndüse zugeführt wird. Dabei tritt jedoch eine solche Vermischung der beiden Spinnflüssigkeiten ein, daß in der fertigen Faser keine Phasengrenze mehr festzustellen ist Eine ähnliche Vorrichtung betrifft die GB-PS 7 60 179, gemäß der die verschiedenen Komponenten der Verbundfäden vor der Spinndüse in einem gemeinsamen Raum vereinigt werden und erst danach durch eine übliche F^;lterschicht geleitet und anschließend durch die Spinndüse ausgepreßt werden.

Schließlich sind aus der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 40-9047 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verspinnen von Verbundfäden bekannt, wobei zwei verschiedene Spinnlösungen oder Polymerschmelzen durch gesonderte Eintrittsöffnungen in einen gemeinsamen Raum eingeführt und von dort aus durch eine Füllkörperschicht geleitet und dort gemischt werden. Die erhaltene Mischung wird dann durch eine Spinndüse extrudiert.

In anderen bekannten Spinndüsen zur Herstellung von Verbundfäden gelangen die einzelnen Polymerkomponenten gesondert in eine Filterschicht, durch die sie gesondert weitergeführt werden, bevor sie in einem anschließenden Mischraum kombiniert werden (GB-PS 10 41 904 und BE-PS 6 35 670). In diesen Spinndüsen ist jedoch die Ausbildung der Filterschicht ohne Einfluß auf die Phasengrenze zwischen beiden Polymerkomponenten, weil sich beide Komponenten erst nach dem Durchtritt durch die Filterschicht berühren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spinndüse zur Herstellung eines aus mindestens zwei Polymerkomponenten bestehenden Verbundfadens zur Verfügung zu stellen, durch die es ermöglicht wird, die Haftfestigkeit zwischen den beiden Polymerkomponenten im fertigen Faden zu verbessern, indem die Pbasengrenze zwischen den beiden Polymerkomponenten nicht nur im Querschnitt senkrecht zur Längsachse der Faser, sondern auch in Längsrichtung parallel zur Faserachse mit feinen Unregelmäßigkeiten versehen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Spinndüse erhält man Verbundfäden, bei denen die Grenzflächen der Polymerkomponente im Querschnitt in sehr kleinen Bereichen kompliziert und unregelmäßig gestaltet sind, nicht nur in der Querschnittsfläche senkrecht zur Fadenachse, sondern auch in der Querschnittsfläche entlang der Fadenachse. Die Verbundfäden mit einer solchen Grenzfläche sind durch eine überraschend große Adhäsion und durch einen hervorragenden Griff ausgezeichnet, so daß ihr technischer Wert sehr groß ist. Derartige Verbundfäden können als ein Gebilde angesehen werden, das zwischen den Verbundfaden vom Seite-an-Seite-T\p. hei dem die Grenzoberfläche

von zwei Komponenten eine vollständig ebene Oberfläche bildet, und den Verbundfaden liegt, bei denen die beiden Komponenten vollständig miteinander vermischt sind.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. .

Fig. 1 ist ein Längsschnitt der erfindungsgemäßen Spinndüse;

Fig 2 ist ein Querschnitt des Teils D der Fig. 1;

F ig· 3 enthält perspektivische Ansichten von Füll- ι ο körpern, die in die Mischkammern 5 eingefüllt worden

Fig.4 '^{st em} Längsschnitt eines Teils der Mischkammer 5, gefüllt mit unterschiedlichen Füllkörpern;

Fig.5 zeig¹ >^{n Form emer} T^elle die Unterschiede des Fadenquerschnitts im Verhältnis zur Größe und Menge von Kugelfüllkörpern in der Mischkammer 5;

Fig.6 zeigt aufeinanderfolgende Querschnitte des gleichen Fadens, die in Ebenen senkrecht zu den Fadenachsen und entfernt voneinander durch einen gegebenen Abstand gelegt worden sind.

Wie man der Fig. 1 entnehmen kann, besteht die erfindungsgemäße Spinndüse aus einer Einlaßplatte .4, einer Verbindungsplatte B, einer Platte C, einer Mischplatte D und einer Spinnlochplatte E

Verschiedenartige geschmolzene Polymere werden über getrennte Einlasse 1 und 2 eingeführt und treffen in einem T-förmigen Verbindungsteil 3 zusammen. Der konische Durchgang 4 ist notwendig, wenn der Durchmesser des Auslasses von 3 kleiner ist als der Durchmesser der mit Füllkörper gefüllten Mischkammer 5. Dies ist notwendig, damit die Grenzfläche von verschiedenen Komponenten vor dem Eintritt in 5 nicht zu sehr gestört wird. Während des Durchgangs der Schmelze durch die mit Füllkörper gefüllte Mischkammer 5 wird die Grenzfläche zwischen den verschiedenen Polymeren gründlich und unregelmäßig gestört. Nach dem Durchlaufen durch einen konischen Durchgang 6 werden die Polymere durch ein Spinnloch 7 extrudiert.

Nach Fig·2 sind zehn mit Füllkörpern gefüllte Mischkammern gleichmäßig angeordnet. Die Anzahl von Gruppen, bestehend aus Einlassen, Verbindungsteil, gefüllter Mischkammer und Spinnloch, wird bestimmt durch das Verhältnis von Durchmesser des Spinnlochs und der Mischkammer, der Leichtigkeit der Herstellung, der mechanischen Festigkeit, den Spinnbedingungen und dergleichen. Infolgedessen gibt es keine besondere Begrenzung hinsichtlich der Anzahl der Gruppen.

Als Füllkörper haben sich chemisch inaktive Materialien mit genügender mechanischer Festigksit unter den üblichen Spinnbedingungen bewährt. Im einzelnen kommen hierfür Metalle, Glas, Sand, Kochsalz u. dgl. in Frage. Wie aus F i g. 3 hervorgeht, wird als Gestalt für die Füllkörper im allgemeinen eine kugelige zylindrische oder kubische bevorzugt. Die Füllkörper, die zu Schichten angeordnet sind, können sowohl gleichmäßigen Teilchendurchmesser als auch unterschiedlichen Teilchendurchmesser besitzen. Ferner ist es auch möglich, ein Füllkörpermaterial mit der gleichen Teilchengrößenverteilung oder eine Mischung von zwei oder mehreren verschiedenen Füllkörpern mit unterschiedlicher Konfiguration und Größe zu verwenden.

Man kann ferner auch eine andere Form von Füllkörpern anwenden, um Eigenschaften der Schmelzindem man Glaswolle zwischen Metalinetzen anordnet

Polymerkomponenten, die zu Verbundfasern versponnen werden können, sind Polyamide, wie 6-Nylon, 6,6-Nylon u. dgl.. Polyester wie Polyäthylenterephihalat u. dgl.. Polyolefine wie Polyäthylen, Polypropylen u. dgl.. Polyvinylverbindungen wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid. Polyvinylalkohol u.dgl., Polyharnstoff, Polyurethan, Polyacetal, Polycarbonat, Polyäiher, Polyoxymethylen. Polyformal, Polythioharnstoff, Polyimid, Polythioäther und Copolymere dieser Polymere. Die vorliegende Erfindung kann auf jede Kombination von schmelzspinnbaren Polymeren eine Kombination von Polyacrylnitril und seinem Mischpolymer oder eine Mischung hiervon, eine Kombination von Polyvinylalkohol und seinem modifizierten Polymer und alien anderen .Kombinationen von Polymeren angewendet werden, die sich zu Verbundfasern verspinnen lassen, nicht nur im Falle von zwei Komponenten, sondern auch im Falle von drei oder mehr Komponenten.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Spinndüse.

Beispiel 1

Stahlkugeln in verschiedener Größe und in verschiedenen Mengen wurden in die Mischkammer 5 einer Spinndüse nach Fig. 1 eingefüllt, um 12 Arten von Verbundfaden vom Seite-an-Seite-Typ herzustellen.

Der Durchmesser und die Länge der Füllkörperschicht war 5 mm bzw. 20 mm; der Durchmesser, das Gewicht und die Anzahl der Stahlkugeln sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Gewicht des Durchmesser der Stahlkugeln Füllmaterial 0,5 mm 1,0 mm 1,5 mm

2,0 mm

0,5 g	330 κ.,,..	120 K*ri,	40 KWln	15
1,0 g	650 Kvm	230 w	70 k«*	30
1,5 g	ΙΟΟΟκ,,,Ηη	350 kWi,	120K,fdn	50

Es wurden 3 Arten von Polymerkombinationen verwendet, Nylon 6 + Polyäthylen-terephlhalat, Nylon 66 + Polyäthylen- l^-diphenoxyäthan-'M'-dicarboxylat und Polyäthylen + Polypropylen. Da die Unregelmäßigkeiten an den Grenzflächen und die Haftfestigkeit nahezu die gleiche war, erfolgt die folgende Beschreibung am Beispiel der Kombination von Nylon 6 und Polyäthylenterephthalat.

Polyäthylenterephthalat mit einer reduzierten Viskosität von 0,733 in einer Lösung eines 2 :1-Gewichtsteile-Gemisches von Tetrachloräthan und Phenol, wobei man eine Konzentration von 0,5 g/ml bei 35° C einstellte und Nylon 6 mit einer reduzierten Viskosität von 1,26 in einer m-Kresol· Lösung, wobei man eine Konzentration von 0,5 g/ml bei 35° C einstellte, wurden aus der erfindungsgemäßen Spinndüse bei einer Spinntemperatur von 28O⁰C und einer Aufnahmegeschwindigkeit von 500 m/min versponnen zu ungestreckten Fäden von 123 den/10 Filamente.

Diese ungestreckten Fäden wurden um das 3,5fache der ursprünglichen Länge gestreckt. Wenn man sie dann über eine 140⁰C heiße Platte laufen ließ, wurde sofort

mischung von zwei Polymerarten zu steuern, wie dies in 65 eine feine Kräuselung entwickelt.

Fig.4 angedeutet ist, indem man Drähte der Länge Für 12 Arten von verschiedenen Füllmethoden waren

nach und quer unter Bildung eines Netzwerkes die Proben, die Spinnbedingungen und die Streckbedin-

pinschichtet und dann das Gebilde fixiert (A) oder gungen jeweils die gleichen.

Dann wurden die Proben mit einem sauren Farbstoff, patentblau, azurblau V mit Hilfe einer üblichen Färbemethode gefärbt; nur Nylon 6 ließ sich anfärben. Nach dem Waschen mit Wasser und Trocknen an der Luft wurden die Querschnitte geprüft. Die Ergebnisse sind in F i g. 5 dargestellt. Es konnte beobachtet werden, daß sich die Grenzfläche der 2 Komponenten von Querschnitt zu Querschnitt ändert.

Die dargestellten Querschnitte sind nur ein Beispiel. Es hat sich jedoch bei einer Anzahl von Versuchen gezeigt, daß je kleiner der Durchmesser des Füllkörpermaterials ist, desto kleiner und komplizierter die Grenzflächen gestaltet sind, und je größer die Menge des Füllkörpermaterials ist, desto stärker der Grad der Unregelmäßigkeit ist.

Die F i g. 6 zeigt 20 aufeinanderfolgende Querschnitte, die jeweils im Abstand von 1 mm an den Fäden genommen wurden. Die Fäden wurden unter Verwendung einer Schicht aus 23 Stahlkugeln mit 1,0 mm Durchmesser versponnen und danach um das 3,5fache gestreckt. Es ist zu erkennen, daß sich die Querschnitte von Fall zu Fall stark verändern.

In einem weiteren Versuch wurden vier Arten von Stahlkugeln mit einem Durchmesser von Dp= 0,05,0,10, 0,15 und 0,20 cm in Füllschichten von L=0,5; 0,8 bzw. 1,0 cm Dicke eingefüllt. Das Spinnen wurde mit 12 verschiedenen Füllmethoden angeordnet. Der Hohlraumanteil war in diesem Fall ε <= 0,32.

Die Werte für

sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

Tabelle 2

Werte für ' _ ' in cm '
Dl

L	DP	0,10	0,15	0,20
	0,05	34	15,1	8,5
0,5	136	54	24,2	13,6
0,8	217	75	33,2	18.7
1,0	299

Die Werte in der Tabelle 3 zeigen den Grad der Auftrennung. Hierbei bedeutet 1 vollständige Auftrennung, 2 Auftrennung in beträchtlichen Abschnitten, 3 Auftrennungen sind deutlich sichtbar, 4 nur sehr schwache Auftrennung bemerkbar und 5 keine Auftrennung.

Beispiel 3

Nach Beispiel 1 erhaltene gestreckte Fäden wurden einer trockenen Wärmebehandlung in einem Heißluftofen bei 15O⁰C unter Belastung von 3 mg/d 15 Minuten lang ausgesetzt, um eine Kräuselung hervorzurufen. Die Kräuselungseigenschaften wurden gemessen. Unter 12 verschiedenen Proben konnten jedoch keine deutlichen Unterschiede festgestellt werden. Die physikalischen Eigenschaften der Kräuselung im Falle von Kugeln mit 0,5 mm Durchmesser in einer Menge von 1,5 g sind in der folgenden Tabelle 4 angegeben.

Tabelle 4

Denierzahl	33,8 den/10 f
Anzahl der Kräuselungen	58 Kräuselungen/
	25 mm
Kräuselungsgrad	19,5%
Kräuselungselastizität	84,6%
Festigkeit	4,7 g/den
Dehnung	14,8%
Young's Modul	32,6 g/den

In dieser Tabelle bedeutet die Anzahl der Kräuselungen die Anzahl von Schleifen pro 2,54 cm unter einer Belastung von 2 mg/den; der Kräuselungsgrad wird ausgedrückt durch

1-ι

KM)

worin h die Länge unter einer Belastung von 2 mg/den und /die Länge unter einer Belastung von 50 mg/den ist. Die Kräuselungselastizität wird ausgedrückt durch

-Iu

KX).

wobei A) die Länge von 2 mg/den 2 min nach Entfernen der Last von 50 mg/den ist.

Beispiel 2

Wenn man 12 verschiedene Proben des Beispiels 1 schrumpfen ließ, trennten sich die beiden Komponenten nicht; wenn sie jedoch längere Zeit in heißes Wasser eingetaucht wurden, traten Fehlstellen bzw. Bruch auf. In diesem Fall wurde die Beobachtung der Haftfestigkeit durchgeführt, indem das Material 2 Stunden lang in 120⁰C heißes Wasser eintauchte. Danach wurden die Proben an der Luft getrocknet, mit den Händen gerieben und der Grad der Auftrennung beobachtet Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3 Beispiel 4 Gewicht der Kugeldurchtnesser Füllkörper 0,5 mm 1,0 mm 1,5 mm 2,0 mm

0,5 g ■ '	5	3	2	1
1,0 g	5	4	2	1
1,5 g	5	5	3	1

Eine Komponente A, erhalten durch Polymerisierer von 91,42 Gewichtsprozent Acrylnitril, 8,3 Gewichts prozent Methylacrylat und 0,58 Gewichtsprozen Methallylsulfonsäure und eine andere Komponente B erhalten durch Polymerisieren von 89,70 Gewichtspro

zent Acrylnitril, 7,0 Gewichtsprozent Acrylamid und 3( Gewichtsprozent Methallylsulfonsäure, wobei in beidei Fällen 2,2'-Azoisobutyronitril als Polymerisationsinitia tor diente, wurde in 69 Gewichtsprozent gereinigt Salpetersäure bei -5⁰C gelöst, wobei man ein« Konzentration von 15% einstellte. Diese Masse wurd< in eine 32%ige Salpetersäurelösung bei -5° C mi einem Verhältnis der beiden Komponenten von 1 : unter Verwendung einer Spinndüse nach Fig. 1 mi einer Schicht von 1000 Glaskugeln mit 0,5 mr

Durchmesser versponnen. Nach dem Waschen mi Wasser wurden die Verbundfäden um das 8fache ihre ursprünglichen Länge in 100⁰C heißem Wasse gestreckt.

Wurde kein Füllmaterial verwendet, so zeigten die resultierenden Verbundfäden eine Auftrennung über beträchtliche Bereiche. Wenn jedoch 1000 Kugeln mit 0,5 mm Durchmesser verwendet wurden, ließ sich keine Auftrennung beobachten, selbst wenn die entstandenen Verbundfäden kräftig längere Zeit gerieben worden sind.

Beispiel 5

Polyäthylen-1,2-Diphenoxyäthan-4,4'-dicarboxylat
mit einer reduzierten Viskosität von 0,763, gemessen bei 35° C in einer Lösung von 0,5 g Polymer in 100 ml eines 2 :1-Gewichtsteile-Gemisches von Tetrachloräthan und Phenol und Nylon 66 mit einer reduzierten Viskosität von 1,38, gemessen bei 35° C in einer Lösung von 0,5 g

Polymer in 100 ml m-Kresol, wurden durch die erfindungsgemäße Spinndüse zu Verbundfäden bei 29O⁰C versponnen und dann mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von 500 m/min aufgewickelt.

Die Füllung der Mischkammer wurde in diesem Fall hergestellt, indem Schichten von sich überkreuzendem 0,5 mm Stahldraht von 8 mm und 5 mm Dicke in einem Abstand von 0,5 mm in 10 Lagen aufgebaut wurden. Die entstandenen Verbundfäden wurden über eine 140° C heiße Platte geführt und um das 4fache gestreckt. Nach 2 Stunden langem Eintauchen in 120° C heißes Wasser mit anschließendem Trocknen an der Luft wurden die Verbundfäden kräftig mit den Händen gerieben, jedoch konnte man keine Auftrennung der beiden Komponenten feststellen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Spinndüse zur Herstellung eines aus mindestens zwei Polymerkomponenten bestehenden Verbundfadens mit unregelmäßig gestalteter Grenzfläche zwischen den Polymerkomponenten, welche Einlasse für zwei oder mehrere verschiedene flüssige Polymere, ein Verbindungsteil für die verschiedenen Polymeren, eine mit Füllkörpern gefüllte Mischkam- ι ο mer und ein Spinnloch umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (5) in einer Schichtdicke von mehr als etwa 5 mm mit Füllkörpern von etwa 0,2 bis 2 mm Durchmesser gefüllt ist, die der Formel