DE19605832C2 - Verfahren zur Herstellung von Fasern mit optischen Eigenschaften - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Fasern mit optischen EigenschaftenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Herstellen
von Fasern mit optischen Eigenschaften gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
wobei die so hergestellten Fasern besondere optische Eigenschaften aufweisen, wie
z. B. Reflexion von Ultraviolett-(UV-) oder Infrarot-(IR-) Licht oder Farbeffekte in
Strahlen sichtbaren Lichts durch Reflexions-, Interferenz-, Brechungs- oder
Streuphänomena.
Üblicherweise ist ein Verfahren zum Annehmen anorganischer oder organischer
Farbstoffe und Pigmente oder zum Streuen hellen Lichtes allgemein im Einsatz zum
Erzeugen verschiedener Fasern und Überzüge mit gewünschten Farben oder
verbessertem Aussehen.
In letzter Zeit bestehen mit der allgemeinen Verbrauchertendenz, Stoffe höherer
Qualität zu fordern, gesteigerte Anforderungen an geschmackvolle und qualitativ
hochwertige Strukturen, die Farben zeigen, die mit dem Betrachtungswinkel variieren
und einen kräftigen Farbeindruck vermitteln.
Es sind einige Mikrostrukturen entwickelt und vorgeschlagen worden, um die obigen
Anforderungen zu befriedigen. Es gibt bereits 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-A 1-139803 zeigt 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 Molecularorientierung zwischen zwei polarisierenden
Filmen eingeschlossen ist.
JP 59-228042 A, JP 60-24847 B2 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 62-170510 A 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 1-
139803 A 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 59-
228042 A, JP 60-24847 B2, US 45 14 485 und JP 62-170510 A be
schrieben sind, schwierig, den gewünschten Färbungseffekt zu erreichen, was von
den undefinierten Abmessungen (Dicke, Länge und Brechungsindex) der Mikrostruk
turen usw. herrührt.
Zur Lösung solcher Nachteile schlägt JP 6-017349 A (= US 54 07 738) neue Mi
krostrukturen zum Erzeugen heller und permanenter Farben, die sich mit dem Be
trachtungswinkel durch Reflexion und Interferenz sichtbarer Lichtstrahlen ändern, vor.
In dieser Druckschrift haben die Fasern einen Querschnitt mit parallelen Rippenab
schnitten und einem Mitten- oder Kernabschnitt senkrecht dazu, wobei die parallelen
Rippenabschnitte zur Reflexion ultravioletter oder infraroter Strahlung dienen, oder
die Farben durch Reflexion und Interferenz sichtbarer Lichtstrahlen zeigen.
Weiterer Stand der Technik ist aus folgenden Schriften bekannt:
Aus der DE-OS 14 35 672 werden lediglich Polyolefinfäden gelehrt, bei denen ein
Hauptkörper vorhanden ist, an dem Seitenrippen abstehen, wobei das Verhältnis der
Breite des Hauptkörpers zur Länge der Seitenrippen vorgegeben ist (vgl. Fig. 9 und
Beschreibung Seite 5, 1. Absatz). Diese Schrift geht jedoch nicht speziell auf das
Problem der vorliegenden Erfindung ein, d. h. auf die problembehaftete Übertragung
der Form der Extrusionsdüse auf den letzendlichen Faden. Außerdem werden die
Spinnbedingungen gemäß dem Kennzeichnen des Anspruchs 1 dort nicht er
wähnt.
Aus der US 3 156 607 werden ebenfalls Fasern mit Seitenstegen gelehrt (vgl. Fig.
1-9). In den dortigen Fig. 7 und 9 werden Spinndüsenöffnungen gezeigt, die of
fensichtlich vorbestimmte Verhältnisse zwischen der Breite eines Hauptstegs und der
Länge von den Hauptsteg schneidenden Seitenstegen besitzen. Auch aus dieser
Schrift sind jedoch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale nicht
vorweggenommen oder nahegelegt.
Aus der DE-OS 16 60 490 ist ein bandförmiger Körper mit seitlichen Vorsprüngen
gezeigt (vgl. Fig. 1-3). Diese Bänder werden durch Extrusion eines fadenbilden
den Polymers durch eine Schlitzöffnung mit gezahnter oder eingekerbter Seitenwand
erzeugt und werden unmittelbar nach dem Austritt der Materialien auf dem Schlitz mit
Wasser abgeschreckt. Diese Schrift gibt jedoch keine Auskunft über die im Kennzei
chen des Anspruchs 1 explizit aufgeführten Merkmale des Materials während der
Extrusion.
Mit den Mikrostrukturen der vorgenannten Druckschrift ist es jedoch schwierig, zum
Beispiel parallele Rippenabschnitte der Fasern sehr dünn, im wesentlichen fehlerfrei
und verminderten Herstellungskosten zu erzeugen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen
von Fasern gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen,
das eine verbesserte Übertragung der Form der Schlitze der Spinndüsenöffnung auf
die letztendlich erhaltene Faser schafft.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge
staltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläu
tert.
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.
Bezugnehmend 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, die an ihren Enden breiter sind, als
an der Überschneidung mit dem zweiten Schlitz 102.
Gemäß Fig. 1D sind die ersten Sehlitze 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 abgerundet, 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 seine 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) erfüllt
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 zu bewirken.
Wenn die Bedingung (1) nicht erfüllt ist, dann ist die
Breite W2 des zweiten Schlitzes 102 größer, was
aufgrund der zu kurzen Rippenabschnitte
unzureichende Reflexions- und Interferenzeigenschaften
zur Folge hat.
Die Spinndüse sollte vorzugsweise so ausgebildet sein, daß sie
die folgende Bedingung erfüllt:
5W2 ≦ W3 ... (4)
Die Bedingung (4) ist selbst dann wünschenswert, wenn
ein thermoplastisches Polymer, wie Polystyrol
(PS) oder Polypropylen (PP) aus der Spinndüsenöffnung, wie sie in Fig. 1A gezeigt ist, extru
diert wird.
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.
Wenn, wie später beschrieben wird, die Breite W1 der er
sten Schlitze kleiner als 0,03 mm ist, 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 0,03 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 erreicht 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 gestaltete Öffnung aufweist,
verwendet wird, dann wird beispielsweise der Querschnitt gebil
deter Fasern elipptisch und ist weit von einem Niveau entfernt,
in dem der Transkriptionsfaktor Γ als im rechtem 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) (Komplexität gebildeter Faser/Komplexität der Spinndüse).
Im allgemeinen werden bezüglich der Reflexionscharakteristik
Fasern als brauchbar 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)
d/w1 ≦ 30 ...(3b)
Wie man aus den Bedingungen (3a) und (3b) sieht, sollten das
Verhältnis d/W1 des Zwischenraume "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 ...(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:
2 × 102 ≦ ≦ 1 × 104 ... (7)
3 × 10 ≦ η ≦ 1 × 103 ...(8)
wobei die Einheiten 1/s(γ) bzw. Pa × s(η) 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 Moleculargewicht: 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, und die Fasern als brauch
bar 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 Moleculargewichts, 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 beipielsweise 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
lyolefine, 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 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 Verstrecken 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
schnitts 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 Mikrospektrofotometers des Modells U-6000 von
Hitachi Co., Ltd. ermittelt.
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 × 102 (1/s). Die Schmelzviskosität η
lag bei 4 × 102 (Pa × s). Thermisches Verstrecken 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 Ausführungform 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 Moleculargewicht 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 Verstrecken 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
Querchnitt 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 6-01734 9 (= 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 reist etwa 7 × 10 (Pa × s). Dann wird thermi
sches Verstrecken 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
läge. 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 Molekulargsewicht 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 Verstrecken 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 Verstrecken 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
elipptische (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 Verstrecken 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 elipptischen (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 dünne Plättchen der Fasern mit optischen Eigenschaften
gemäß der vorliegenden Erfindung als neue helle Elemente ver
wendet werden, die in Farben und Beschichtungen enthalten sind.
Claims (14)
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 aufweist, deren Querschnitt eine Gruppe erster Schlitze, die parallel zueinander angeordnet sind, und einen die ersten Schlitze schneidenden zweiten Schlitz auf weist, wobei die Spinndüse so ausgebildet ist, daß sie ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen einer Länge der Gruppe erster Schlitze und einer Breite des zweiten Schlitzes befriedigt, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymer unter folgenden Bedingungen extrudiert wird:
2 × 102 ≦ ≦ × 104
3 × 10 ≦ η ≦ 1 × 103
wobei die Scherrate (1/s) und η die Schmelzviskosität (Pa × s) sind.
Vorbereiten eines thermoplastischen Polymers, und
Extrudieren des thermoplastischen Polymers mit einer Spinndüse, die eine Öffnung aufweist, deren Querschnitt eine Gruppe erster Schlitze, die parallel zueinander angeordnet sind, und einen die ersten Schlitze schneidenden zweiten Schlitz auf weist, wobei die Spinndüse so ausgebildet ist, daß sie ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen einer Länge der Gruppe erster Schlitze und einer Breite des zweiten Schlitzes befriedigt, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymer unter folgenden Bedingungen extrudiert wird:
2 × 102 ≦ ≦ × 104
3 × 10 ≦ η ≦ 1 × 103
wobei die Scherrate (1/s) und η die Schmelzviskosität (Pa × s) sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als vorbestimmtes Verhältnis die Bedingung
3W2 ≦ W3 eingehalten wird, wobei W2 die Breite des einen zweiten Schlitzes und
W3 die Länge der Gruppe erster Schlitze ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als vorbestimmtes Verhältnis die Bedingung
5W2 ≦ W3 eingehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ersten Schlitze rechteckig ausgebildet
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die ersten Schlitze verrundet ausgebildet wer
den.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die ersten Schlitze mit gleicher Breite ausge
bildet und in regelmäßigen Abständen angeordnet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die ersten Schlitze mit gleicher Länge aus
gebildet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Längen der ersten Schlitze vom einen En
de des einen zweiten Schlitzes zum anderen Ende desselben allmählich vergrößert
werden.
9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die ersten Schlitze an ihren Enden breiter ge
staltet werden als an der Überschneidung mit dem zweiten Schlitz.
10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Verbindung einer ersten Gruppe erster
Schlitze und einer weiteren Gruppe erster Schlitze durch einen Verbindungsschlitz
geschaffen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der genannte Verbindungsschlitz in der Mitte
der ersten Schlitze angeordnet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Gruppe erster Schlitze so gestaltet wird,
daß die folgenden Bedingungen erfüllt werden:
0,03 mm ≦ W1
1 ≦ d/W1 ≦ 30
wobei W1 die Breite der ersten Schlitze ist und d der Zwischenraum zwischen zwei ersten Schlitzen ist.
0,03 mm ≦ W1
1 ≦ d/W1 ≦ 30
wobei W1 die Breite der ersten Schlitze ist und d der Zwischenraum zwischen zwei ersten Schlitzen ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das thermoplastische Polymer ein Polyolefin,
wie Polyethylen und Polypropylen, ein Polyester, wie Polyethylenterephthalat und
Polytetramethylenterephthalat, Plystyrol, Polycarbonat, Polyfluorethylen, Polyacetal
oder Polyphenylsulfid ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das thermoplastische Polymer in Form eines
Copolymers und Mischpolymers mit zwei oder mehr Polymerarten vorgelegt wird.
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