DE1950993A1 - Stapelfaser aus Kunstfasern sowie Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Patentanwalt· <J, Q^ ^q

Dipi.-tngleinwebir 1950993 oipi.-ing.Zirnmermann

München 2, losentol ?

Tel. 261989 Dld/m.HGM

Toyo Rayon Company Limited, Tokyo (Japan)

Stapelfaser aus Kunstfasern sowie Verfahren ' zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Stapelfaser aus Kunstfasern sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung»

Bisher wurden zum Spinnen hauptsächlich Ringspinnmaschinen verwendet. Bei einer Ringspinnmaschine bestehen jedoch Grenzen, die durch das System der Maschine selbst gegeben sind. Die Geschwindigkeit des Läufers an einem Ring und des Drehungsmechanismus, welcher die Drehbewegung einer Spindel ausnützt, begrenzt nämlich die Produktivität. Als Ersatz für die bekannten Ringspinnmaschinen wurde in neuerer Zeit das Offenend-Spinnverfahren eingeführt, welches pneumatische Kräfte ausnützt. Beim Offenend-Spinnverfahren, bei welchem eine Trennung sowie ein darauf folgendes Drehen und Aufwickeln erfolgt, kann der komplizierte Drehmechanismus mit einem Läufer und einem Ring weggelassen werden, und es entfallen die schweren Spulen, welche sich mit hohen Drehzahlen drehen. Das neuartige Spinnverfahren hat daher eine erhöhte Leistungsfähigkeit. Ein wesentliches Merkmal bei der Ausführung des Offenend-Spinnverfahrens besteht in einem Unterbruch zwischen einem Strang von faserigem Rohmaterial, welches der Spinnmaschine

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zugeführt wird, sowie einem in der Maschine gebildeten Garn, worauf auch die Bezeichnung "Of fene'nd-Spinnverfahren" zurückzuführen ist. Es sind bereits viele Vorschläge gemacht worden, wie der Unterbruch zwischen dem faserigen Rohmaterial und dem Garn ausgeführt werden soll. Bei allen Verfahrensschritten ist die Weise wichtig, auf welche der Unterbruch erfolgt, da es .einer der wesentlichen Paktoren ist, welcher die Qualität des gebildeten Garnes beeinflusst.

Wie bereits erwähnt, werden beim Offenend-Spinnverfahren faserige Materialien, welche einen kontinuierlichen Faserstrang bilden, in der Spinnkammer voeinander gelöst, so dass der Zusammenhang zwischen dem Paserstrang und dem- gebildeten Garn unterbrochen wird.

Beim Offenend-Spinnverfahren bestehen einige wesentliche Paktoren, welche berücksichtigt werden müssen.. Es sind dies die Reibungskraft zwischen Fasern des Paserstranges oder ein Widerstand gegen ein Herausziehen einer Faser aus dem Bündel, der Widerstand der Faser in einer Luftströmung, eine gleichmässige Trennung, Oeffnung und Suspension der Fasern usw. Wenn die Fasern aus einem Faserstrang gelöst werden, z.B. einem Florband oder einem Vorgarn, und in die Spinnkammer eingeführt werden, muss jede einzelne Faser rasch herausgezogen werden und einzeln in einer geraden Linie geführt werden. Wenn dies nicht erfolgt, so wird eine grosse Anzahl von schwimmenden und geknickten Fasern gebildet, wodurch Unregelmässigkeiten in der Zufuhr der Fasern in die Spinnkammern entstehen. Dadurch entstehen Fadenbrüche und eine Ungleichmässigkeit des in der Kammer gebildeten Garnes.

Beim bisher bekannten Offenend-Spinnverfahren wurden diese wichtigen Faktoren nicht berücksichtigt, so djiss ein gleichmässiges und stetig gesponnenes Garn nicht erhalten werden konnte. Es besteht daher ein Bedarf an Stapelfasern für das Offenend-Spinnverfahren, welche die erwähnten Nachteile nicht aufweisen.

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Die Erfindung hat die Schaffung von synthetischen Stapelfasern zum Ziel, welche zur Herstellung von gesponnenem Garn nach dem Offenend-Spinnverfahren geeignet sind, wobei eine gleichmässige Zufuhr in die Spinnkammer einer Offenendspinnmaschine gewährleistet ist. Das erfindungsgemässe Garn soll gleichzeitig zu einer bedeutenden Verminderung der Anzahl von Fadenbrüchen sowie der Une-leichmässigkeit des hergestellten Garnes führen.

Die erfindungsgemässe Stapelfaser, durch welche dieses Ziel

erreicht wird, ist gekennzeichnet durch charakteristische"Eigen-

—i ? schäften der Fasern, welche die Formel 1.6 χ 10 (Cn-12.5) +

+ 1.1 χ 10"¹ (Ci - II)² + 3.27 x 10"³ (Gr - 52.5)² + 6.25 x 10² - 0.36)² + 6.25 x 1O² Ulä - 0.28)².<l erfüllen, wobei Cr, Ci,

Cr, Xis und Aid die Anzahl der Bögen der Kräuselung, der Prozentsatz der Böfen, der Koeffizient der Elastizität der Kräuselung, der statische Reibungskoeffizient bzw. der dynamische Reibungskoeffizient der Fasern sind.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der Stapelfaser ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kunstfasern nach dem Kräuseln einer Fixierung durch Wärme bei Temperaturen in einem Bereich von 100 C bis 115 C unterzogen werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung.

In der Figur der Zeichnung sind in Ansicht und teilweise im Schnitt die richtigsten Teile einer typischen Offenendspinnmaschine dargestellt.

Entsprechend der Zeichnung wird ein Faserstrang 1 eines faserigen Rohmateriales durch eine Zuführrolle 3 einem Zuführrohr 5 zugeführt, durch welches der Faserstrang mit der Hilfe einer Luftströmung in eine Spinnkammer 4 eingeführt wird. Beim Uebergang aus dem Zuführrohr 5 in die mit hoher Drehzahl rotierende Spinkammer 4 wird das faserige Material, aus welchem der Faserstrang 1

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zusammengesetzt ist, gelöst und wird nacheinander von neuem zusammengefasst, so dass ein zusammenhängendes Garn entsteht. Das Garn wird gedreht und aus der Spinnkammer 4 durch Klemmrollen 7 abp^ezoiren. Das Garn wird dabei über Fadenwächter 6 geführt und darauf mittels einer Wickeltrommel 8 zu einer Kreuzspule aufgespult.

Die Kunstfaser, aus welcher die erfindungsgemässe

Stapelfaser hergestellt wird, kann aus einem Material oder mehreren Materialien der Gruppe bestehen, welche Polyamid, Polyester, Polyacrylonitrile Polyäthylen, Polypropylen usw. enthält. Die Kunstfaser muss dabei gekräuselt sein. Einer der Gründe, warum die Stapelfaser, d.h. das faserige Rohmaterial zum Spinnen gekräuselt wird,

W besteht darin, dass ein Zusammenhalt zwischen den Fasern gebildet wird, wodurch die Behandlung der Stapelfaser beim Spinnen erleichtert wird. Die Kräuselung der Stapelfaser ist insbesondere beim Oeffnen und beim Bearbeiten in der Schlagmaschine sowie in der Karde wichtig. Eb ist nämlich sehr schwer mit der Stapelfaser eine Faserschicht oder ein Kardenband auszubilden, wenn sie nicht gekräusoll ist. Im Gegensatz dazu ist die Kräuselung beim Strecken, beim Vorspinnen sowie beim Feinspinnen nicht vorteilhaft. So wird durch die Anwesenheit der Kräuselung beim Feinspinnen eine grössere Menge von schwimmenden Fasern verursacht. Insbesondere beim Offenond-Spinnverfahren hat eine Kräuselung eine Unstetigkeit und UnrleichmässiFkeit der Zufuhr der Stapelfasern in die Spinnkammer zur

' Folge, wodurch die Entstehung von Fadenbrüchen sowie einer Unfleichmässigkeit des Garnes verursacht wird. Es wird daher eine Kräuselung bevorzugt, welche bei den ernten Verfahrensschritten beim Spinnen vorhanden ist, und die beim Feinapinnen fast verschwindet.

Bei der Herstellung von gesponnenen Garnen aus synthetischen Stapelfasern worden die Käsern in der Kegel Arielen und komplizierten Behandlungen unterzogen, und zwar beim normalen Spinnverfahren mittels einer Ringspinnmaschine; wie auch beim üffenrnd-Spinnverfahren. Beim of innen wird das fanorjge Material bzw. ein

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Faserstrang des faserigen Materiales verschiedenen Verformungen unterzogen. Die Eigenschaften der beim Spinnverfahren verwendeten Stapelfaser müssen den Anforderungen des Verfahrens entsprechen, damit das Material ohne Schwierigkeiten den einzelnen Verfahrensschritten unterzogen werden kann und zu einem Garn mit guter Qualität gesponnen werden kann. Bei einem Feinspinnverfahren, insbesondere beim Offenend-Spinnverfahren müssen z.B. in einem Zuführrohr, durch welches ein Faserstrang des faserigen Materiales in die Spinnkammer eingeführt wird, schwimmende Fasern in der erwähnten Weise auf ein Minimum beschränkt werden.

Auf Grund eingehender Untersuchungen an synthetischen Stapelfasern mit einer besseren Verarbeitbarkeit bei den einzelnen Verfahrensschritten eines Offenend-Spinnverfahrens zur Herstellung von gesponnenen Garnen, wobei Garne besserer Qualität erzielt wurden, hat es sich gezeigt, dass die wichtigsten Faktoren, welche die Verarbeitbarkeit der Stapelfaser beim Offenend-Spinnverfahren beeinflussen, die Anzahl der Bögen der Kräuselung Cn, der Prozentsatz der Bögen Ci, der Elastizitäts-Koeffizient der Kräuselung Cr, der statische Reibungskoeffizient ils und der dynamische Reibungskoeffizient Aid der synthetischen Stapelfaser sind. Dabei hat es sich gleichzeitig gezeigt, dass diese Faktoren innerhalb bestimmter Grenzen liegen müssen und untereinander ein bestimmtes Verhältnis haben müssen. Nähere Einzelheiten ergeben sich aus den folgenden Beispielen.

Die erwähnten charakteristischen Eigenschaften werden nach der japanischen Industrienorm L1O74-1965, Abschnitt 11, Paragraph 5 und Abschnitt 12, Paragraph 5 gemessen. Diese Bestimmungen lauten wie folgt:

Paragraph 5, 11, 1; die Anzahl der Bögen der Kräuselung Cn ist die Anzahl auf einer Länge von 25 mm nach einer Belastung einer Probefaser mit einem Gewicht von 2 mg pro Denier.

Paragraph 5, 11, 2 und 5, H, 3» nach der ursprünglichen Belastung von mg pro Denier wird eine Länge "a" der Probefaser

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gemessen. Darauf wird ein Gewicht von 50 mg pro Denier der Faser beigefügt und nach 30 Minuten die Länge der Probe (Länge "b") gemessen. Darauf werden alle Gewichte entfernt. Nach 2 Minuten wird wieder das anfängliche Gewicht von mg pro Denier der Faser angeordnet und die Länge der Faser (Länge "c") gemessen. Der Prozentsatz der Kräuselung Ci und der Koeffizient der Elastizität der Kräuselung Cr werden aus den Folgenden Formeln berechnet:

Ci (#) = [b -a/b) χ 100

Cr (fo) =jjh - c)/ (b - a)|x 100

Paragraph 5, 12; es wird eine Messvorrichtung zur Messung des Reibungskoeffizienten des Radar-Typs verwendet. Eine Probe, welche vorher zur Erzielung eines Gleichgewichtszustandes der

W Feuchtigkeit behandelt wurde, wird zu einem gleichmässigen Florband verarbeitet, worauf das Florband um einen Zyl'inder derart gewickelt wird, dass die Fasern des Florbandes parallel zu einer Achse des Zylinders verlaufen. Darauf wird an jedem Ende eine Faser, welche beliebig der Probe entnommen wird, ein Gewicht von 100 mg angeordnet. Die Faser wird über das am Zylinder befindliche Florband gehängt, wobei ein Ende der Faser mit einem Haken einer Torsionswaage verbunden wird. Der statische Reibungskoeffizient /US wird an der Torsionswaage anhand der zusätzlichen Belastung bei einer Drehung des Zylinders abgelesen. Der dynamische Reibungskoeffizient wird auf Grund einer Ablesung der Torsionswaage bestimmt, wenn beide Enden der Faser im Gleichgewichtszustand gehalten werden, wobei

' sich das zylindrische Florband mit einer. Umfangsgeschwindigkeit von 90 cm/Min, bewegt. Der statische und der dynamische Reibungskoeffizient werden darauf aus der folgenden Gleichung berechnet:

lis oder iid = 0.733 log (W/W - m)

wobei W (mg) ein Gewicht ist, welches an beiden Enden der Faser angebracht wurde und m (mg) die Ablesung der Torsionswaage.

Wie bereits erwähnt, muss die Kräuselung dker Stapelfaser ihre Form beim Oeffnen, in der Schlagmaschine und in der Karde behalten. Dagegen sollte die Kräuselung beim Feinspinnen fast yer-

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schwinden, da dabei die Kräuselung erschweren würde. Es wurden daher Versuche unternommen, um. ein geeignetes Verfahren zu finden, durch welches eine derartige Kräuselung bei Stapelfasern aus Kunstfasern ausgebildet werden könnte. Es hat sich gezeigt, dass es in dieser Beziehung vorteilhaft war, die Stapelfaser einer Fixierung durch Wärme unter bestimmten Bedingungen nach dem Kräuseln zu unterziehen. Die Bedingungen sind in einem Temperaturbereich von 100 bis 115 C erfüllt. Durch ein Fixieren in diesem Temperaturbereich ■'•ird die Entstehung von Fadenbrüchen sowie von Ungleichmässigkeiti
drückt.

sigkeiten wie auch eine Erhöhung des Schrumpfen^ des Garnes unter-

Die Kräuselung kann für den erfindungsgemässen Zweck mittels einer Stauchkammer., einer Klinge, nach dem Falschzwirnverfabren oder Zwirnverfahren bzw. nach einem anderen bekannten Verfahren ausgeführt werden. Die Fixierung erfolgt vorzugsweise in einer trockenen Atmosphäre während einer entsprechend gewählten Zeit, vorzugsweise in einer Strömung heisser Luft während mindestens zehn Minuten..

ßs hat sich gezeigt,- dass die hervorragenden Eigenschaften der erfindungs/remässen Stapelfaser durch Kunstfasern erhalten werden, die auf die beschriebene Weise behandelt wurde. Es versteht sich, dass für diesen Zweck entsprechende Vorrichtungen, Bedinrnnp-en und Rohmaterialien im Rahmen der Erfindung ausgearbeitet werden können. . .

Beispiel 1

Polyester-Stapelfasern mit einer Feinheit von 1.5 Denier und einer Faserlänge von 3^P mm sowie charakteristischen Eigenschafter nach der Tabelle 1 wurden einem Oeffnungsvorgang unterzogen, in einer uchl.apmaschine und einer Karde behandelt, zweimal gestreckt, zu einem Vorgarn ausgebildet und darauf :iach einem Offenfnd-3pinnverfahren gesponnen. Die Verarbeitbarkeit und die Qualität des erhaltenen Garnes ergeben sich aus der Tabelle 2.

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Tabelle 1'

Ch

Ci

Cr

1	12.4	11.8	81.7	0.325	0.419
CNJ	12.7	13.1	84.0	0.332	0.440
3	9.6	7.3	52.1	0.317	0.384
4	12.8	12.0	54.0	0.277	0.342
5	13.3	14.5	83.4	0.313	0.412

Tabelle 2

Nr. Verarbeitbarkeit

im vorderen Bereich
des Spinnvorganges

Anzahl der Fadenbrüche beim Feinspinnen (pro 1000 Spindelstunden)

Crleichmässigkeit der Garne

1	gut
2	gut
3	schlecht
4	gut
5	gut

380

540

62

55

747

15.1 15.6 13.3 13.3 16.8

Wie aus der Tabelle 2 hervorgeht, so sind die Proben Nr. 1, 2 und 5 nicht günstig, da sie eine grosse Anzahl von Fadenbrüchen sowie eine bedeutende Ungleichmässigkeit beim Feinspinnverfahren aufweisen. Die Probe Nr. 3 ist ebenfalls nicht günstig, da sie im vorderen Bereich des Spinnvorganges eine schlechte Verarbeitbarkeit aufweist, insbesondere wegen ungleichmässiger Eigenschaften der Faserschicht beim Karden und im Faserband, obwohl die Anzahl der Fadenbrüche und die Ungleichmässigkeit des Garnes geringer

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sind. Die Probe-Nummer 4 zeigt bei allen Behandlungen befriedigende Resultate.

Beispiel 2

Es wurden die gleichen Messungen, wie sie in der Tabelle 1 angeführt sind, mit einer Stapelfaser aus Polyamid mit einer Feinheit von 1.5 Denier und einer Faserlänge von 38 mm ausgeführt. Die charakteristischen Eigenschaften der Proben sind in der Tabelle 3 enthalten.

Tabelle 3

Nr.

Cn

Ci

Cr

6	13.1	10.2	65.8	0.292	0.368
7	14.2	13.1	54.3	0.283	0.344
R	13.8	12.0	81.0	0.317	0.392
9	10.6	10.1	64.7	0.320	0.416
10	11.6	10.4	77.8	0.302	0.381

Die Stapelfaser wurde einem Oeffnungsvorgang unterzogen, in einer Schlagmaschine sowie einer Karde behandelt, zweimal gestreckt, zu einem Vorgarn verarbeitet und darauf nach dem Offenend-Spinnverfahren gesponnen. Die Verarbeitbarkeit und die Qualität des Garnes sind in der Tabelle 4 enthalten.

Tabelle 4

Er. Verarbeitbarkeit im vorderen Bereich des Spinnvorganges

Anzahl der Fadenbrüche beim Feinspinnen (pro 1000
Spindelstunden)

Gleichmässigkeit der Garne W)

7 8

10

gut	-	•	9 -	71
gut	009820/		1762	216
gut		304
schlecht		577
gut		458

13.6 14.2 17.1 15.4 16.3

ff)

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, sind die Proben Nr. 7,8,9 und 10 nicht günstig, da sie eine erhöhte Anzahl von Fadenbrüchen beim Offenend-Spinnverfahren aufweisen. Nur die Probe-Nummer 6 zeigt ein befriedigendes Resultat. Diese Probe wurde unter Verwendung einer besonderen Vorrichtung zum Fixieren durch Wärme hergestellt, welche stromabwärts einer Kräuselvorrichtung bei der Herstellung der Stapelfaser angeordnet wurde.

Beispiel 3 - '

Durch die erwähnten und andere zahlreiche Versuche wurden die zu bevorzugenden Grenzen der charakteristischen Eigenschaften der Stapelfaser bestimmt. Dabei wurde auch das Verhältnis der einzelnen charakteristischen Eigenschaften sowie die zulässigen Grenzwerte, innerhalb welcher sie sich bewegen können, bestimmt. Es hat sich dabei erwiesen, dass ein Wert Y, welcher durch die folgende Gleichung bestimmt ist, einen geeigneten Hinweis zur Bestimmung der Eigenschaften des Garnes liefert.

Y = 1.6 χ ICf¹ (Cn - 12.5)² + 1.1 x ΙΟ"¹ (Ci - II)²·· + + 3.27· χ 1O"³ (Cr - 52.5)² +"6.25 x IC² fön - 0.36)² + + 6.25 x IC² fold - 0.28)²

Wenn für die vorher erwähnten Proben der Y-Wert bestimmt wird, wird die Tabelle 5 erhalten.

Tabelle 5

^der 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Y-Wert 6.31 9.32 4.07 0.34 6.94 0.84 1.12 4.53 4.11 2.99

Wie aus der Tabelle 5 hervorgeht, haben die Proben Nr. 4 und Nr. 6, welche die beste Verarbeitbarkeit und Qualität des Garnes in den Tabellen 1 bie 4 zeigen, den kleinsten Wert Y. Ausserdem

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hat es sich bei einer näheren Untersuchung des Verhältnisses zwischen dem Y-Wert und der Verarbeitbarkeit des Materiales im vorderen Bereich des Spinnvorganges sowie der Anzahl der Fadenbrüche sowie der Ungleichmassigkeit des Garnes beim Offenend-Spinnverfahren gezeigt, dass in allen Fällen eine Stapelfaser mit einem Wert Y von weniger als 1 die besten Resultate liefert.

Wenn der Wert Y für die charakteristischen Eigenschaften verschiedener Stapelfasern aus Polyamid oder Polyester berechnet wird, die derart auf dem Markt erhältlich sind, wird ein Wert von mehr als 1 erhalten. Materialien, welche einen Wert Y von weniger als 1 hätten, sind nicht erhältlich. Von der Vielzahl von synthetischen Stapelfasern, welche mit Rücksicht auf die Temperatur beim Fixieren durch Wärme nach einem Spinn-Streck-Verfahren, einer Temperatur zum Fixieren durch Wärme nach dem Strecken sowie mit Rücksicht auf Materialien zum Oelen für das Spinnen hergestellt wurden, haben nur wenige Stapelfasern einen Wert Y von weniger als 1.

Beispiel 4

Polyäthylen-Terephtalat mit einer spezifischen Viskosität von 0.66 wird gesponnen, gestreckt und gekräuselt. Die Faser hat eine Anzahl von Bögen von 12.8/25 mm und einen Prozentsatz der Bb>en von 12.0$. Die Faser wird einem Fixieren durch Wärme bei Temperaturen von 90° C, 105° C und 120° C während 20 Minuten in einer Strömung von trockener Luft unterzogen und darauf zu Stapelfasern geschnitten. Die Stapelfasern wurden geöffnet, in einer Schlagmaschine und einer Karde behandelt, zweimal gestreckt, zu einem Vorgarn verarbeitet und nach dem Offenend-Spinnverfahren gesponnen. Die Anzahl von Fadenbrüchen, die Gleichmässigkeit des Garnes sowie das Schrumpfen in siedendem Wasser sind in der Tabelle 6 enthalten.

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Tabelle	6	Anzahl der	Elastizi	Ungleich-	Schrumpfen
		Fadenbrüche	täts-Koeffi	mässigkeit	in sieden
	Tempera	beim Offen-	zient der	des Garnes	dem Wasser
	tur beim	end-Spinn-	Kräuselung	W)
	Fixieren	verfahren	(*)
		(pro 1000
TVT		Spindel
Nr.		stunden
		43	50.0	13.1	4.7
		55	54.0	13.3	3.4
1	90	124	61.0	15.1	2.4
2	105
3	120

Die Proben Nr. 1 und 3» welche einen Wert Y von mehr als 1 haben, sind entschieden schlechter als die Probe Nr. 2, welche einen Wert Y von weniger als 1 hat, und zwar bezüglich der Anzahl der Fadenbrüche sowie des Koeffizienten der Elastizität der Kräuselung. Ausserdem schrumpft die Probe Nr. 1 mehr in siedendem Wasser. Die Probe Nr. 3 hat eine grössere Ungleichmässigkeit des Garnes.

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Stapelfaser aus Kunstfasern, gekennzeichnet durch charakteristische Eigenschaften der Fasern, welche die Formel 1.6 χ 10"¹ (Cn - 12.5)² + 1.1 x ΙΟ"¹ (Ci - ll)² *

+ 3.27 χ 1O"³ (Cr. - 52.5)² + 6.25 x IC² (ms - O.36)² +

2 2

+ 6.25 x 10 (ad - 0.28) <1 erfüllen, wobei Cn, Ci, Cr, .ils und JUd die Anzahl der Bögen der Kräuselung, der Prozentsatz der Bögen, der Koeffizient der Elastizität der Kräuselung, der statische Reibungskoeffizient bzw. der dynamische Reibungskoeffizient der Fasern sind.

\2j Verfahren zur Herstellung der Stapelfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunstfasern nach dem Kräuseln einer Fixierung durch Wärme bei Temperaturen in einem Bereich von 100 C bis 115 C unterzogen werden.

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Le e rseι te