DE19605832A1 - Verfahren zur Herstellung von Fasern mit optischen Eigenschaften - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Ver­ fahren zum Herstellen von Fasern mit optischen Eigenschaften nach einem Schmelzspinnverfahren und insbesondere auf ein Ver­ fahren zum Herstellen von Fasern mit optischen Eigenschaften, die Ultraviolett-(UV-) oder Infrarot-(IR-)Licht reflektieren oder durch Reflexions-, Interferenz-, Brechungs- oder Streuphä­ nomena sichtbare Lichtstrahlen Farben zeigen.

Üblicherweise ist ein Verfahren zum Annehmen anorganischer oder organischer Farbstoffe und Pigmente oder zum Streuen hellen Lichtes allgemeinem Einsatz zum Erzeugen verschiedener Fasern und Überzügen mit gewünschten Farben oder verbessertem Ausse­ hen.

In letzter Zeit bestehen mit der allgemeinen Verbraucherten­ denz, Stoffe höherer Qualität zu fordern, gesteigerte Anforde­ rungen an geschmackvolle und qualitativ hochwertige Strukturen, die Farben zeigen, die mit dem Betrachtungswinkel variie­ ren und einen kräftigen Farbeindruck vermitteln.

Es sind einige Mikrostrukturen entwickelt und vorgeschlagen worden, um die obigen Anforderungen zu befriedigen. Es gibt be­ reits ein Material, das durch Reflexion, Interferenz, Brechung oder Streuung Farbwirkungen hervorruft, ohne Farbstoffe und Pigmente zu verwenden. Ein weiteres Material zeigt eine tiefere und hellere Farbe durch Kombination der vorgenannten optischen Wirkung mit Farbstoffen und Pigmenten.

Die JP 43-14185 und die JP-A 1-139803 zeigen beschichtete schillernde Kompositfasern, die aus zwei oder mehr Kunstharzen bestehen, die unterschiedliches optisches Reflexionsvermögen haben. Das Journal of the Textile Machinery Society of Japan, Band 42, Nr. 2, Seiten 55-62, veröffentlicht 1989 und Band 42, Nr. 10, Seiten 60-68, veröffentlicht ebenfalls 1989, beschreibt laminierte photo-beeinflußbare Polymerfilme zum Erzeugen von Farben durch optische Interferenz, wobei ein Film mit ani­ sotroper Molekularorientierung zwischen zwei polarisierenden Filmen eingeschlossen ist.

JP-A-59-228042, JP-B2 60-24847 und US 45 14 459 zeigen schil­ lernde Stoffe, die beispielsweise mit Hilfe eines südamerikani­ schen Morpho-Schmetterlings hergestellt sind, der weithin durch seinen hellen Farbton bekannt ist, der sich mit dem Betrach­ tungswinkel ändert.

JP-A 62-170510 beschreibt Fasern, die Interferenzfarben auf­ grund von Vertiefungen vorbestimmter Breite zeigen, die an der Oberfläche der Fasern ausgebildet sind. Diese Druckschrift be­ schreibt, daß die gebildeten Fasern in der Farbe aufgrund des Fehlens von Farbstoffen und Pigmenten dauerhaft und permanent sind.

Mit den Mikrostrukturen, wie sie in JP 43-14185 und JP-A 1- 13 9803 beschrieben sind, ist es schwierig, feine Fasern und winzige Chips oder Teile herzustellen und die vorherrschende Wellenlänge (sog. Spitzenwellenlänge) reflektierter sichtbarer Lichtstrahlen zu beeinflussen.

Andererseits ist es mit den Mikrostrukturen, die in JP-A 59- 228042, JP-B2 60-24847, US 45 14 485 und JP-A 62-170510 be­ schrieben sind, schwierig, den gewünschten Färbungseffekt zu erreichen, was von den undefinierten Abmessungen (Dicke, Länge und Brechungsindex) der Mikrostrukturen usw. herrührt.

Zur Lösung solcher Nachteile schlägt JP-A 6-017349 (= US 54 07 738) neue Mikrostrukturen zum Erzeugen heller und permanenter Farben, die sich mit dem Betrachtungswinkel durch Reflexion und Interferenz sichtbarer Lichtstrahlen ändern, vor. In dieser Druckschrift haben die Fasern einen Querschnitt mit parallelen Rippenabschnitten und einem Mitten- oder Kernabschnitt senk­ recht dazu, wobei die parallelen Rippenabschnitte zur Reflexion ultravioletter oder infraroter Strahlung dienen, oder die Far­ ben durch Reflexion und Interferenz sichtbarer Lichtstrahlen zeigen.

Mit den Mikrostrukturen der vorgenannten Druckschrift ist es jedoch schwierig, zum Beispiel parallele Rippenabschnitte der Fasern sehr dünn mit leichtem Fehler und verminderten Herstel­ lungskosten zu erzeugen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren zum Herstellen von Fasern mit vorbestimmter Reflexions- und Interferenz-Funktion mit Genauigkeit und reduzierten Her­ stellungskosten anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein System zum Herstellen von Fasern mit den vorgenannten Merkmale ist Gegenstand des Anspruchs 18.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen näher erläutert.

Fig. 1A-1E sind schematische Darstellungen von Beispielen der Öffnung einer Spinndüse, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einem Verhältnis des Intervalls zwischen ersten Schlitzen zur Breite derselben und einem Transskriptionsfaktor eines Querschnitts aus gebildeten Fasern zeigt;

Fig. 3 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 2, die das Verhältnis zwischen der Scherrate und der Schmelzviskosität thermoplasti­ scher Polymere (Polysterol) zeigt;

Fig. 4 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 3, die das Verhältnis zwischen der Scherrate und der Schmelzviskosität von thermopla­ stischen Polymeren (Polycarbonat) zeigt; und

Fig. 5A und 5B sind Darstellungen ähnlich der Fig. 1A-1E und zeigen die Querschnittsgestalt von Fasern mit optischen Eigen­ schaften, die man gemäß der vorliegenden Erfindung erhält.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bezug nehmend auf die Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausfüh­ rungsformen eines Verfahrens zum Herstellen von Fasern mit op­ tischen Eigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung be­ schrieben.

Gemäß den Fig. 1A-1E ist eine Spinndüse, auf die sich die vor­ liegende Erfindung bezieht, mit einer Öffnung versehen, die we­ nigstens eine Gruppe erster Schlitze 101 übereinstimmender Breite und parallel zueinander in regelmäßigen Abständen ange­ ordnet und einen zweiten Schlitz 102 aufweist, der senkrecht zu den ersten Schlitzen angeordnet ist.

Die Fig. 1A-1E zeigen Beispiele von Querschnitten der Öffnung der Spinndüse. Bezug nehmend auf Fig. 1A hat die Spinndüse er­ ste Schlitze 101, die parallel zueinander angeordnet sind, und einen zweiten Schlitz 102, der senkrecht dazu angeordnet ist. Gemäß Fig. 1B hat die Spinndüse Gruppen erster Schlitze 101 mit zugehörigem zweitem Schlitz 102 und einen Verbindungsschlitz, der in der Mitte der ersten Schlitze 101 angeordnet ist. Gemäß Fig. 1C haben die ersten Schlitze 101 Enden, die breiter sind, als das Maß an der Überschneidung mit dem zweiten Schlitz 102. Gemäß Fig. 1D sind die ersten Schlitze 101 oval an ihren Enden, und nicht scharfkantig, wie in Fig. 1A gezeigt, ausgebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1E haben die ersten Schlitze 101 unterschiedliche Länge, die vom einen Ende des zweiten Schlitzes 102 zum anderen Ende desselben allmählich zunimmt.

Wie man aus dem Vorangehenden ersieht, ist die vorliegende Er­ findung ausführbar, gleichgültig, ob die ersten Schlitze 101 rechteckig oder am Ende verrundet, d. h. elliptisch oder oval sind. Darüber hinaus ist in den Fig. 1A-1E die Anzahl der er­ sten Schlitze 101 gleich 6 oder 7, alternativ können es aber auch zwei oder mehr sein, wie in JP-A 6-017349 (=US 54 07 738) auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, beschrieben ist.

Wenn die Breite der ersten Schlitze 101 gleich groß W₁ ist, dann ist ihre Länge W₃ und die Breite des zweiten Schlitzes 102 ist W₂, während der Zwischenraum zwischen den ersten Schlitzen 101 gleich "d" ist. Die Spinndüse sollte dann so ausgebildet sein, daß sie die nachfolgende Bedingung erfüllt:

3W₂ ≦ W₃ (1).

Die Spinndüse sollte weiterhin die folgenden Bedingungen erfül­ len:

0.03 mm ≦ W₁ (2)

1 ≦ d/W₁ ≦ 30 (3).

Es wird nun beschrieben, warum die obige Bedingung (1) befrie­ digt sein sollte. Wie in JP-A 6-017349 (= US 54 07 738) be­ schrieben ist, ist die Bedingung (1) notwendig für Fasern mit optischen Eigenschaften, um eine wirksame Reflexion und Inter­ ferenz von Lichtstrahlen vorbestimmter Wellenlängen auszufüh­ ren. Wenn die Bedingung (1) nicht erfüllt ist, dann ist die Breite W₂ des zweiten Schlitze 102 größer, was nur unzureichend einen laminierten Bereich paralleler Rippenabschnitte von Fa­ sern garantiert, um Reflexions- und Interferenzeigenschaften zu zeigen.

Die Spinndüse sollte vorzugsweise so ausgebildet sein, daß sie die folgende Bedingung erfüllt:

5W₂ ≦ W₃ (4).

Die Bedingung (4) ist selbst dann wünschenswert, wenn unter der Bedingung (1) ein thermoplastisches Polymer, wie Polystyrol (PS) oder Polypropylen (PP) aus der Spinndüsenöffnung extru­ diert wird, wie in Fig. 1A gezeigt, um Fasern zu erhalten, die einen in Fig. 5A gezeigten Querschnitt haben. Ein Faserquer­ schnitt, wie er wirklich erreicht wird, hat einen Transkrip­ tionsfaktor von weniger als 0,6 aufgrund des großen Barus- Effektes, was zu einer Schwierigkeit führt, die Bedingung (1) zu erfüllen.

Nachfolgend wird erläutert, warum die Bedingung (2) eingehalten werden sollte. Zunächst ist bezüglich des Schlankheitsverhält­ nisses der Materialdicke (wie beispielsweise Edelstahl) zur Ausbildung der ersten Schlitze 101 zur Breite derselben anzuge­ ben, daß schmalere erste Schlitze 101 nur sehr schwierig herge­ stellt werden können. Wenn solche schmaleren ersten Schlitze 101 durch spezielle Funkenentladungstechnik erzeugt werden kön­ nen, dann können sie dem Druck des mit der Spinndüse extrodier­ ten geschmolzenen Polymers nicht widerstehen, der in Proportion zu der Verminderung der Öffnungsfläche der ersten Schlitze 101 zunimmt, was ein Festigkeitsproblem aufwirft.

Dann, wie später beschrieben wird, wenn die Breite W₁ der er­ sten Schlitze kleiner als 0,03 mm ist, dann wird die Scherrate eines daraus extrodierten geschmolzenen Polymers extrem erhöht, was zu einer unkontrollierbaren Querschnittsgestalt der gebil­ deten Fasern, d. h. zu einem verminderten Transkriptionsfaktor, führt.

Wenn die Querschnittsfläche der ersten Schlitze 101 vergrößert wird, d. h. die Länge W₃ ausreichend vergrößert wird, um eine Zunahme des obigen Extrusionsdrucks zu verhindern, entsteht ein weiteres Problem, daß eine ungleichförmige Druckverteilung in den ersten Schlitzen 101 erzeugt wird.

Aus der vorangehenden Beschreibung versteht man, daß die Breite W₁ der ersten Schlitze 101 auf einen gewünschten Wert festge­ legt werden kann, der gleich oder größer als 0,3 mm ist. Mit einer Vergrößerung der Breite W₁ der ersten Schlitze 101 wird jedoch deren Querschnittsfläche vergrößert, wodurch der Extru­ sionsdruck fällt, was zur Folge hat, daß eine geeignete Scher­ rate nicht errichtet wird, wie später beschrieben wird. Anderer­ seits, je kleiner die Breite W₁ der ersten Schlitze 101 ist, umso höher sind die Herstellungskosten der Spinndüse.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun der Grund erläutert, warum die Bedingung (3) eingehalten werden sollte. Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis d/W₁ des Intervalls "d" zwischen den ersten Schlitzen 101 zur Breite W₁ derselben und einen Transkriptionsfaktor Γ des Querschnitts gebildeter Fa­ sern. Wenn das Verhältnis d/W₁ gleich 0,5 oder kleiner ist, sind benachbarte Schlitze 101 einander zu nahe, so daß benach­ barte Rippen von geschmolzenem Polymer, die daraus extrudiert worden sind, nach dem Verlassen der Düse zusammenkleben. Wenn die Spinndüse, die die nach Fig. 1A gestaltet Öffnung aufweist, verwendet wird, dann wird beispielsweise der Querschnitt gebil­ deter Fasern elliptisch und ist weit von einem Niveau entfernt, in dem der Transkriptionsfaktor Γ als im linken Bereich von Fig. 2 liegend angesehen werden kann. Es wird vermutet, daß dieses hauptsächlich von der Oberflächenspannung geschmolzenen Polymers, dem Barus-Effekt, usw. zusätzlich zu variablen Fakto­ ren, wie beispielsweise verwendeten Polymer- und Spinnbedingun­ gen herrührt. Wenn das Verhältnis d/W₁ gleich 1 oder größer ist, dann ist der Transkriptionsfaktor Γ gleich 0,6 oder grö­ ßer, womit man in den Bereich sogenannter exzellenter Trans­ kription eintritt.

Es ist anzumerken, daß der Transkriptionsfaktor Γ den Zusammen­ hang zwischen der Gestalt des Querschnitts der Öffnung einer Spinndüse und der des Querschnitts von daraus extrudierten Fa­ sern angibt. Wenn der Transkriptionsfaktor Γ größer ist, dann ist die Querschnittsgestalt der Fasern näher an der der Spinn­ düsenöffnung. Hier ist der Transkriptionsfaktor Γ definiert als (Komplexität gebildeter Fasern)/(Komplexität der Spinndüse). Insbesondere wenn die Umfangslänge einer Öffnung der Spinndüse L ist, die Querschnittsfläche der Öffnung S ist, die Umfangs­ länge eines Querschnitts extrudierter Fasern gleich L′ ist und die Querschnittsfläche der Fasern S′ ist, dann erhält man den Transkriptionsfaktor Γ durch die Formel Γ = (L′²/S′)/(L²/S).

Im allgemeinen werden bezüglich der Reflexionscharakteristik Fasern als verfügbar erachtet, wenn der Transkriptionsfaktor Γ gleich 0,6 oder größer ist, so daß ein Wert von 0,6 auch ein Bezugswert für die Reflexionseigenschaften usw. ist. Daher sollte das Verhältnis d/W′₁ die folgende Bedingung erfüllen:

1 ≦ d/W₁ (3a).

Wenn das Verhältnis d/W₁ gleich 30 oder mehr ist, dann tritt ein Zusammenkleben von Schmelzpolymerfasern nicht auf, während gebogene oder gestörte Fasern erhalten werden nicht nur wegen der obigen ungleichförmigen Druckverteilung in den ersten Schlitzen 101, sondern auch wegen ungleichförmiger Kühlung und Verfestigung des geschmolzenen Polymers nach dem Extrudieren aus der Spinndüse, die keinen Querschnitt mit großem Transkrip­ tionsfaktor Γ haben, wie man im rechten Bereich in Fig. 2 sieht. Daher sollte das Verhältnis d/W₁ auch den folgenden Zu­ sammenhang erfüllen:

d/W₁ ≦ 30 (3b).

Wie man aus den Bedingungen (3a) und (3b) sieht, sollten das Verhältnis d/W₁ des Zwischenraums "d" der ersten Schlitze 101 zur Breite W₁ der ersten Schlitze 101 die Bedingung (3) erfül­ len.

Wenn die Herstellungsstabilität der Fasern, die Senkung der Herstellungskosten der Spinndüse, die anwendbaren thermoplasti­ schen Polymere, die Spinnbedingungen usw. zur Herstellung von Reflexion und Interferenz wirksamer in Betracht gezogen werden, d. h. eine größerer Transkriptionsfaktor Γ angestrebt wird, dann sollte die Spinndüse so ausgebildet sein, daß sie vorteilhaf­ terweise die folgenden Bedingungen erfüllt:

0.1 mm ≦ W₁ (5)

2 ≦ d/W₁ ≦ 20 (6).

Nachfolgend werden die wünschenswerten Spinnbedingungen eines thermoplastischen Polymers in einem Verfahren zur Herstellung von Fasern mit optischen Eigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die erwünschten Spinnbedingungen eines thermoplastischen Polymers müssen die folgenden Bedingungen er­ füllen, in denen γ die Scherrate und η die Schmelzviskosität sind:

3 × 10 ≦ η ≦ 1 × 10³ (8)

wobei die Einheiten 1/s bzw. Pa × s sind.

Als nächstes wird beschrieben, warum die Bedingungen (7) und (8) eingehalten werden sollen. Fig. 3 zeigt die Viskositätsei­ genschaften oder Fließkurven von Polystyrol (PS) als typisches thermoplastisches Polymer und eine Auswertung des Transkrip­ tionsfaktors Γ. Polystyrole gibt es mit drei Graden mit unter­ schiedlichem Molekulargewicht: PS#1, PS#2 und PS#3. Bezug neh­ mend auf Fig. 3 ist die Auswertung des Transkriptionsfaktors Γ durch einen Kreis angegeben, wenn er gut ist, und mit einem X, wenn er schlecht ist. Es ist anzumerken, daß die Transkription als groß oder exzellent angesehen wird, da die Fasern als ver­ fügbar beurteilt werden, wenn der Transkriptionsfaktor Γ gleich 0,6 oder größer ist, wie oben beschrieben. Darüber hinaus ist gemäß dieser Auswertung ein Bereich exzellenten Transkriptions­ faktors Γ durch dunkle Hinterlegung der Grafik angegeben. Zwei Fließkurven eines jeden Grades resultieren aus einer Differenz der Extrusionstemperatur. Man erkennt aus Fig. 3, daß die Transkription exzellent ist, wenn die Scherrate und die Schmelzviskosität η die Bedingungen (7) bzw. (8) erfüllen.

Gemäß Fig. 4 wird dieselbe Untersuchung an anderen thermopla­ stischen Polymeren, d. h. an Polycarbonat (PC) ausgeführt, wobei zwei Gerade unterschiedlichen Molekulargewichts, nämlich PC#1 und PC#2 eingesetzt werden. Wie man aus Fig. 4 erkennt, zeigt dieser Test, daß die Transkription exzellent unter den Bedin­ gungen ist, die durch die obigen Gleichungen (7) und (8) defi­ niert sind. Weiterhin zeigen vollständige Untersuchungen der anderen thermoplastischen Polymere, wie beispielsweise Polypro­ pylen und Polyethylenterephthalat, daß die Transkription unter den obigen Bedingungen hervorragend ist.

Der Grund, warum die Transkription nicht groß ist, wenn die obigen Bedingungen im Falle der Extrusion thermoplastischer Po­ lymere unter Verwendung der Spinndüse der vorliegenden Erfin­ dung nicht eingehalten werden, können derzeit nicht eindeutig angegeben werden, es wird jedoch grob folgendes vermutet:Wenn die Schmelzviskosität η klein ist (3 × 10 η), wenn die Scherrate klein ist (2 × 10² γ) dann neigt der Querschnitt des aus der Spinndüse austretenden Polymers unweigerlich zu einer Verrundung aufgrund des großen Beitrags der Oberflächen­ spannung, die zu einer kleinen Transkription führt. Wenn die Schmelzviskosität η groß ist (η 1 × 10³), dann wird die Transkription in gewissem Umfang verbessert, der jedoch nicht zufriedenstellend ist.

Wenn andererseits die Schmelzviskosität η klein ist (3 × 10 η), wenn die Scherrate groß ist (γ 1 × 10⁴), dann wird die Menge extrudierten Polymers vergrößert, was zu einer unzurei­ chenden Kühlung und Verfestigung führt. Wenn die Schmelzvisko­ sität η groß ist (η 1 × 10³), dann wird der Querschnitt des extrudierten Polymers aufgrund des Barus-Effekts verformt, d. h. man erhält keine große Transkription oder man kann überhaupt nicht spinnen.

Vollständige Untersuchungen zeigen, daß thermoplastische Poly­ mere im wesentlichen dieselbe Tendenz haben, selbst bei gewis­ sen Abweichungen in Abhängigkeit von der Art des verwendeten thermoplastischen Polymers. Beispiele thermoplastischer Polyme­ re, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, sind Po­ lyolifine, wie Polyethylen und Polypropylen, Polyester, wie Po­ lyethylenterephthalat und Polytetramethylenterephthalat, Poly­ styrol, Polycarbonate, Polyfluorethylen, Polyacetal, Poly­ phenylsulfid usw. Copolymere und Mischpolymere mit zwei oder mehr der obigen Polymere können ebenso eingesetzt werden. Eine große Wirkung erhält man, wenn die vorliegende Erfindung spe­ ziell auf Polycarbonate usw. angewendet wird, die eine große Schmelzviskosität und thermische Aktivierungsenergie für visko­ ses Fließen aufweisen.

Bezug nehmend auf die Fig. 5A und 5B werden bevorzugte Ausfüh­ rungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.

Eine erste Ausführungsform wird beschrieben. Polystyrol (mittleres Molekulargewicht 3,1 × 10⁵) wird als thermoplasti­ sches Polymer eingesetzt und wird mit hoher Geschwindigkeit un­ ter Verwendung der Spinndüse extrudiert, die die Gestalt nach Fig. 1A mit folgenden Abmessungen aufweist: (W₁ = 0,2 mm, W₂ = 0,2 mm, W₃ = 4,0 mm, d = 1,8 mm und d/W₁ = 9), wobei die Extru­ sionstemperatur 270°C und die Scherrate 1 × 10³ (1/s) sind. Die Schmelzviskosität η ist etwa 1 × 10² (Pa × s). Dann wird ther­ misches Ziehen bei einer Temperatur von 105°C ausgeführt, um Fasern mit einem Querschnitt nach Fig. 5A zu erhalten, die Lichtstrahlen einer Wellenlänge nahe Infrarot reflektieren.

Mit Hilfe einer Elektronenmikroskopfotografie eines Quer­ schnitt s der erhaltenen Fasern wurden ein Maßverhältnis der Breite W′₁ entsprechend "db" gemäß Fig. 5A zur Breite "d′" ent­ sprechend "da" gemäß Fig. 5A, eine Umfangslänge und eine Quer­ schnittsfläche gemessen, um den Transkriptionfaktor Γ zu ermit­ teln. Darüber hinaus wurde ein Reflexionsspektrum bei einem Einfallswinkel von 0° und einem Aufnahmewinkel von 0° unter Verwendung eines Mikrospektrofotometer des Modells U-6000 von Hitachi Co., Ltd. ermittelt.

Tabelle 1

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der obigen Auswertungen. Aus Ta­ belle 1 sieht man, daß nahe bei Infrarot liegende Strahlung re­ flektierende Fasern mit 65% Reflexionsvermögen bei 1,0 µm Wel­ lenlänge erhalten werden. Das heißt, gemäß der ersten Ausfüh­ rungsform können Fasern mit optischer Eigenschaft mit Genauig­ keit hergestellt werden, die die Bedingungen von Fasern mit Re­ flexions- und Interferenzfunktion befriedigen, wie in JP-A 6-017349 (= US 54 07 738) beschrieben ist.

Eine zweite Ausführungsform wird nun beschrieben. Polycarbonat (mittleres Molekulargewicht 2,77 × 10⁸) vacuum-dehydriert (120°C × 6H) wird als thermoplastisches Polymer eingesetzt und mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung der Spinndüse fol­ gender Abmessungen extrudiert: W₁ = 0,1 mm, W₂ = 0,1 mm, W₃ = 1,0 mm, d = 1,0 mm und d/W₁ = 10, wobei die Spinndüse die in Fig. 1B gezeigte Gestalt hatte. Die Extrusionstemperatur war 300°C und die Scherrate 8 × 10 (1/s). Die Schmelzviskosität η lag bei 4 × 10² (Pa × s). Thermisches Ziehen wurde dann bei einer Temperatur von 170°C ausgeführt, um grünfärbende Fasern zu erhalten, die einen Querschnitt der in Fig. 5B gezeigten Ge­ stalt hatten.

Mit Hilfe einer Abtastelektronenmikroskopfotografie wurde ein Querschnitt der erhaltenen Fasern untersucht. Ein Dimensions­ verhältnis der Breite W′₁ entsprechend "db" nach Fig. 5B zur Breite "d′" entsprechend "da" nach Fig. 5B, eine Umfangslänge und eine Querschnittsfläche wurden gemessen, um den Transkrip­ tionsfaktor Γ zu ermitteln. Darüber hinaus wurde ein Refle­ xionsspektrum bei einem Einfallswinkel von 0° und einem Aufnah­ mewinkel von 0° unter Verwendung eines Mikrospektrofotometers vom Typ U-6000 von Hitachi Co., Ltd. ausgewertet.

Tabelle 1 zeigt ebenfalls die Ergebnisse der obigen Auswertun­ gen. Dementsprechend erhält man grünfärbende Fasern mit 59% Reflexionsvermögen bei 0,55 µm Wellenlänge. Das heißt, gemäß der zweiten Ausführungsform können Fasern mit optischer Funktion mit Genauigkeit hergestellt werden, die die Bedingungen von Fa­ sern mit Reflexions- und Interferenzfunktion befriedigen, wie in JP-A 6-017349 (= US 54 07 738) beschrieben.

Eine dritte Ausführungsform wird nun erläutert. Polycarbonat (mittleres Molekulargewicht 2,77 × 10⁵), vacuum-dehydriert (120°C × 6H) wird als thermoplastisches Polymer eingesetzt und unter Verwendung einer Spinndüse mit folgenden Abmessungen ex­ trudiert: W₁ = 0,15 mm, W₂ = 0,15 mm, W₃ = 2,0 mm, d = 1,5 mm und d/W₁ = 10, wobei die Spinndüse die in Fig. 1A gezeigte Ge­ stalt hat und die Extrusionstemperatur 300°C beträgt und die Scherrate 8 × 10² (1/s) ist. Die Schmelzviskosität η ist etwa 4 × 10² (Pa × s). Dann wird thermisches Ziehen bei einer Tempera­ tur von 170°C ausgeführt, um Infrarotstrahlen reflektierende Fasern mit einer Querschnittsgestalt zu erhalten, die in Fig. 5A dargestellt ist.

Mit Hilfe einer Abtastelektronenmikroskopfotografie werden ein Querschnitt der erhaltenen Fasern, ein Dimensionsverhältnis der Breite W′₁ entsprechend "db" nach Fig. 5A zur Breite "d′" ent­ sprechend "da" nach Fig. 5A, eine Umfangslänge und eine Quer­ schnittsfläche gemessen, um den Transkriptionsfaktor Γ zu er­ mitteln. Darüber hinaus wird ein Reflexionsspektrum bei einem Einfallswinkel von 0° und einem Aufnahmewinkel von 0° unter Verwendung eines Mikrospektrofotometers vom Modell U-6000 der Firma Hitachi Co., Ltd. ausgewertet.

Die Ergebnisse der Auswertungen sind wiederum in Tabelle 1 auf­ geführt. Gemäß Tabelle 1 erhält man Infrarotstrahlung reflek­ tierende Fasern mit 62% Reflexionsvermögen bei 5,0 µm Wellen­ länge. Das heißt, gemäß der dritten Ausführungsform der Erfin­ dung können Fasern mit optischer Funktion mit Genauigkeit her­ gestellt werden, die die Bedingungen von Fasern mit Reflexions- und Interferenzfunktion erfüllen, wie in JP-A 6-017349 (= US 54 07 738) beschrieben.

Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben. Polypropylen wird als thermoplastisches Polymer eingesetzt und unter Verwendung einer Spinndüse mit folgenden Abmessungen bei 225°C extrudiert: W₁ = 0,1 mm, W₂ = 0,1 mm, W₃ = 2,0 mm, d = 2,0 mm und d/W₁ = 20, wobei die Spinndüse die in Fig. 1C ge­ zeigte Gestalt hat und die Scherrate 2 × 10³ (1/s) ist. Die Schmelzviskosität η ist etwa 7 × 10 (Pa × s). Dann wird thermi­ sches Ziehen bei einer Temperatur von 120°C ausgeführt, um In­ frarotstrahlung reflektierende Fasern mit einer Querschnittsge­ stalt zu erhalten, die in Fig. 5A dargestellt ist.

Mit Hilfe einer Abtastelektronenmikroskopfotografie werden ein Querschnitt der erhaltenen Fasern, ein Dimensionsverhältnis der Breite W′₁ entsprechend "db" nach Fig. 5A zur Breite "d′" entsprechend "da" nach Fig. 5A, eine Umfangslänge und eine Querschnittsfläche gemessen, um den Transkriptionsfaktor Γ zu ermitteln. Darüber hinaus wird ein Reflexionsspektrum bei einem Einfallswinkel von 0° und einem Aufnahmewinkel von 0° unter Verwendung eines Mikrospektrofotometers vom Typ U-6000 der Fir­ ma Hitachi Co., Ltd. ausgewertet.

Tabelle 1 zeigt wiederum die Ergebnisse der obigen Auswertun­ gen. Gemäß der Tabelle 1 erhält man Infrarotstrahlung reflek­ tierende Fasern mit 52% Reflexionsvermögen bei 5,0 µm Wellen­ länge. Das heißt, gemäß der vierten Ausführungsform können Fa­ sern mit Genauigkeit hergestellt werden, die optische Funktion aufweisen, die die Bedingungen von Fasern mit Reflexions- und Interferenzfunktion erfüllen, wie in JP-A 6-017349 (= US 54 07 738) beschrieben.

In den Fig. 5A und 5B sind Vergleichsbeispiele für die obigen Ausführungsformen dargestellt, die nun beschrieben werden.

Ein erstes Vergleichsbeispiel wird erläutert. Polystyrol (mittleres Molekulargewicht 3,1 × 10⁵) wird als thermoplasti­ sches Polymer eingesetzt und unter Verwendung einer Spinndüse mit folgenden Abmessungen extrudiert: W₁ = 0,2 mm, W₂ = 0,2 mm, W₃ = 4,0 mm, d = 1,8 mm und d/W₁ = 9, wobei die Spinndüse die in Fig. 1A gezeigte Gestalt hat (die ähnlich jener der ersten Ausführungsform ist), wobei die Extrusionstemperatur 270°C be­ trägt und die Scherrate 9 × 10 (1/s) ist, was kleiner ist als jene der ersten Ausführungsform. Die Schmelzviskosität η be­ trägt etwa 5 × 10² (Pa × s). Dann wird thermisches Ziehen bei einer Temperatur von 105°C ausgeführt, um nahe bei Infrarot­ licht liegende Strahlen reflektierende Fasern mit einem Quer­ schnitt zu erhalten, der dem in Fig. 5A gezeigten entspricht.

Mit Hilfe einer Abtastelektronenmikroskopfotografie eines Quer­ schnitts der optischen Fasern werden ein Dimensionsverhältnis der Breite W′₁ entsprechend "db" nach Fig. 5A zur Breite "d′" entsprechend "da" nach Fig. 5A, eine Umfangslänge und eine Querschnittsfläche gemessen, um den Transkriptionsfaktor Γ zu ermitteln. Darüber hinaus wird ein Reflexionsspektrum bei einem Einfallswinkel von 0° und einem Aufnahmewinkel von 0° unter Verwendung eines Mikrospektrofotometers vom Typ U-6000 der Fir­ ma Hitachi Co., Ltd. ausgewertet.

Die Ergebnisse der Auswertungen sind wieder in Tabelle 1 aufge­ tragen. Dementsprechend erhält man Infrarotstrahlung reflektie­ rende Fasern mit nur 30% Reflexionsvermögen bei 1,0 µm Wellen­ länge.

Ein zweites Vergleichsbeispiel wird beschrieben.

Polycarbonat (mittleres Molekulargewicht (2,77 × 10⁵), vacuum­ dehydriert (120°C × 6H) wird als thermoplastisches Polymer ein­ gesetzt und mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung einer Spinndüse folgender Abmessungen extrudiert: W₁ = 0,2 mm, W₂ = 0,2 mm, W₃ = 0,5 mm, d = 0,1 mm und d/W₁ ist 0,5, wobei die Spinndüse die in Fig. 1B gezeigte Gestalt hat, die Extrusions­ temperatur 300°C beträgt und die Scherrate 8 × 10 (1/s) ist. Die Schmelzviskosität η beträgt etwa 4 × 10² (Pa × s). Dann wird thermisches Ziehen bei einer Temperatur von 170°C ausge­ führt, um grünfärbende Fasern mit einer Querschnittsgestalt zu erhalten, die in Fig. 5B dargestellt ist.

Mit Hilfe einer Abtastelektronenmikroskopfotografie eines Quer­ schnitts erhaltener Fasern wurde ermittelt, daß die Fasern elliptische (verrundete) Querschnittsgestalt haben und kein färbendes Niveau erreichten.

Ein drittes Vergleichsbeispiel wird nun erläutert. Polycarbonat (mittleres Molekulargewicht (2,77 × 10⁵), vacuum-dehydriert (120°C × 6H) wird als thermoplastisches Polymer eingesetzt und unter Verwendung einer Spinndüse folgender Abmessungen extru­ diert. W₁ = 0,3 mm, W₂ = 0,15 mm, W₃ = 2,0 mm, d = 0,1 mm und d/B₁ = 0,33. Die Spinndüse hat die Gestalt nach Fig. 1A, die ähnlich jener der dritten Ausführungsform ist, die Extrusions­ temperatur beträgt 315°C und die Scherrate ist 1 × 10² (1/s). Die Schmelzviskosität η liegt bei etwa 3 × 20² (Pa × s). Dann wird thermisches Ziehen bei einer Temperatur von 170°C ausge­ führt, um Infrarotstrahlung reflektierende Fasern mit einer Querschnittsgestalt zu erhalten, wie sie in Fig. 5A dargestellt ist.

Gemäß einer Beobachtung mit Hilfe einer Abtastelektronenmikro­ skopfotografie eines Querschnitts erhaltener Fasern wurde er­ mittelt, daß die Fasern einen elliptischen (verrundeten) Quer­ schnitt ähnlich dem zweiten Vergleichsbeispiel hatten und nicht in der Lage waren, Infrarotlicht zu reflektieren.

Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden Erfindung Fasern hergestellt werden, die einen großen Transkriptionsfak­ tor und eine hervorragende Reflexions- und Interferenzwirkung haben, wobei Genauigkeit und verminderte Herstellungskosten er­ zielt werden.

Darüber hinaus können Faserchips mit optischen Eigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung als neue helle Elemente ver­ wendet werden, die in Farben und Beschichtungen enthalten sind.

Claims (18)

1. Verfahren zum Herstellen von Fasern, umfassend die folgenden Schritte:
Vorbereiten eines thermoplastischen Polymers, und
Extrudieren des thermoplastischen Polymers mit einer Spinndüse, die eine Öffnung mit wenigstens einer Gruppe erster Schlitze, die parallel zueinander angeordnet sind, und einen senkrecht dazu angeordneten zweiten Schlitz aufweist, wobei die Spinndüse so ausgebildet ist, daß sie ein vorbestimmtes Verhältnis zwi­ schen einer Länge der wenigstens einen Gruppe erster Schlitze und einer Breite des einen zweiten Schlitzes befriedigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das vorbestimmte Verhält­ nis durch die Bedingung 3W₂ W₃ gegeben ist, wobei W₂ die Brei­ te des einen zweiten Schlitzes und W₃ die Länge der wenigstens einen Gruppe erster Schlitze ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das vorbestimmte Verhält­ nis durch die Bedingung 5W₂ W₃ gegeben ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ersten Schlitze rechteckig gestaltet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die ersten Schlitze ver­ rundet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die ersten Schlitze die gleiche Breite haben und in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die ersten Schlitze glei­ che Länge aufweisen.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die ersten Schlitze un­ terschiedliche Längen aufweisen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die ersten Schlitze Län­ gen aufweisen, die vom einen Ende des einen zweiten Schlitzes zum anderen Ende desselben allmählich zunehmen.

10. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die ersten Schlitze an ihren Enden breiter sind als an der Überschneidung mit dem zweiten Schlitz.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Verbindung der we­ nigstens einen Gruppe erster Schlitze und einer weiteren Gruppe derselben durch einen ersten Schlitz geschaffen ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der genannte eine Schlitz in der Mitte der wenigstens einen Gruppe erster Schlit­ ze angeordnet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die wenigstens eine Gruppe erster Schlitze so gestaltet ist, daß die folgenden Be­ dingungen erfüllt werden: 0, 3 mm W₁1 d/W₁ 30wobei W₁ die Breite der ersten Schlitze ist und d der Zwischen­ raum zwischen zwei ersten Schlitzen ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem wenigstens eine Gruppe erster Schlitze so ausgebildet ist, daß die folgenden Bedingun­ gen erfüllt werden: 0.1 mm ≦ W₁2 ≦ d/W₁ ≦ 20.

15. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das thermoplastische Po­ lymer unter folgenden Bedingungen extrudiert wird: wobei die Scherrate (1/s) und η die Schmelzviskosität (Pa × s) sind.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das thermoplastische Polymer ein Polyolefin, wie Polyethylen und Polypropylen, ein Polyester, wie Polyethylenterephthalat und Polytetramethylen­ terephthalat, Polystyrol, Polycarbonat, Polyfluorethylen, Po­ lyacetal oder Polyphenylsulfid ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das thermoplastische Polymer in Form eines Copolymers und Mischpolymers mit zwei oder mehr der Polymere nach Anspruch 16 vorliegt.

18. System zum Herstellen von Fasern, enthaltend:
eine Einrichtung zum Zubereiten eines thermoplastischen Poly­ mers, und
eine Einrichtung zum Extrudieren des thermoplastischen Poly­ mers, wobei die Extrudiereinrichtung eine Spinndüse enthält, die eine Öffnung mit wenigstens einer Gruppe erster Schlitze, die parallel zueinander angeordnet sind, und einem senkrecht dazu angeordneten zweiten Schlitz aufweist, wobei die Spinndüse so ausgebildet ist, daß sie ein vorbestimmtes Verhältnis zwi­ schen einer Länge der wenigstens einen Gruppe erster Schlitze und einer Breite des zweiten Schlitzes befriedigt.