DE2009708A1 - Naßspinnverfahren zur Herstellung von fadenartigem Material aus einer Spinnlösung von Acrylnitrilmischpolymerisaten - Google Patents
Naßspinnverfahren zur Herstellung von fadenartigem Material aus einer Spinnlösung von AcrylnitrilmischpolymerisatenInfo
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Description
DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN' % ηηη 7 no
DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT ZU U 3 /U O
telefon, 555*7« 8ooo MöNCHEN 15,2. März 1970
W. 14 709/70 13/Nie
Töho Beslon Co., Ltd.
Tokyo (Japan)
Tokyo (Japan)
Naßspinnverfahren zur Herstellung von fadenartigem
Material aus einer Spinnlösung von Acrylnitrilmischpölymerisäten
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von fadenartigen
Acrylnitrilmischpolymerisatmaterialien und insbesondere auf ein kontinuierliches Naßspinnverfahren zur
Herstellung von derartigen Materialien aus einer Spinnlösung
eines Acrylnitrilmischpölymerisats mit einem1 Gehalt
von 85 bis 95 Gew.-?6 an gebundenem. Acrylnitril in einem
wäßrigen Polyacrylnitril auflösenden Salzlösungsmittel, das hauptsächlich Zinkchlorid enthält. Insbesondere^bezieht
sich die Erfbdung auf ein neues kontinuierliches Verfahren
zur Behandlung von fadenartigenWassergelmateriälien*
(aquagei filamentary materials), die durch Spinnen der genannten
Spinnlösung in ein wäßriges Koagulierbad zur Herstellung
von fadenartigem Acrylraaterial mit verbesserten Eigenschafte» erhalten wurden.
009836/2112
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das genannte fadenartige Aquagelmaterial in Wasser auf eine Länge
von dem 1,5- bis 4-fachen seiner ungestreckten Länge nach dem Abziehen aus dem Koagulierbad gestreckt, das sich
ergebende fadenartige Aquagelmaterial kontinuierlich getrocknet, bis es einen Wassergehalt von weniger als
5 Gew.-% und eine Transparenz von nicht weniger als 70 %t
wie nachstehend erläutert, aufweist, das getrocknete fadenartige Material in einem heißen wäßrigen Medium (z.B.
heißes Wasser oder Wasserdampf) auf eine Länge von dem 4- bis 8-fachen seiner Länge nach dem genannten Trocknen,
jedoch unmittelbar vor der genannten HeißStreckung, kontinuierlich
gestreckt und das heißverstreckte fadenartige Material in im wesentlichen gesättigtem Wasserdampf entspannt
und während der Entspannung eine Spannung von wenigstens 2 mg/den auf das Material angelegt, wobei die
TemperaturX(0C) des genannten gesättigten Wasserdampfes
und die Schrumpfung Y (%), die auf das heißverstreckte Fadenmaterial
aufgebracht wird, so gewählt werden, daß sie die nachstehende begrenzte Bedingung erfüllen.
55 log Y + 5M - 417^X^100 log Y + 5M - 434,
160 °CÖi<100 0C ,
und 45 %£Y<:15 % ί
und 45 %£Y<:15 % ί
hierin bedeutet M dan gebundenen Acrylnitrilgehalt in
Gew.-96 des fadsnartigen Mischpolymerisats, das entspannt
wird. Der hier verwendete Ausdruck "fadenartig^ Material" schließt Einzelfäden, Mehrfachfäden oder Multifäden oder
kabel (z.B. Bündel von Fäden) ein. Die Angabe "Transparenz "
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eines fadenartigen Materials, die einen charakteristischen
Parameter bei dem Verfahren gemäß der Erfindung .darstellt,
ist in folgender Weise definiert: Eine Probe eines •fadenartigen Materials wird so geschnitten, um Stapelfasern
von etwa 15 mm Länge zu bilden» 80 mg der Stapelfaserprobe wird in eine transparente Glas- oder Quarzzelle für
die Bestimmung der Lichtabsorptinn von flüssigen Proben
eingebracht, wobei die Lichtwegstrecke zwischen den beiden parallelen Innenwänden der Zelle so ausgebildet ist, daß
sie genau eine Länge von 20 mm aufweist. Dann werden 15 ml der homogenen flüssigen Mischung, bestehend aus 72 Gew.-%
von flüssigen Paraffin und 28 Gew.-% von a-Bromnaphthalin '
In die Zelle gegossen und langsam so gerührt, um eine
homogene Suspension der Stapelfaserprobe in der flüssigen Mischung ohne Erzeugung von irgendwelchem Luftschaum zu
bilden. Der Unterschied im Lichtdurchgarig zwischen der Suspensionsprobe und der homogenen flüssigen Mischung
selbst wird gernessen,während die Faserprobe in der Flüssigkeit
homogen suspendiert ist, wobei die Messung mit Licht von einer Wellenlänge von 610 m/U ausgeführt wird. Der
Lichtdurchgang auf der Basis der genannten organischen Flüssigkeit, ausgedrückt in %, wird als die Transparenz
der Fadenmaterialprobe definiert.
Es ist ein Naßspinnverfahren zur Herstellung von Acrylnitrilpolymerisatfäden,
insbesondere unter Verwendung eines wäßrigen Polyacrylnitril auflösenden Salzlösungsmittels
allgemein bekannt, bei welchem eine Spinnlösung von Acrylnitrilpolymerisat
in dem genannten Salzlösungsmittel durch eine Spinndüse oder durch Spinndüsen in ein wäßriges Koagulierbad,
bestehend aus einer das Polymerisat nicht lösenden Zusammensetzung von dem gleichen Lösungsmittel, gesponnen
wird, gesponnenen gelierten Fäden mit Wasser gewaschen und die gewaschenen gelierten Fäden einer sogenann-
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ten Nachbehandlung unterworfen werden, die im allgemeinen mehrere Behandlungen umfaßt, z.B. Heißstrecken, Heißentspannen,
Aufbringen einer Emulsion eines oberflächenaktiven Mittels, Kräuseln und Trocknen. Es war ferner allgemein
bekannt, daß die Eigenschaften oder die Qualität der Naßspinnprodukte wesentlich oder beträchtlich von den
Arbeitsweisen und Arbeitsbedingungen der Nachbehandlung abhängen, selbst wenn die gleichen gelierten Fäden,die
gewaschen wurden, verwendet werden. Es wurden daher umfangreiche Untersuchungen bezüglich der Arbeitsweise und der
Bedingungen der sogenannten Nachbehandlung in Verbindung mit der Zusammensetzung und dem Verhalten der auszuspinaenden
Polymerisstlösung, dem Koagulierverfahren und den Bedingungen
der Naßausspritzstufe und/oder anderen ähnlichen wichtigen kritischen Faktoren ausgeführt, um Acrylfadenmaterialien
mit brauchbaren Eigenschaften herzustellen oder um das Verfahren der Nachbehandlung in wirtschaftlicher
Hinsicht zu verbessern.
Hauptzweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur kontinuierlichen Behandlung von fadenartigen
Aquagelmaterialien, die aus einer wäßrigen Salzlösung eines Acrylnitrilmischpolymerisats gesponnen worden waren,
für die Herstellung von fadenartigen Acrylmaterialien mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere einer ausgezeichneten
Knotenfestigkeit und Knotendehnung, und einer verbesserten Beständigkeit gegenüber Sprödigkeit beim Heißstrecken
mittels einer Heißstreckmaschine, z.B. mit einer Turbostapelvorrichtung. Es war allgemein bekannt,
daß bei der Herstellung eines schrumpffähigen Acrylgarnes die Materialfäden von einem Acrylpolymerixat in ihrem
trockenen Zustand heißverstreckt und mit einem Luftstrom
(steam) unter ausreichender Spannung rasch gekühlt werden,
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um keine Entspannung hervorzurufen, bevor die Fäden
einem Schneiden und Garnspinnen unterworfen werden, um ein solches Schrumpfvermögen aufzuweisen, daß die behandelte
Faser mühelos auf ihre ursprüngliche Länge vor dem Heißstrecken" geschrumpft wird, wenn sie mit Wasserdampf oder
heißem Wasser in einem frei entspannten Zustand in Berührung
gelangt. Hierbei hängt der Prozentsatz an Schrumpfung in · Wasserdampf oder heißem Wasser des hergestellten schrumpffähigen
Garnes sowie der schrumpffähigen Fäden und Stapelmaterialien,
die so erhalten wurden, hauptsächlich von dem ,
^rad der Heißstreckung ab. Jedoch neigt die für das
schrumpffähige Garn als Zwischenmaterial dienende Faser,
die der genannten Trockenstreckbehandlung unterworfen worden
ist, zu einem Brüchigwerden und dazu, eine schlechte Knotenfestigkeit und Dehnung zu erlangen, wenn der Grad der
Heißstreckung zunimmt, wobei eine starke Zunahme der Brüchigkeit oder Sprödigkeit oder eine sehr geringe Knotenfestigkeit
und Dehnung der Faser zu einer wesentlichen Störung beim Garnspinnverfahren und außerdem zur Herstellung
von gesponnenem Garn von nur schlechter Qualität führt. Die gegenseitigen Beziehungen zwischen der Arbeitsweise
und dem Verfahren zur Herstellung von Acrylfäden säbst, den Verfahrensbedingungen zur Herstellung von
schrumpffähigen Fäden oder Fasern aus ursprünglich nicht
schrumpffähigen Fäden, der Produktionsleistung beim Garnspinnen und der Qualität des hergestellten schrumpffähigen
Garnes sind im efazelnen sehr kompliziert, wobei jedoch
eine der wichtigsten hiervon für die Herstellung eines brauchbaren schrumpffähigen Acrylgarnes von dem Verfahren
und den Bedingungen der Nachbehandlung der koagulierten gelierten Fäden bei dem Verfahren zur Herstellung der ursprünglichen
Fäden abhängen kann. Ein Zweck der^Erflndung
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ist die Schaffung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von Acrylfäden und Acrylkabeln mit nicht nur
guten physikalischen Eigenschaften, sondern auch einem verbesserten Verhalten, das für die Herstellung von brauchbaren
schrumpffähigen Fasern und Garnen geeignet ist.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von
fadenartigen Acry!materialien mit einem guten V/eißgrad,
die !einerlei Entglasung aufweisen. Bei der sogenannten Nachbehandlung von gesponnenen gelierten fadenartigen Materialien
eines Acrylpolymerisats gibt es Arbeitsweisen,
bei welchen der Entspannungsvorgang in einem überhitzten Wasserdampf oder in Luft bei hohen Temperaturen oberhalb
180 bis 200 0C Musgeführt wird. Diese Arbeitsweise kann in
der Durchführung einfach sein, jedoch führt sie zu der Erzeugung von fadenartigen Materialien mit einem schlechten
Weißgrad aufgrund der Hitzeverfärbung, so daß ein Entspannungsverfahren in gesättigten) Wasserdampf oder in einer
wäßrigen Flüssigkeit bei Temperaturen, die beträchtlich unterhalb 180 0G liegen und vorzugsweise niedriger als
160 0C sind, für die Erzielung von weißen Produkten zweckmäßiger
und vorteilhafter ist. Andererseits neigt ein Naßentspannungsverfahren in gesättigtem Wasserdampf oder
einer wäßrigen Flüssigkeit unter einem beträchtlich über atmosphärischem Druck liegenden Druck zur Bildung von fadenartigen
Acry!materialien, die eine unerwünschte Entglasung aufweisen, insbesondere beim Naßspinnen von Acrylnitrilpolymerisatfasern
aus einer wäßrigen anorganischen Salzlösung in ein wäßriges Koagulierbad.
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Gemäß der.Erfindung wird ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung von fadenartigen Acrylmaterialien geschaffen»
die trotz der Anwendung einer Naßentspannungsbehandlung
in im wesentlichen gesättigtem Wasserdampf von oberhalb 100 0C auf die naßgesponnenen fadenartigen Materialien
keine Entglasung zeigen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt die folgenden
Stufen? ■"■-"■■-'_■■"
(a) Die Streckbehandlung besteht aus zwei unabhängigen Stufen* Die erste Streckbehandlung wird in Wasser
auf das fadenartige Aquagelmaterial9 das naß gesponnen
und aus einem Koagulierbad abgezogen worden war, während
oder nachdem das Material von dem restlichen Salz im wesentlichen freigewaschen wird, angewendet. Dyie zweite
Streckbehandlung wird in einem heißen wäßrigen Medium nach Trocknen des Aquagelmäterials, das gewaschen und in
Wasser gestreckt worden war, angewendet. Eines der wesentlichen Merkmale gemäß der Erfindung ist die Trocknung
eines fadenartigen fiquagelmaterials zwischen der ersten und der zweiten Streckbehandlung.
(b) Es ist wichtig, in der Trocknungsstüfe-den
Wassergehalt des getrockneten fadenartigen Materials
auf weniger,als 5 Gew.-96 und die Transparenz auf nicht
weniger als 70 % zu regeln. Die Beibehaltung dieser
Trocknungsbedingung ist für die Herstellung von fadenartigen
Materialien, die keinerlei Entglasung; aufweisen, unbedingt
notwendig.
(c) Die Entspannung des fadenartigen Materials, das
getrocknet und in einem heißen wäßrigen Medium gestreckt
worden Afar, wird kontinuierlich in im weseÄtlichen ge sättig
tee Wasserdampf bei oder oberhalb 100 0C unter ^iner Span-
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nung von wenigstens 2 mg/den des fadenartigen Materials, das entspannt werden soll, ausgeführt. Gewöhnlich kann ein
gestrecktes Fadenmaterial mit abnehmender {Spannung, die auf das Fadenmaterial angelegt wird, insbesondere bei einer
Spannung von im wesentlichen gleich Null, leichter entspannt werden.Jedoch erwies sich bei einer kontinuierlichen
Entspannungsbehandlung, bei welcher, ein fadenartiges Material durch ein Medium von gesättigtem überatmosphärischem
Druck geführt wird, die praktische Ausführung der Behandlung häufig als schwierig, wenn die angelegte Spannung
φ niedriger als etwa 2 mg je den war. Eine sehr schwache
Spannung von weniger als 2 mg je den führte zu einem instabilen
Entspannungsvorgang oder zur Erzeugung eines fadenartigen Materials von schlechter Qualität. Es wurde nunmehr
gefunden, daß die Temperatur des gesättigten Wasserdampfmediums für die kontinuierliche Entspannung in einem
spezifischen Bereich gehalten werden soll, der in Übereinstimmung mit dem Prozentsatz des Gehalts an gebundenem
Acrylnitril des au entspannenden Fadenmaterials begrenzt
wird, um den kontinuierlichen Entspannungsvorgang unter einer Spannung von wenigstens 2 mg/den zu stabilisieren
und die vorstehend genannten Zwecke gemäß der Erfindung zu erzielen. Der Wasserdampftemperaturbereich wurde vor-
™ stehend angegeben und ist außerdem in der Zeichnung in
Fig. 1 därgestellt.
(d) Das Verfahren gemäß der Erfindung ist durch die Kombination der vorstehend beschriebenen Arbeitsweisen und
Behandlungen (a) bis (c) gekennzeichnet, wobei die Wirkungen bei der praktischen Ausführung des Verfahrens erhöht
werden, indem man das gewaschene gestreckte Aquagelfadenmaterial unmittelbar vor dem Trocknen in innige Berührung
mit einer wäßrigen Emulsion Irgendeines oberflächenaktiven
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Mittels, wie nachstehend angegeben, bringt.
. Das bei der praktischen Ausführung des Verfahrens gemäß derErfindung verwendete Acrylnitrilmischpolymerisat
kann irgendeines der allgemein bekannten faserbildenden Mischpolymerisate sein, das in dem Polymerisatmolekül
85 bis 95 Ge\r.-% Acrylnitril mit wenigstens einem anderen
äthylenisch ungesättigten Monomeren, das mit Acrylnitril mischpolymerisierbar ist, polymerisiert enthält.. Eine Mischung
von wenigstens- 2 Arten der vorstehend genannten Mischpolymerisate kann-ebenfalls zur Anwendung gelangen.
Das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendete
Polyacrylnitril auflösende Lösungsmittel besteht aus einer wäßrigen konzentrierten Lösung von Zinkchlorid oder von
einer Salzmischung von. Zinkchlorid-mit einer geringeren
Menge eines Alkali- oder Erdalkalichlorids, wobei die
Gesamtsalzkonzentration des wäßrigen Lösungsmittels auf
nicht weniger als 54 Gew.-%, vorzugsweise nicht weniger als 57 Gew.-%, geregelt wird. Die zu verwendende Spinnlösung
wird hergestellt, indem man ein Pulver eines Acrylnitrilmischpolymerisats in dem genannten Lösungsmittel
auflöst oder indem man Acrylnitril mit wenigstens einem anderen äthylenisch ungesättigten Monomeren in dem
genannten Lösungsmittel homogen polymerisiert.
Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens gemäß,
der Erfindung wird ein fadenartiges Aquagelmaterial eines Acrylnitrilmischpolymerisats durch Naßausspritzen oder
Naßextrudieren der Spinnlösung durch wenigstens eine Spinndüse in ein wäßriges Koagulierbad, bestehend aus
einer das Polymerisat nicht auflösenden Zusammensetzung des gleichen Salzbestandteils, hergestellt. Das faden- .
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artige Aquagelmaterial wird aus dem Koagulierbad abgezogen,
mit Wasser von dem restlichen Salz im wesentlichen freigewaschen und in Wasser auf eine Länge von dem 1,5- bis 4-fachen
seiner ungestreckten Länge gestreckt. Dieses Strekken kann auch während des Waschens ausgeführt werden und
dessen praktische Ausführung in nur einer Stufe ist nicht immer notwendig, d.h. es ist auch wirksam, das fadenartige
Material in mehrerai Stufen zu strecken, während dieses
durch eine Reihe von Waschbädern geführt wird. Das Verhältnis, nämlich 1,5- bis 4-fach, dieserjersten Streckung
wird als äquivalent mit dem Geschwindigkeitsverhältnis des fadenartigen Materials unmittelbar vor dem Trocknen
zu demjenigen unmittelbar nach dem Abziehen aus dem Koagulierbad definiert. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
ist es nicht erwünscht, diese erste Streckung au&rhalb
des angegebenen Bereiches von dem 1,5- bis 4-fachen auszuführen. Im Falle eines Streckausmaßes von kleiner
als 1,5 ist das gestreckte Aquagelfadenmaterial im wesentlichen
schlecht hinsichtlich seiner Festigkeit und neigt zu einem teilweisen Abbrechen oder Abtrennen während
seiner Nachbehandlung. Wenn das Verhältnis oder Ausmaß 4 übersteigt, ist^wie gefunden wurde, das sich ergbende Produkt
hinsichtlich seiner Fähigkeit zur Herstellung eines schrumpffähigen Faser- oder Garnmaterials von guter Qualität
nicht geeignet.
Das Aquagelfadenmaterial wird nach dem Waschen und Strecken im Wasser einer Trocknung unterworfen. Dieses
Trocknen erfolgt bei dem Verfahren gemäß der Erfindung in der Weise, daß der Wassergehalt des sich ergebenden
Fadenmaterials niedriger als 5 Gew.-56, vorzugsweise niedriger
als 3 Gew.-96, ist und die Transparenz nicht geringer
als 70 % und vorzugsweise oberhalb 80 % ist. Die Definition der Transparenz eines Fadenmaterials wurde vorstehend
gegeben. Bei der Herstellung eines Fadenmaterials, das
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eine bestimmte Menge einer unlöslichen Substanz, beispielsweise eines Mattierungsmittels, eines gefärbten
Pigments oder eines Farbstoffes,enthält, wird die Transparenz als äquivalent zu derjenigenjeines fadenartigen
Materials angenommen, das ohne einen derartigen Zusatz hergestellt wird« Gemäß der Erfindung wurde festgestellt,
daß beim Trocknen von Acrylaquagelfäden keine einfache zahlenmäßige Beziehung zwischen dem Wassergehalt und der
Transparenz der sich ergebenden getrockneten Fäden zu bestehen
seheint. Wenn z.B. Acrylaquagelfäden sehr langsam
bei mäßiger Temperatur unterhalb etwa 70 0C getrocknet wer- dm
den, bis sie einen Wassergehalt von weniger als 5% besitzen»
sind die sich ergebenden Fäden häufig undurchsichtig und deren Transparenz kann 70 % nicht erreichen.
Wenn sie andererseits rasch bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur von oberhalb etwa 120 bis 130 *C getrocknet
werden, ist deren Transparenz nach Trocknung bis auf einen Wassergehalt von unterhalb 5 Gew.-% stets höher
als 70. K, Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die
Aquagelfadenmaterialien vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen etwa 100 0C \nd 160 0C während einer Zeitdauer zwischen
etwa 5 min bis 30 min getrocknet/und das Beibehalten
der vorstehend angegebenen Bedingungen bei dem Trocknüngs-Arbeitsgang
ist für die Herstellung von Acrylfadenmate- ' rialien, die keinerlei Entglasung aufweisen und eineverbesserte
Beständigkeit gegenüber Sprödigkeit beim Heißverstrecken besitzen, sehr wichtig.
Das fadenartige Material, das nach dem Verfahren ge- :
maß der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, in Wasser
gestreckt und getrocknet wurde, wird dann der zväten
Streckung in einem heißen wäßrigen Medium, nämlich in heißem Wasser oder Wasserdampf, unterworfen. Dieses -
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Strecken soll sich auf das 4- bis 8-fache der Länge des
Fadenmaterials unmittelbar nach dem Trocknen belaufen. Die Streckarbeitsweise kann in mehrere aufeinanderfolgende
Stufen unterteilt werden; beispielsweise werden die getrockneten Fäden in heißem Wasser bei etwa 95 0C auf das
2-fache ihrer Ausgangslänge und in im wesentlichen gesättigtem Wasserdampf bei 115 0C auf das 3,5-fache der
Länge der in heißem Wasser gestreckten Fäden erneut gestreckt. Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens gemäß
der Erfindung wird es auch bevorzugt, daß das gesamte Strecken, bestehend aus der genannten ersten Streckung in
Wasser und der genannten zweiten Streckung in einem heißen wäßrigen Medium, sich auf wenigstens das 10-fache der Länge
der Aquagelfadenmaterialien unmittelbar vor dem genannten ersten Strecken beläuft.
Das der zweiten Streckung unterworfene Fadenmaterial wird in im wesentlichen gesättigtem Wasserdampf kontinuierlich
entspannt. Bei dieser Arbeitsweise wurde gefunden, daß es wesentlich ist, das genannte Fadenmaterial unter einer
Kombination von solchen Bedingungen, wie vorstehend beschrieben, zu entspannen, um ein vollkommen annehmbares
Acrylfadenmaterial herzustellen. Dabei wird die Entspannungsbehandlung
ausgeführt, indem man die auf das getrocknete heißverstrecrkte Fadenmaterial aufgebrachte Spannung
bei 2 mg/den oder darüber während des Entspannens beibehält und die Temperatur X 0G des im wesentlichen gesättigten Wasserdampfes in dem Bereich, der den nachstehend angegebenen
Begrenzungszustand in Übereinstimmung mit dem Gehalt
an gebundenem Acrylnitril M % des Mischpolymerisatfadenmaterials,
das entspannt werden soll, und dem Prozentsatz an Entspannung Y erfüllt, hält:
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55 log Y + 5 M - 417 ^ X^ 100 log Y + 5M - 434;
hierin sind X und Y jeweils innerhalb 100 bis 160 0G bzw.
innerhalb 15 bis 45 % beschränkt.
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Acrylfasern
war es allgemein bekannt, daß eine Heißverfestigungs-oder HeißentSpannungsbehandlung nach dem Heißverstrecken erforderlich ist, um die Eigenschafte*n der Produktfasern zu verbessern.
Untersuchungen zeigten nunmehr, daß beim Naßspinnen von Acrylpolymerisatfäden aus einer wäßrigen Salzlösung
eine Heißentspannung von wenigstens 15% und nicht oberhalb
45 % der Länge der heißverstreckten Fäden für die Herstellung
von brauchbaren Acrylfäden notwendig ist. Bei einer niedrigen Entspannung von weit unterhalb 15 % wurde gefunden,
daß das Produkt '.zu .spröde, oder brüchig ist, um
technisch brauchbar zu sein, während bei einer übermäßigen
Entspannung von oberhalb 45 % lediglich die Bildung von unbrauchbaren Fäden mit einer niedrigen Festigkeit, jedoch
einer übermäßigen Dehnung,, erhalten wird. Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird
der Prozentsatz der genannten Entspannung vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 15 bis 45 % und insbesondere
bevorzugt zwischen 20 und 30 % geregelt.
Eines der kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens gemäß der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, besteht^
darin, daß man das der zweiten Streckung unterworfene fadenartige Material in im wesentlichen gesättigtem Wasserdampf
bei einer Temperatur zwischen 100 und 16O 0C in
kontinuierlicher Weise entspannt. Der Druck von gesättigtem Wasserdampf steigt mit zunehmender Wasserdampftempe- ,
ratur über 100 0C über atmosphärischen Druck hinaus an,
so daß bei der praktischen Ausführung einer derartigen
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kontinuierlichen Entspannung eine Druckvorrichtung (oder Druckmaschine) notwendig ist, beispielsweise eine
solche Vorrichtung mit einer Wasserdampfkammer für ,die Entspannung, einem Schlitz oder einem Salz von Abdichtungsrollen für das Einführen eines fadenartigen Materials in
die Kammer und einem weiteren Schlitz oder Satz von Abdichtungsrollen für das herausziehen des entspannten
Materials aus der Kammer. Beispielsweise ist ein Druckrohr oder -schlauch, worin ein Satz von Rollen für das
Führen der Fäden vorgesehen ist und dessen beide Enden mit einem Schlitz einer Labyrinthabdichtungsart jeweils
versehen sind, in vorteilhafter Weise zusammen mit zwei Sätzen von Antriebsrollen, die in Nähe von jedem Ende der
Schlitze angeordnet sind, anwendbar.
Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung können verschiedene Arten von Entspannungsvorrichtungen konstruiert sein und zur Anwendung gelangen,
wobei jedoch gefunden wurde, daß es stets wesentlich ist, die Spannung des fadenartigen Materials, das entspannt v/erden
soll, bei wenigstens 2 mg/den während ihrer kontinuierlichen Entspannung unabhängig von der Art der Entspannungsvorrichtung zu halten, um ein fadenartiges Produkt von
konstanten physikalischen Eigenschaften undjeiner gleichförmigen Gestalt (d.h. ohne jede Unregelmäßigkeit) in
gleichsinnigen oder parallelen Fäden zu erhalten. Die Entspannung unter einer sehr schwachen Spannung oder unter im
wesentlichen keiner Spannung wird in vorteilhafter Weise
bei einer ansatzweisen Betriebsweise ausgeführt, wobei jedoch bei einer derartigen kontinuierlichen Arbeitsweise,
wie vorstehend angegeben, dies nicht anwendbar icit, da
dabei häufig ein fadenartiges Produkt von ungleichförmiger
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Qualität erhalten wird oder das zu entspannende Fadenmaterial
nicht in glatter Weise durch eine Entspannungsvorrichtung ohne Störung durch einen Strom von Wasserdampf
durchgeführt werden kann.
Die Temperatur des im wesentlichen gesättigten Wasserdampf
es, der für die Entspannungsbehandlung teei dem
Verfahren gemäß der Erfindung angewendet wird, soll in dem Bereich gewählt werden, der die begrenzte Bedingung-, wie
vorstehend angegeben, erfüllt. Es wurde gefunden,ddß
die Entspannungsneigung eines Acrylfadenmaterials nicht nur von seiner Herstellungsweise bis unmittelbar vor
seiner Entspannung, beispielsweise von den Spinn-, Wasch-,
Trocknungs- und Heißstreckbedingungen, abhängt, sondern auch erheblich von seiner chemischen Zusammensetzung.
Es ist ferner, zumindest qualitativ, ersichtlich, daß die Entspannungsneigung mit einer Erhöhung der Entspannungstemperatur beachtlich wird. Es scheint jedoch, daß keine
wesentliche Beziehung unter diesen Steuerfaktoren auf die Entspannimg in Verbindung mit einem kontinuierlichen Naßspinnverfahren
für die Herstellung von Acrylfadenmaterialien
mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere von Acrylfäden und -kabeln, die für die Herstellung von
schrumpffähigen Fasern und Garnen von guter Qualität geeig
net sind, bisher in der Technik herausgefunden worden war.
Die Beschränküngsbedingung mit Bezug auf die Entspannungstemperatur, die gemäß der Erfindung gefunden wurde, wird
nachstehend anhand d?r Zeichnung näher erläutert. .
Fig.1 zeigt in graphischer Darstellung den gesamten
Bereich der Bedingungen der Entspannung bei der.praktischen
Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. .,
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Die Fig. 2 bis 6 zeigen in graphischer Darstellung die Bedingungen der Entspannung bei einem gebundenen
Acrylnitrilgehalt M des ai entspannenden Acrylfadenmaterials
von 95 Gew.-96, 92 Gew.-96, 89 Gew.-Ji1 87 Gew.-96 bzw.
85 Gew.-96.
Mit Bezug auf Fig. 1 bedeutet die Oberfläche, bestehend aus der Ebene A-B-C und der gekrümmten Oberfläche
A-C-D-E, die obere Grenze der Wasserdampftemperatur für die Entspannung, während die Oberfläche, bestehend
aus der Ebene H-I-J und der gekrümmten Oberfläche F-G-H-I die untere Grenze der Viasserdampftemperatur für
die Entspannung anzeigt. -Außerdem zeigen die Linien (α), (ß), (γ), (6) und (£) die Lagen, bei weiden M jeweils
95 96, 92 96, 89 96, 87 % bzw. 85 96 äquivalent ist.
Kontinuierliche Entspannun^sbehandlungen beiden Temperaturen oberhalb und unterhalb des in den Fig. 1
bis 6 veranschaulichten Temperaturbereiches sind, wie gefunden wurde, nicht erwünscht. Bei einer Temperatur unterhalb
der unteren Grenze ist es schwierig, eine ausreichende Entspannung in Nähe von oder oberhalb 15 96
Schrumpfung praktisch auszuführen, während die Anwendung einer Entspannungstemperatur oberhalb der oberen Grenze
ein häufiges Brechen der Fäden verursacht oder zur Erzeugung von unnormal steifen Fäden führt.
Die praktische Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird erleichtert und ein optimales Ergebnis wird
erzielt, wenn das Aquagelfadenmaterial unmittelbar vor dem Trocknen kontinuierlich einer innigen Berührung mit einer
wäßrigen Emulsion eines oberflächenaktiven Mittels aus
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der Gruppe yon Diäthanolaminmonoegter eines Fettsäurephosphats, polyaxyäthylenalkylamin,' .Alky!phosphat,
Polyalkylenglykol,. Derivatsivan Alkylpolyamin und einer
Mischung~>von Polyoxyäthylenalkyläther mit Polyalkylenglykol
in der Weise unterworfen wird, daß 0,2 bis 2,0 Gew.-% des oberflächenaktiven Mittels , bezogen auf das
Gewicht des sich ergebenden getockneten Fädenmaterials,
absorbiert werden. Es wurde gefunden, daß eine derartige
Emulsionsbehandlung sehr wirksam*nicht nur hinsichtlich der Verhinderung von Störungen bei dem nachfolgenden Trocknungsvorgang
aufgrund von statischer Elektrizität, sondern auch hinsichtlich einer noch weiteren Verbesserung der
physikalischen Eigenschaften des bei der praktischen Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erhaltenen Produkts
ist. Die absorbierte Menge des oberflächenaktiven Mittels soll 2 Gew.-% nicht übersteigen, da andererseits das
Produkt eine unerwünschte Entglasung aufweist. Wenn der Gehalt
niedriger als 0,2 Gew.-% ist, wird kein wesentlicher
Effekt erhalten.
Die Erfindung wird nach&ehend anhand von Beispielen
näher erläutert, worin sämtliche Teile und Prozentsätze auf Gewicht bezogen sind, falls nichts anderes angegeben
ist. ^ . '
Beispiel T '
Drei 9 %ige Lösungen der Acrylnitrilmischpolymerisate
A, B und C, gelöst in einem wäßrigen Salzlösungsmittel, bestehend aus 54 % Zinkchlorid, 4 $ Natriumchlorid und 42 %
Wasser, wurden durch ein Direktlösungs-Polymerisationsverfahren
hergestellt, wobei A ein Mischpolymerisat von 7Si Vinylacetat,
1 % Natriumallylsulfonat und 92 % Acrylnitril,
B ein Mischpolymerisat von 9,5 % Methylacrylat, 1,5 % Natriummethallylsulfonat
und 89 % Acrylnitril und C ein Mischpolymerisat
von 8 % Methylacrylat, 4 % Acrylamid,! % NatriumraethaiIyIsulfonat
und 87 % Acrylnitril waren.
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Jeder der drei Polymeri;;atlö3ungen wurde durch Spinnfäden
mit 1200 Löchern mit einem Loch- oder Öffnungodurchmesser
von 0,10 mm in ein wäasrige-G Koagulierbad bei 2O0C
ausgepresst, das durch Mischen von 1 Teil des genannten Salzlösungsmittels
mit 1 Teil Wasser hergestellt worden war, und
die so erhaltenen Aquagelfäden wurden fortschreitend auf da3
2/1-3-fache ihrer ungestreckten Länge insgesamt gestreckt, während
sie mit V/aaser gewaschen wurden. In diesem Pail wurden die Aquagelfäden durch 4 Waschbäder geführt und die Streckbehandlung
wurde unter dem in der nachstehenden Tabelle I angegebenen Bedingungen ausgeführt:
waschbare Zusammensetzung waschb. Streek-
Temperatur ausmaß
1. Bad etwa 5 #ige wässrige Lös. 30 °c 1,2
des Salzbestandteils,
des Salzlösungsmittels
des Salzlösungsmittels
2. Bad etwa 1 $ige wässrige Lös. 40 °c 1,2
des Salzbestandteils, des Salzlösungsmittels
3. Bad Wasser mit einem Spuren- 60 °c 1,3
gehalt an Zinkchlorid i
4. Bad Wasser " 75 °c 1,3
BAD
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Die so gewaschenen und gestreckten Aquagelfäden wurden
dann kontinuierlich bei einer Lufttemperatur von 1500C und
während einer Dauer von 10 Min. getrocknet, bis d'eren Wassergehalt
auf 1 $ abnahm und deren ,Transparenz 94 $ erreichte, und
die getrockneten Päden wurden kontinuierlich zu einer Länge von
dem 5,5-fachen in im wesentlichen gesättigtem Wasserdampf bei 150 C (etwa 0t7 atü) mittels einer Druckstreckvorrichtung gestreckt,
die mit einer Wasserdampfkammer und Einlaß- und Auslaßschlitzen einer Labyrinth-Abdichtungsart ausgestattet war
wobei die Oberflächengeschwindigkeit der Streckrollen in Nahe
des Auslaßschlitzes 90 m/min« betrug. ä
Die auf diese Weise heiß verstreckten Paden wurden kon- ^
tinuierlieh einer weiteren Druckvorrichtung mit einem ähnlichen
Aufbau wie derjenige, der vorstehend genannten Streckvorrichtung
mit der Abänderung, 'daß sie mit einem Satz von Führungsrollen in der Wasserdampfkammer ausgestattet war, zugeführt
und entspannt, wobei deren Spannung in der Vorrichtung auf etwa
5 mg/den gehalten wurde. Die Päden wurden nach Entspannung kontinuierlich
mit einer wässrigen Emulsion eines oberflächenaktiven
Mittels mit antielektrostatistischen Eigenschaften in Berührung
gebracht, mit Druckrollen abgepreßt, mit einer Kräuseleinrichtung der Klemmwalzenart gekräuselt, in einem heißen Luftstrom
getrocknet und dann als Produktfäden ge&amme.lt.
Bei diesem Versuch, wurde die Entspahnungsbehandlung unter- . φ
sucht, wobei jeder der drei heiSverstreckten Päden der Polymerisate
"ABC", um 20 #, 30 ψ bzw.. 4Ö </o ihrer Länge bei jeder Wasserdampf
temperatur von 1050G, 1150C, 1300C, 1400C und -15Ö*C einliefen
oder schrumpften. Die dabei erhaltenden Ergebnisse sind
in der nachstehenden Tabelle II zusammengefaßt, wobei die Bezeichnung
XX für ein derartige^ sehr schlechtes Ergebnis steht, es schwierig oder unmöglich νar, die Entspannung einer gegebenen
Probe bis zu einer erwarxer.c en Schrumpi'ung fortzusetzen,
X für ein schlechtes Ergebnis steht, bei welchem, obgleich die
gegebene Probe leicht auf eine erwartete Schrumpfung schrumpfen konnte, das sich ergebende Produkt entglast, steif und
für die Herstellung von schrumpffähigen Pasern und Garnen /von
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von handelsüblicher Qualität ungeeignet wurde, und die Bezeichnung O ein gutes Ergebnis sowohl hinsichtlich
der kontinuierlichen Durchführung als auch &r Eigenschaften
des Produkts anzeigt.
Tabelle II .
Art des fadenar tigen Mischpoly merisats |
20% | A | 40% | 20% | B' | 40% | - | C | XX J |
—~__^chrumpfung | XX | 30% | XX | 0 | 3054 | XX | 20% | 30% | 0 |
Wasserdampf- *■■*■* temperatur^) 1050C jetwa 0,7 atü) |
XX | XX | 0 | XX | XX | 0 | 0 | / I |
|
1150C (etwa 0,7 atü) |
O | XX | XX | / | 0 | 0 | O | 0 | 0 |
13O0C (etwa 1,8 atü) |
0. | 0 | 0 | 0 | O | 0 | 0 | / | / |
1400C (etwa 2,7 atü) |
i 0 |
/ | 0 | X | / | O | X | 0 | |
15O0C (etwa 3,7 atü) |
0 | 0 | X | X | |||||
Bei diesem Versuch besaßen z.B. die Produktfäden, die durcli Entspannen der heißverstreckten Fäden des
Polymerisats B um 30% der Länge bei 1300C hergestellt
worden waren, eine Trockenfestgkeit von 3,6 g/den, eine
Trockendehnung von 42%, eine ICnotenfestigkeit von 3,0 g/den
und eine Knotendehnung von 32%. Diese Fäden v/aren nicht entglast und waren sehr weiß. Überdies konnten sie
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mit einer Turbostapelvorrichtung ohne jegliche Störung .
behandelt werden, um eine Schrumpfung von 23 % in ·
kochendem Wasser in einem entspannten gegenüber Schrumpfen freigegebenen Zustand aufzuweisen, und es konnte ein · -'
schrumpffähiges Garn von guter Qualität aus dem Turbo-Faserband
oder -Kardenband, das so erhalten wurde, hergestellt werden, wobei die Faserkomponente des Faserbandes
eine Knotenfestigkeit von etwa 1,2 g/den und eine Knotendehnung von etv/a 5 ¥>
vor der Behandlung mit Wasserdampf besaß.
■■■ .' ' ■ ·
Für. Vergleichszwecke wurden die Aquagelfäden des Polymerisats B nach dem Vaschen und Strecken auf eine
Länge von dem 2,43-fachen bei etwa 1500C und während
etwa V min. bis auf einen Wassergehalt von etwa 12 % und
eine Transparenz von etwa 80% in einem Fall (Fall 1)
und außerdem bei etwa 8Q0C und während etwa 20Hin" auf
einen Wassergehalt von etwa 5 % und eine Transparenz ·
von etwa 55 % in einem anderen Fall (Fall 2) getrocknet.
Die beiden getrockneten Fäden--wurden jeweils dann einem
Heißstrecken, einem Zusammenziehen und den nachfolgenden
Behandlungen unter den gleichen Bedingungen, wie. sie bei ν
dem vorstehend beschriebenen Versuch angewendet wurden, ^
unterworfen. Beide Fadenprodukte im FaIlI "urid,- im Fall 2 W
waren beträchtlich entglast und die Faserkomponenten der sich ergebenden Turbo-Faserbänder im' FaIH und im Fall 2
waren au brüchig, um ein schrumpffähiges Garn von
technischer oder handelsüblicher Qualität zu bilden.
Eine 9%ige Lösung eines ternären .Polymerisats von
8,-7 % Methylaorylat, 1,3 % Maijriummethallylsulfonat· und
-•22 -
90/0 Acrylnitril, gelöst in einer 5Q%ißen wäßrigen Lösung
von Zinkchlorid vnirde nach dem Direktlösun^s-Polymerisationsverfahren
hergestellt und durch Spinndüsen mit
10 000 Löchern mit einem Lochdurchmesser von 0,12 mra in ein Koagulierbad, bestehend aus einer 25#igen wäßrigen
Zinkchloridlösung bei 20cC ausgespritzt.
Die so erhaltenen Aquagelfäden wurden aus dem Koagulierbad abgezogen, mit Wasser von Zinkchlorid freigewaschen,
auf etwa das 3-fache in Wasser bei etwa 7C0C
gestreckt und dann in einem Luftstrom bei etwa 1500C während einer Dauer von io min bis auf einen Wassergehalt
von etwa 2 % und eine Transparenz von etwa 89/'a getrocimat.
Nach Verlassen der Trocknungseinrichtung wurden die Fäden auf etwa das 2-fache in Wasser bei etwa 95eS und erneut
auf etwa das 2,2-fache in im wesentlichen gesättigtem Wasserdampf bei 108DC (etwa 1,4 atü) mittels einer ähnlichen
Streckvorrichtung, wie die in Beispiel 1 verwendete, gestreckt. Die lineare Geschwindigkeit der die Streckvorrichtung
verlassenden Fäden wurde bei etwa 105 m/min gehalten. Die so gestreckten Fäden vrarden dann um etwa
25$ der Länge in in wesentlichen gesättigtem Wasserdampf
bei etwa 1350C mittels einer ähnlichen Entspannungsvorrichtung,
wie in Beispiel 1 verwendet, entspannt, wobei deren Spannung während der Entspannung bei etwa 10 mg
je den gehalten wurde, und die Dauer ihrer Durchführung
durch die Entspannungsvorrichtung etwa 5 see. betrug.
Das erhaltene Produkt besaß einen Titer von etwa
5 den je Faden, eine Trockenfestigkejfc von etwa ?,9 g/den,
eine Trockendehnung von etwa 36%, eine Xnotenfectigkeit
von etwa 2,8 g/den, eine Knotendehnung von etwa 28% und
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einen Weißgrad von etwa 0,86 gemäß den.JMeßergebnissen
nach den1 Bestiüunimg von Japan Industrial Standard..
Die Produkte waren nicht entglast und die durch Turbo-
Verarbeitung hergestellten schrumpffähigen Garne aus
diesen Produkten besaßen eine sehr gute Qualität.
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Claims (5)
- PatentansprücheNaßspinnverfahren zur Herstellung vonfidenartigem Material aus einer Spinnlösung von Acrylnitrilmischpolymerisaten mit einem Gehalt von 85 bis 95Gew.-% an gebundenem Acrylnitril im Polymerisatmolekül in einer wäßrigen, hauptsächlich' Zinkchlorid enthaltenden Salzlösung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Aquagelfadenmaterial, das durch Verspinnen der genannten Spinn-Mk lösung in ein wäßriges Koagulierbad erhalten wurde, in V/asser auf eine Länge von dem 1,5- bis 4-fachen seiner Länge nach dem Abziehen aus dem Koagulierbad streckt, das gestreckte Acuagelfadenmaterial kontinuierlich trocknet, um ein Fadenmaterial mit einem Wassergehalt von weniger als 5 Gew.-Jb und einer Transparenz von wenigstens 70 Gew.-?6 zu erhalten, wobei die Transparenz nach der in der Beschreibung angegebenen EeStimmungsmethode gemessen wird, das getrocknete fadenartige Material in einem heißen wäßrigen Medium auf eine Länge von dem 4- bis 8-fachen Geiner Länge unmittelbar vor dem Heißstrecken kontinuier lieh streckt und das sich ergebende gestreckte fadenartige Material unter einer Spannung von wenigstens 2 ng/denφ in im wesentlichen gesättigtem Wasserdampf bei einer Temperatur X (0C) zwischen 100 bis 160cC und innerhalb eines Bereichs,der die Beschränkungsbedingung55 log Y -h 5M - 417 ^ X S 1CO log Y + 5M - 434erfüllt, kontinuierlich entspannt, wobei M der Gehalt an gebundenem Acrylnitril in Gew.-?< des Acrylnitrilmischpolymerisats, das das fadenartige Material bildet, und Y die Schrumpfung in Prozent von der Länge darstellen, die auf das heißverstreckte fadenartig Material angewendet werden soll und zwischen 15 bis 45 % liegt. .009836/2112- 25 - ■ ■
- 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das in Wasser gestreckte Aquagelfadenmaterial kontinuierlich zur Bildung eines· getrockneten Fadenmaterials mit einem Wassergehalt von weniger als 3 Gew.-% und einer Transparenz iron mehr als 809^ trocknet" --.
- 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die GesamtStreckung, die auf das aus dem Koagulierbad abgezogene Aquagelfadenniaterialsbis zur Gewinnung des getrockneten Fadenmaterials aufgebracht wird, wenigstens das 10-fache der ursprünglichen Länge des Aquagelfadenma-' terials beträgt. . .
- 4) Verfahren nach einem der·Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das getrocknete und he'ißverstreckte Fadenmaterial kontinuierlich unter einer Spannung von wenigstens 2 mg/den in im wesentlichen gesättigten Wasserdampf bei einer Temperatur X (0C) zwischen 100 bis 160rC und innerhalb eines Bereichs,der die nachstehende Beschränkungsbedingung55 log Y + 5M - 417 = X = 100 'log Y + 5M. - 434erfüllt, wobei der Bereich der Schrumpfung Y zwisehen 20 und 30% liegt, Y und M die vorstehend angegebene Be- . deutung haben, kontinuierlich entspannt.
- 5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis. 4> dadurch gekennzeichnet, daß man die Entspannung des getrockneten und heißverstreckten Fadenmaterials kontinuierlich ausführt, indem man das Fadenmaterial durch eine Entspannungsvorrichtung leitet, die mit einer mit im wesentlichen gesättigten Wasserdampf gefüllten Kammer, einem Einlauieil für das Einführen des heißverstreckten Fadenmaterials in die Wa s β er dampf kammer und einem Auslaßteil für das He-raus-'ziehen des entspannten Fadenmaterials aus der Wasserdampf-009836/2112 b*D ORIGINAL- 2ο -kammer ausgestattet ist, wobei der Sinlaßteil \ma Auslaß-teil den Aufbau eines Schlitzes vom Labyrinthabdichtungstyp oder einer Abdichtungsrolleneinheit aufweisen.6·) Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 5,' dadurch gekennzeichnet, daß das Aquagelfadenraaterial bei einer Stufe, die nicht nach der Trocknungsstufe liegt, mit einer wäßrigen Emulsion eines oberflächenaktiven
Mittels aus der Gruppe von Diäthanolaminnonoester eines Fettsaurephosphats, Polyoxyathylenalkylanin, Alkylphosphat, Polyalkylenglykol, Polyalkylpolyaminderivaten und einer Mischung von Polyoxyäthylenalkyläther mit Polyalkylenglykol kontinuierlich so behandelt, daß 0,2 bis 2,0 Gew.-So des oberfläjnenaktiven Mittels, bezogen auf das Gewicht des sich ergebenden getrockneten Fadenmaterials absorbiert werden.009836/2112Leerseite
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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