DE2032950A1

DE2032950A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung latent dreidimensional gekräuselter Fasern und Fäden aus linearen Hochpolymeren

Info

Publication number: DE2032950A1
Application number: DE19702032950
Authority: DE
Inventors: Günther Dr. 8901 Bobingen; Kramer Lother 6430 Bad Hersfeld; Kuhn Helmut Dr. 8901 Bobingen Bauer
Original assignee: Farbwerke Hoechst AG, vorm. Meister Lucius & Brüning, 6000 Frankfurt
Priority date: 1970-07-03
Filing date: 1970-07-03
Publication date: 1972-01-05
Also published as: CA966962A; AT323312B; FR2100236A5; NL7108895A; GB1325939A; BE769431A; US3832435A; CH530477A

Description

FARBWlKKE HOECHST AG. vormals Meister Lucius & Brüning

*,* 4ΰ 2O32S5O

Aktenzeichen: — HOE 7o/F Ho und H

Datum: 2. Juli 197o - Dr.v.F,/Ga

"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung latent dreidimensional gekräuselter Fasern und Fäden aus linearen Hochpolyraeren"

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung von latent dreidimensional gekräuselten Fäden und Fasern aus hochmolekularen Polyestern und Copolyestern sowie auf eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens gerichtet. j

Fäden aus schmelzgesponnenen linearen Hochpolymeren können unter der Spinndüse, so lange sie sich noch in einem nicht ganz verfestigten Zustand befinden, hinsichtlich ihrer Kristallisation und Orientierung besonders leicht beeinflusst werden. Wird z.B. eine einseitige Abschreckung oder eine einseitige Erhitzung des Spinnfadens vorgenommen, so erhält man über den Spinnfadenquerschnitt Orientierungs- und Kristallisationsunterschiede, die durch Messung der unterschiedlichen Doppelbrechungswerte auf den beiden Seiten des Fadens nachgewiesen werden könne. Die so erzeugten Orientierung- und Kristallisationsunterschiede führen bei einem später durchgeführten Schrumpfprozeß zu verschieden großen Schrumpfen auf den beiden Seiten des Fadenquerschnitts und dadurch zu einer " spiraligen oder wendeiförmigen Kräuselung des betreffenden Fadens.

Es ist bekannt, daß eine derartige Asymmetrie der Kristallisation und Orientierung durch einseitiges Erhitzen erreicht werden kann (britische Patentschrift 1 0I6 loo). Es ist auch möglich, den- ; selben Effekt durch einseitiges Abschrecken zu erzielen. Dies kann z.B. mit einem auf porösen Festkörpern erzeugten Flüssigkeitsfilm geschehen, in den die Fäden nur mit einem Teil Ihres Durchmessers eintauchen (französische Patentschrift 1 145 727), line weitere .Möglichkeit ist das. einseitige Abkühlen der frisch gesponnenen Fäden mit Hilfe von Gasströmen kurz unterhalb der Spinndüse (französische. Patentschrift 1 257 932) „Inch mit Hilf© -eines'int Spinnschacht angebrachten; Kühlkörpers,., der von den Fäden ein- _

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seitig berührt wird, kann eine dreidimensionale Kräuselung hervorgerufen werden (französische Patentschrift 1 559 751),

Von der Herstellung von Fäden aus sehr hochschmelzenden Substanzen, z.B. von Glasfäden, dagegen weiß man, daß ein looo bis 15oo°C betragender Temperaturunterschied.bei der Abschreckung unter der Spinndüse ein Einfrieren der beim Abschrecken erzeugten Krümmung des Glasfadens zur Folge hat und sich sofort eine starke sichtbare Kräuselung ausbildet. Zur Abschreckung der Glasfäden werden sowohl dünne Kühlstäbe als auch zwei gegeneinander gedichtete Luftströme eingesetzt (britische Patentschrift 796 876). Dieses für Glasfäden bekannte Verfahren läßt sich nicht auf organische, lineare Hochpolymere übertragen, da bei diesem die wesentlich geringeren Temperaturunterschiede zwischen plastischem und festem Zustand nicht ausreichen, um die im Augenblick der Abschreckung eingenommene geometrische Form zu stabilisieren. Außerdem weisen z.B. Polyesterfasern ohne eine nach der Abschreckung vorgenommene Verstreckung im Gegensatz zu Glasfasern eine zu kleine Reißfestigkeit und eine zu geringe Elastizität auf.

Mit Hilfe der bekannten Methoden ist es möglich, mit mehr oder minder gutem Erfolg aus linearen Hochpolymeren schmelzgesponnene Fäden mit feinen Titern herzustellen, die eine spiralige oder wendeiförmige Kräuselung besitzen. Bei starken Titern führt die Anwendung dieser Methoden Jedoch nicht mehr zu annehmbaren Kräuselungen. .

Mit den bisher bekannten Arbeitsweisen war es nicht möglich, bei groben Titern einen genügend großen Doppelbrechungsgradienten im Querschnitt der Fäden zu erzeugen. Die Kontakte zwischen den Fäden und den Kühlvorrichtungen waren dazu zu gering und nicht wirksam genug« . . .

Ziel der Erfindung ist deshalb_e ©is ¥erfateesa sowie eis© Vorrichtung zur Ausübung dieses Vei'faiireas zn liefSS¹K₈ u&m es gestattet _t latent clreidlaieiisioa^I g@faflaselt© Fadens unu Fasern, aus faocfanolefetlareii Polyestern und Copolyesters^ insbesondere Poly=

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äthylenterephthalät mit stärkeren Endtitern, also vom Endtitern etwa zwischen dtex 4 und dtex 3oo herzustellen.

Dieses Ziel wurde erfindungsgeraäß dadurch erreicht, daß die Spinnfäden nach ihrem Austritt aus der Spinndüse über eine rotierende, gekühlte Walze geleitet werden, deren Temperatur 15-9o°C, vorzugsweise 2o-4o°C, beträgt und deren Umfangsgeschwindigkeit U zwischen

Vv

U■ «■ ±—-und U » Vj, - —— , vorzugsweise

5o . 9o

zwischen

V 6 V

U ~—ί — und U- —-i—— , liegt,

Io ■ ■ _v Io

wobei V_f für die Abzugsgeschwindigkeit der Spinnfäden steht, und daß die Fäden die gekühlte Walze auf einem Mantelabschnitt berühren, dessen Länge durch einen Kontaktwinkel Ot von Io - 15o°, vorzugsweise 3o - 115° gegeben ist (s. Figur 1).

Dieses Verfahren wird mit Hilfe einer Vorrichtung ausgeübt, welche besteht aus einer gekühlten, angetriebenen Walze (3), einer weiteren gekühlten, angetriebenen Walze (4), die auf einer halbkreisförmigen Bahn, vorzugsweise auf einer zum Zylindermantel der Walze (3) | konzentrischen Bahn, bewegbar und an jedem Punkt dieser Bahn · arretierbar ist, wobei der Abstand in Metern der beiden Walzenmittelpunkte nicht mehr als b « B₃ + R^ + 1 + Io · cos Ol betragen soll, wenn R₃ den Radius der Walze (3), R₄ den Radius der Walze (4) in Metern und Ok den Kontaktwinkel bezeichnen. ~

In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt der Durchmesser der gekühlten Walze (3) o,3 * Io mm bis 2o · Io mm, vorzugsweise

2 2

1,7 · Io bis 4,o · Io mm und der Durchmesser der Walze (4) o,3 • Io bis ! .10 mm, vorzugsweise o,3 · lo² bis o,9 ·1ο² mm. Die Walze (4) läuft vorteilhaft mit einer Umfangsgeschwindigkeit von

3 2

bis 1 · Io ra/min, vorzugsweise von O - o,9 · Io m/min.

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Das erfindungsgemäße Verfahren liefert besonders wertvolle Fäden und Fasern bei Verwendung eines hochmolekularen, linearen Polyesters einer spezifischen Viskosität von über o,5, vorzugsweise über 0,8, gemessen an einer 1 gewichtsprozentigen Lösung des Polymeren in Phenol/Tetrachloräthan-im Gewichtsverhältnis 3:2 und für Po^esterfäden, die nach der Verstreckung einen Endtiter von 4 bis 3oo dtex aufweisen.

Bei der Herstellung von latent gekräuselten Fäden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Polyester mit Hilfe eines Schmelzrostes oder eines Extruders in bekannter Weise aufgeschmolzen und wie aus Figur 1 ersichtlich, weiterverarbeitet. Es wird dabei eine Düse mit einer so großen Anzahl von Bohrungen benutzt, daß die Fäden (2) bei ihrer Zusammenfassung zu einer Fadenschar auf der Walze (3) noch ungestört nebeneinander zu liegen kommen. Eine Verklebung der einzelnen Spinnfäden miteinander während ihres Laufes über die Walzenoberfläche wird dadurch vermieden. Um dieses Ziel leichter zu erreichen, können die einzelnen Bohrungen zweckentsprechend gegeneinander versetzt sein. Ihre Anzahl richtet sich daher nach Düsendurchmesser und nach gewählter Walzenbreite. Konkrete Angaben hierzu können den Beispielen entnommen werden.

Die in Fig.l gezeichnete Walze (3) wird in solch einem Abstand (a) unter der Spinndüse (1) angebracht, daß die Spinnfäden (2) beim Auftreffen auf den Mantel der Walze (3) einerseits schon so weit abgekühlt sind, daß sie .nicht mehr festkleben, andererseits ihre Abkühlung jedoch noch nicht so weit fortgeschritten ist, daß Orientierung und Kristallisation durch die Abschreckung an der Manteloberfläche der Walze <3) niöht mehr beeinflußbar sind* Da beide Forderungen nicht ohne weiteres miteinander vereinbar sind, nuß die Walzenoberfläche so gestaltet werden, daß sie zwar einen guten Kontakt mit den Spinnfäden während des Anliegens, jedoch auch eine gute Ablösung derselben beim Ablauf von der Walze gestattet. Dies wird durch eine matte Verchromung der Walzenoberfläche erreicht. Der Abstand (a) ist von Titer, Spinntemperatur und Umfangsgeschwindigkeit U der Walze (3) in der Weise abhängig wie im Abschnitt über den Einfluß der Spiönparameter beschrieben

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und läßt sich ohne Schwierigkeiten empirisch einstellen. Er sollte so klein wie möglich sein.

Zur Einstellung der Temperatur der Walze (3) wird die Walze (3) mit einem Kühlmedium durchströmt, welches sowohl flüssig wie auch gasförmig sein kann. In den meisten Fällen wird sich Leitungswasser oder entsalztes Wasser als das zweckmäßigste Kühlmedium erweisen. Das Kühlmittel wird zentrisch zu- und abgeführt (7,8).

Die Walze (3) rotiert in der vom eingezeichneten Pfeil (Figur 1) angegebenen Richtung und besitzt einen eigenen Antrieb. Ihre Umfangsgeschwindigkeit U wird auf Werte zwischen U = -r— und ,

v_f v_f ⁶%

U= V- ■ B₀-, vorzugsweise zwischen U - ■*—- bis U » —a~ eingestellt, wobei V_f die Abzugsgeschwindigkeit der Spinnfäden darstellen soll.

Mit Hilfe einer kleineren, ebenfalls gekühlten und angetriebenen Walze (4) wird eine intensive Berührung zwischen der großen Walze

(3) und den Spinnfäden (2) erreicht. Beim Anspinnen steht die

2 kleine Walze (4), deren Durchmesser vorzugsweise o,5 · Io bis

2
o,7 -Io mm beträgt, in der Stellung (4 a). Sie kann entlang einer kreisbogenförnigen Bahn (c), welche vorzugsweise konzentrisch mit dem Walzenzylinder der großen Walze (3) ist, bewegt werden und wird nach dem Anspinnen in eine Stellung (4) eingeschwenkt. I Aufgrund der Tatsache, daß sie in jedem Punkt der Bahn (c) arretierbar ist, gelingt es, den weiter oben definierten Kontaktwinkel (Oi) ^der Spinnfäden (2) auf der großen Walze beliebig fest- zulegen. In Figur 1 ist der Kontaktwinkel (Ot) als Sektor der Walze (3) eingezeichnet.

Die kleine Walze (4) weist vorzugsweise dieselbe matt verchromte Oberflächenbeschaffenheit wie die große Walze (3) auf und wird mittels zentrischen Zu- und Ablaufes des Kühlmediums (9, lo) gekühlt. Ihre Oberflächentemperatur ist vorzugsweise etwa die gleiche wie die der großen Walze (3). Die kleine Walze (4) besitzt einen eigenen Antrieb und rotiert in der angegebenen Pfeilrichtung

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(Figur 1), Ihre Drehzahl ist in der bevorzugten Ausführungsform jedoch so weit beschränkt, daß sie lediglich eine Umfangsgeschwindigkeit von O bis i · Io m/mdn , vorzugsweise von ο bis o,9 · lo² m/min, gestattet.

Die Maßzahl (b) für den in der Meter-Maßeinheit ausgedrückten Abstand der beiden Walzenmittelpunkte voneinander soll nicht höher sein als

b - Rq + R + 1 + Io cos (X ³ 4 '

wenn R₃ und R₄ die Maßzahlen der Radien der großen Walze (3) und der kleinen Walze (4) in Metern und (Ä den Kontaktwinkel be deuten. ■

Dieser Abstand findet seine Begründung in der Tatsache, daß bei einer Stellung der Walzen (3) und (4) zueinander, die einen Kontaktwinkel C^ » 9o° ergibt, ein Abstand (b), der größer als der oben angeführte ist, zum Reißen der Spinnfäden führt. Der Abstand der beiden Walzen kann um so größer gewählt werden, je mehr die Richtung der Fäden zwischen den beiden Walzen sich der Senkrechten (QU0°) nähert.

Die gekühlte Faserschar (5) wird nach dem Verlassen der kleinen Walze (4) über einen Fadenführer (6) oder ein anderes Umlenkorgan geführt und kann ohne den bei Grobfäden sonst nötigen Abzugsschacht von Io bis 15 m Länge, zweckmäßigerweise nach Aufbringung eines an sich bekannten, antistatischen, nicht verklebenden Präparationsmittels, aufgespult oder in Spinnkannen abgelegt weiden.

Eine Verstreckung der so erhaltenen Spinnkabel kann in bekannter Weise durchgeführt werden, z.B. kann sie zwischen Verstreckungsaggregaten sowohl mit Hilfe von Sattdampf oder überhitztem Wasserdampf als auch in warmem Wasser oder in Heißluft vorgenommen werden. Auch die Erhitzung eines Teiles oder sämtlicher Galetten des Einlaufaggregates muß zu den möglichen Verstreckhilfen gerechnet werden.

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Die Auslösung der dreidimensionalen Kräuselung kann sowohl im Kabel als auch in der Schnittfaser erfolgen, und zwar in den für die bei konventioneller Herstellungsmethode synthetischer Fasern für die Fixierung der Stauchkammerkräuselung und Eliminierung eines zu großen Schrumpfes benützten Aggregat ei, z.B. kann das Kabel (mit einer Voreilung von etwa 1:7) oder die Flocke auf einem Förderband durch einen Heißluftkanal oder durch einen mit Überhit iera Dampf beschickten Kanal befördert werden. Wie auch bei konventionellen Verfahren für stauchkammergekräuselte Fasern dient die Heißbehandlung zur Vermeidung eines zu großen Schrumpfes, indem man diesen vorwegnimmt. Dabei tritt im Falle der asymmetrisch orientierten Fasern eine spiralige Kräuselung auf.

Die Wärmebehandlung geschieht bei einer Temperatur von 7o bis 23o°C, vorzugsweise von 9o bis 16o°C. Zur Wärmeübertragung können außer Luft und Wasserdampf auch Flüssigkeiten oder beheizte Flächen dienen.

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung haben die verschiedenen Spinnparameter einen entscheidenden Einfluß auf die Eigenschaften der resultierenden Kräuselfasern. Dabei müssen nicht nur die spezifische Viskosität des Rohstoffes, die Düsenlochzahl, die Spinnförderung und der Spinnabzug berücksichtigt werden, sondern auch der Abstand (a) der großen Walze (3) von der Spinndüse (1), die Umfangsgeschwindigkeit U der großen Walze (3), der Kontaktwinkel Cc^) der Spinnfäden um die große Walze (3) und die Umfangs- ■' ■ a geschwindigkeit Z der kleinen Walze (4). .-'-'Z:'.

Einfluß der spezifischen Viskosität des Rohstoffes Der Einfluß der spezifischen Viskosität des Rohstoffes wirkt sich dahingehend aus, daß eine hohe spezifische Viskosität gleichbedeutend mit einer hohen Schmelzviskosität und diese wiederum gleichbedeutend mit einer höheren Spinnspannung (gemessen zwischen dem Fadenführer (6) und der vor der Aufspulung sich befindenden Abzugsgalette) ist. Die höhere Spinnspannung hat eine geringere Anklebungsgefahr der heißen Spinnfäden an die Walze (1) zur Folge, erlaubt also eine Verringerung des Abstandee (a). Einerseits wird der Faden dadurch schon bei einer höheren Eigentemperatür durch die

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Kühlwalze (3) abgeschreckt - so daß der Temperaturunterschied zwischen der gekühlten und der nicht gekühlten Fadenseite größer wird - und andererseits wird die Abschreckung in ein früheres Stadium der Ausbildung der Vororientierung verlagert. Beides bewirkt einen größeren Doppelbrechungsgradienten über den Fadenquerschnitt, d.h. eine stärkere Kräuselung nach der Kräuselungsauslösung.

In der nachfolgenden Tabelle 1 werden zwei Beispiele mit Rohstoffen verschiedener spezifischer Viskosität, gesponnen unter vollkommen gleichen Bedingungen, gebracht, (Die jeweils nicht erwähnten Parameter werden in diesen und den folgenden Versuchen konstant gehalten).

Die in der Tabelle angeführten Abkürzungen haben folgende Bedeutung: K_E ("Einkräuselung")."- ^h ~ ¹^

Le . * ^lo° **

wobei L * Länge einer gekräuselten* mit einer Vorlasst Von 1,8 Bg/ dtex belasteten Faser und

Le·*- Länge der unter L angeführten Faser in einem gestrecktön (entkräuselten) Zustand sind; Die Entkäuselung erfolgt durcn eine Entkräuselungskraft, die mit Hilfe eines Kraft/Dehnungsdiagrämms der auf ihrer Kräuselung zu prüfenden Faserart bestimmt wird.

K_n ("Restkräuselung") - ,,., . loo %, Λ

wobei Ld * dieselbe Länge einer gekräuselten» mit einer Vorlast γοη 1,8 mg/dtex belasteten Faser wie bei Ly «jedoch mit de» Unter,-« schied, daß diese Faser R Vo^ der Er^fUni:'".i i»in lang^ mit o,45 p/dtex belastet worden war undI erst haöi e^Äer>nsohließendenJ^ holungszeit von einer Minute der Messung unterzogen

Länge der Faser R im entkräuselten Zustand (s_# Jüe).

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Tabelle 1

Vers	.Nr.	Spez	.Visk.	42,	%)	«R <	%)	Bogen/cm
1		O	,8	53,	9	31,	_o	6,4
2		ρ	,98	O	34,	9	lo,4

Einfluß der Düsenlochzahl

Der Einfluß der Düsenlochzahl beschränkt sich auf die Verklebungen zwischen den einzelnen Kapillaren. Wird bei großer Lochzahl der Abstand zwischen den Spinnfäden auf der gekühlten Walze (3) und auf dem Wege zwischen Spinndüse (1) und gekühlter Walze (3) zu klein, so können sie gegebenenfalls infolge von Vibrationen der Apparatur oder infolge eines Luftzuges leicht miteinander verkleben. Dadurch werden - wie auch beim konventionellen Spinnen und Verstrecken - Störungen des Herstellungsablaufs verursacht.

Einfluß der Spinnförderung

Bei sonst gleichbleibenden Parametern steigt bei erhöhter Spinnförderung naturgemäß der ersponnene Fadentiter.

Bei feineren Titern tritt oft der Fall ein, daß die Fäden erst nach schon weitgehend erfolgter Abkühlung die große Walze berühren können, da sie sonst der auf sie ausgeübten Spannung nicht standhalten.

Ein etwas zu groß gewählter Kontaktwinkel (<λ ) wirkt sich bei sehr feinen Titern so aus, daß die Fäden über ihren ganzen Querschnitt hinweg abgekühlt werden-und dann nicht mehr kräuseln.

Fäden mit verschiedenen Endtitern weisen bei gleichen Bedingungen natürlich verschieden starke Abkühlungen über den Fadenquerschnitt auf. Als Beispiel seien in Tabelle 2 die Doppelbrechungsunterschiede, welche ein Maß für die Asymmetrie der Spinnfäden bezug- . lieh Kristallisation und Orientierung an den verschiedenen Stellen des Querschnittes darstellen, bei zwei verschiedenen Titern ange-

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- Io -

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führt (die Stellen der Doppelbrechungsmessung am Fadenquerschnitt sind in Figur 3 zeichnerisch verdeutlicht). In Tabelle 2 ist unter "Endtiter¹¹ derjenige Titer der Fäden und Fasern zu verstehen, welcher sich nach der Verstreckung und der Krauselungsauslösung einstellt.

Tabelle 2

Vers.-Nr.

Endtiter (dtex)

Doppelbrechung Io ,

im 1. Viertel iin d. Hälfte [im 3. Viertel des Spinnfadenquerschnitts

Unterschied Δ D zw. 1. u. 3. Viertel

Die Auswirkung der Doppelbrechungsunterschiede (Δ D) auf die Krause· lung gehen aus den folgenden Kräuselwerten der Tabelle 2 a hervor:

Tabelle 2 a

Vers.- Nr.	Endtiter (dtex)	Λ D	Ke (%)	-	28,7 19,1	Bogen/cm
3 4	35 loo	19,9 5,5	41 26			8,2 4,5
Einfluß des Spinnabzugs

Eine Erhöhung des Spinnabzugs wirkt sich hauptsächlich in einer Erhöhung der Spinnspannung aus und ermöglicht deshalb, wie schon bei der Diskusäon des Einflusses der spezifischen Viskosität erwähnt, eine Verringerung des Abstandes (a) zwischen Kühlwalze (3) und Spinndüse (1) und dadurch eine Intensivierung der Kräuselung (s. Tabelle 3 und Tabelle 4).

	End titer <dtex)	Tabelle 3	Spinn abzug (m/rain)	Abstand a (mm)	Verstr eckver hältnis	fr	!7,4 Jo, 9	Bogen/ cm
Vers.- Nr.	41,9 42,4	Spinn förde rung ~(g/miri)	1 OQO 1 25o	6oo 3 oo	1:1,59 1:1,3-0	*5 ίο, 5		5,6 7,6
5 6	245 3o5

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, sind die mit der beanspruchten Methode zur asymmetrischen Abschreckung hergestelltem Spinnfäden

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verhältnismäßig stark vororientiert. Durch hohe Spinnabzüge und höhere spezifische Viskositäten des Rohstoffes kann diese Vororientierung noch verstärkt werden. Durch zunehmende Vororientierung wird der bei der Abschreckung verursachte Orientierungsunter«- schied ebenfalls vergrößert und läßt diese deshalb wünschenswert erscheinen. Eine Folge der starken Vororientierung der Spinnfäden ist deren geringe Verstreckbarkeit. Eine Verstreckung wie sie sonst bei Polyesterfäden Üblich ist (1:4 oder darüber) würde zum Reißen der Fäden und zur Wickelbildung auf den Verstreckgaletten führen. Es muß jedoch darauf geachtet werden, daß das höchstmögliche Verstreckverhältnis angewandt wird, weil davon die Höhe des Schrumpfes und ebenso die Größe des SchrumpfUnterschiedes zwischen abgeschreckter und nicht abgeschreckter Seite des Fadens, also auch ( die Intensität der Kräuselung abhängt.

Einfluß des Abstandes (a) zwischen Spinndüse (1) und gekühlter walze (3) .■ ■_:::..'■"....../ ' ;^: ..; ^:'-;; ^:;; -.:, _..-",.-■;; :

Es ist einzusehenι daß mit größer werdendem Abstand (a) zwischen Spinndüse (1) und gekühlter Walze (3) der weiter oben beschriebene Doppelbrechungsunterschied & D zwischen den sich gegenüberliegenden Qüersclinittsseiteii kleiner werden muß: je stärker abgekühlt der Fädeh im Augeflbliök des Auftreffens auf die gekühlte W&lse (3) ist (und dies ist er^ bei asuöehmendem Abstand der Walze von der Spinndüse), um so geringer -ist ä^r i!eÄper^ den Fadenseiten nach der Absctoeökungi*"Ple j^ä^öe^^ läßt dadurch nach, das ohne Reißelii ÄÖgli^hö V^äti^^eiPliältnis ?■;■.;'·; und damit auöh Reißfestigkeit und Kni6^^h0uerbeät^digkeit ί nehmen zu (s* Tabelle 4). Der kleinste Abstand -^rbriiigt deshalb λ die beste Kräuselung. Bei gröberen lltesrn, höhfer'en S^iantempera-r türen und bei höheren trmf angsgeschwindigkeiteö Ö 4er WÄlze (3) dieser kleinste Abstand aufgrund des vorher Gesagten größer sein müssen als bei feinen Titern, niedrigeren Spinntemperaturen und ge ringeren Umfangsgeschwindigkeiten der Walze (3). Der für die jeweils gewählte· Kombination der übrigen Parameter günstigste Abstand (a)ergibt sich sehr einfach auf empirischem Wege als jener, bei welchem die Spinnfäden ohne anzukleben bzw. ohne mitgerissen zu werden von der Walze (3) gerade wieder ablaufen.

1 0 98Ö2/162 6

—	12 -	8
. [ Tabelle	4	6oo 3o,l 39,5 35,5
Vers.-Nr. . 7		27,4
Abstand a (mm) Reißfestigkeit (p/dtex) Reißdehnung (4) ζ (%)	4oo 22,7 4o,3 39,3	5,6 136o
Kj₁ (%)	28,4 *
Bogen/cm Knickscheuertouren bis Bruch	6,4 96o .

9 oo 39,2 4o,2 33,ο

24,3 4,8

15oo

Dabei wurden Reißfestigkeit und Reißdehnung auf einem Fafegraph-Faserreißgerät der Fa. Textechno geprüft und die Knickscheuertouren auf einem Drahtknickscheuergerät wie in "Chemiefasern", Jahrgang 12 (1962), Seite 853, von K.H. Grünewald beschrieben, bestimmt.

Einfluß der Umfangsgeschwindigkeit U der gekühlten Walze(3)

Je geringer die Umfangsgeschwindigkeit U der gekühlten Walze (3) im Verhältnis zur Abzugsgeschwindigkeit V_f der Spinnfäden wird, um so höher wird die Reibung und um so geringer die Orientierungsmöglichkeit der Moleküle auf der abgeschreckten Seite der Oberfläche, Andererseits wird durch die Reibung eine Spannung nach der großen Walze aufgebaut, welche zu einer höheren Vororientierung und dadurch zu einem geringeren Verstreckverhältnis führt.

■Tabelle"5

Vers.-Nr.

loa

lob

11

12ä

12b

1 ooo

Spinnabzug . V_f
(m/min)
U (m/min)
Endtiter (dtex)
Δ D

Verstreckverhältnis 1:1,26 Reißfestigkeit
(p/tex)
Reißdehnung

5o 51 73

Bogen/cm

Knie ksc heuert ouren

bis Bruch

9,1 23,2

69,4 47,7 11,6

1 ooo

2 oo 46 6o 1:1,39

17,o 31,0 61,5

45,4 Iq,3

13o

1 ooo 1 ooo

270
39
32

33, ο
34,6
32, ο

25,3
5,6

12oo

34o

18 1:1,89

34,6 39,6 28,0

19,8 4,8

2o7o

1 ooo

7bo 25 4 1:2,47

37,1 36,9 22,3

15,6

234o

10 9 8 8 2/1626

Aus dieser Versuchsreihe ist zu ersehen, daß bei Umfangsgeschwindigkeiten U der großen Walze (3), die kleiner als V_f/lo sind, Fasern erhalten werden, die nur geringe Reißfestigkeiten und Scheuerbeständigkeiten aufweisen und deshalb in der Praxis nur bedingt einsetzbar sind. Bei Umfanggeschwindigkeiten, die größer als 6 V_f/lo sind, werden andererseits Fasern erhalten, die sehr großbogig sind und deshalb nur einen geringen Bausch aufweisen. Ihre Herstellung ist deshalb nur von geringem Interesse.

1 Bei Umfangsgeschwindigkeiten U unter V_f/5o und über V_f - V_f/9o führt das Spinnen im angegebenen Kontaktwinkelbereich zu erheblichen Spinnschwierigkeiten bzw. zu nichtgekräuselten Fasern.

Einfluß der Umfangsgeschwindigkeit Z der kleinen Walze (4) Da durch die Umfangsgeschwindigkeit Z der kleinen Walze (4) die Spannung nach der Abschreckung der Spinnfäden geändert werden kann, wirkt sie sich infolge der Xnderungsmöglichkeit der Vororientierung hauptsächlich auf das Verstreckverhältnis nach dem Spinnen und damit auf Reißfestigkeit und Reißdehung aus:

V Tabelle 6

Vers.- Nr.	Urafangs- geschw. Z (m/min)	Verstreck verhältnis	Endtiter (dtex)	)	Reiß festig keit (p/tex)	Reiß dehnung (%)
13 14 15	O 1,32 2,65	1:1,44 1:1,52 1:1,64	42,1 4o,o 39,2	28, ο 29,2 33,2	43, ο 42,8 34,6
Einfluß	des Kontakt winke Is (O\

Ein größerer Kontaktwinkel ((X ) der Fäden (2) um die gekühlte Walze (3) hat eine längere Verweilzeit der Fäden an der gekühlten Fläche zur Folge. Dadurch wird ein größerer Teil des Fadenquerschnittes abgekühlt, die Kräuselung wird (da der schrumpfende, die Kräuselung verursachende Teil kräftiger ist) stabiler, die Feinheit der Kräuselung läßt etwas nach. Die Doppelbrechungsunterschiede steigen mit zunehmendem Winkel, das Verstreckverhältnis nimmt etwas ab.

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Tabelle 7

Vers.- Nr.	OC <°>	Δ D	Verstreck verhältnis	(%?	3o,4 32,6 24,1	Kräusel- ^ beständig- keit (%)	Bogen/ cm
16 17 18	7o 9o Ho	23,2 27,4 31,7	1:1,72 1:1,66 1:1,64	41,3 42,4 31, ο	74 77 78	7,2 6,4 5,6

⁺⁾ definiert in Beispiel 1

Beispiele von Fasern und Fäden, die mit Hilfe der beschriebenen Apparatur durch Kombination der verschiedenen Bedingungen erhalten wurden, -sind weiter unten beschrieben. Die- darin vorkommenden Titer sind nicht als Titergrenzen für das Verfahren anzusehen, da sowohl feinere als auch gröbere Titer mit intensiver latenter, dreidimensionaler Kräuselung damit herstellbar sind.

Die verfahrensgemäß hergestellten Fäden und Fasern mit mittleren und groben Titern besitzen eine ausgezeichnete dreidimensionale Kräuselung mit guter Beständigkeit und können als Füllmaterial auf dem Polstersektor oder zur Herstellung von Nadelfilzbodenbelägen eingesetzt werden.

Beispiel 1:

Unter Verwendung der im vorhergehenden Text beschriebenen Spinnapparatur wird ein Polyäthylenterephthalat der spezifischen Viskosität I,oo5, gemessen an einer 1 gewichtsprozentigen Losung des Polymeren in Phenol/Tetrachloräthan im Gewichtsverhältnis 3:2, durch eine Spinndüse mit 25 in Reihe angeordneter Düsenbohrungen bei einer Spinntemperatur von 285°C versponnen. Die dabei angewandten Spinnbedingungen waren folgende:

Spinnförderung
Spinnabzug

Abstand a der gekühlten
Walze (3) von der Spinndüse (1)
Kontaktwinkel (CX )

24o g/min
55o m/sec

65o mm

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Umfangsgeschwindigkeit U der gekühlten Walze (3). Umfangsgeschwindigkeit Z der Walze (4)
Durchmesser der Walze (3) Durchmesser der Walze (4) Temperatur der Walze (3) und der Walze (4)

	m/rain	2032950
14o	,65 m/min
2,	cm
19	cm
7	⁵C
27<

Die Verstreckung (Verhältnis 1:1,94) wurde mit Hilfe einer Anblasung des Kabels mit Sattdampf zwischen Galetten von Zimmertemperatur, die Krauselungsauslösung im Kabel mit Hilfe von Heißluft (3oo°) in einem "Fixierrohr" vorgenommen. Die erhaltenen Fasern wiesen folgende Eigenschaften auf:

Einzeltiter (ET) (dtex) Reißfestigkeit (Rf) (p/tex) Reißdehnung D (%) "Einkräuselung" K_E (%) "Restkrauselung" K^ (%) Kräuselbeständigkeit Best. (%) Bogen/cm

Dabei ist unter Kräuselbeständigkeit

Io3
21,8 38,7 48,1 34,4 71,6 5,2

Best. -

loo

zu verstehen*

Beispiel 2:

Ein Rohstoff wie im Beispiel 1 wurde aus einer Reihendüse mit 12o Bohrungen bei 285°C versponnen. Bei einer Spinnföderung von 2o5 g/min und einem Spinnabzug von 18oo m/min wurden folgende weitere Bedingungen eingehalten:

Abstand a der Walze (3) von der Spinndüse (1)

Umfangsgeschwindigkeit U der Walze (3) Kontaktwinkel X

15o mm 44o m/min loo°

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Sonstige Bedingungen (Z, Walzendurchmesser und -temperaturen) waren wie in Beispiel 1. Nach Verstrickung im Verhältnis 1:1,41 und Kräuselungsauslösung wie in Beispiel 1 wurden Fasern mit folgenden Eigenschaften erhalten:

ET (dtex)	9,o
Rf (p/tex)	25,3
D (%)	28,8
K₁₁ <%)	33,1
Kr <$>	23,9
Best. (%)	72,3
Bogen/cm	2o,5
Beispiel 3:

Bei diesem Versuch kam ein Rohstoff mit der SV ο,85 jaur Anwendung. Als Spinndüse wurde eine Plattendüse mit 43 Bohrungen und einem Durchmesser von 134,5 mm benutzt und als Spinntemperatur wurden

287°C gewählt.	245 g/min
Spinnförderung	1 ooo m/rain
Abzugsgeschwindigkeit	27o m/min
U	llo°
CX	o, 9 m/min
Z	45o'mm
a	8,5 cm
Radius der Walze (3)	36°C
Temperatur der Walze (3)

Sonstige Bedingungen wie in Beispiel

Die nach Verstreckung im Verhältnis 1 :1,52 und Heißbehandlung wie in Beispiel 1 erhaltenen Fasern hatten folgende Eigenschaften;

ET (dtex) 45,1 Rf (p/tex) 28 D (%) 32,1

42,9

31,1

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■ - 17 -

Best. (%) ' 72,6 ,Bogen/cm 6,4

Eine als Vergleich aus demselben Rohstoff, jedoch nach dem herkömmlichen Spinnverfahren (also ohne die gekühlte Walze) hergestellte Faser, die mit einer Spinnförderung von 3oo g/min und einer Abzugsgeschwindigkeit von 425 m/min gesponnen und im Verhältnis 1:4,o3 verstreckt wurde, hatte folgende Eigenschaften;

ET (dtex) 36,8

Rf (p/tex) 3o,8

D (.%) . 64,4

(%) 23,5

Best. (%) 35,8

Bogen/cm 4,8

Aus den beschriebenen Beispielen ist ersichtlich, daß für hohe Titer mit der beanspruchten Herstellungsmethode Einkräuselungsund Restkräüselungswerte erreicht werden, die wesentlich Über jenen der mit konventionellen Stauchkammern für zweidimensionale Kräuselungen erreichbaren liegen.

Beispiel 4:

Ein Polyäthylenterephthalat der spezifischen Viskosität I,o5 wurde durch eine Spinndüse mit 43 Dreilapp-Profil-Bohrungen bei 291°C versponnen und dabei eine gekühlte Walze (3) mit einem Durchmesser von 21 cm benützt. Die hier verwandte Walze (4) mit einem Durchmesser von 7o mm wurde bei allen folgenden Versuchen angewandt. Ihre Temperatur wurd bei allen Versuchen zwischen 25 und 35°C gehalten.

Spinnförderung 126 g/min

Spinnabzug 1 loo m/rain a 25o mm

ü 4oo m/min

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Z '■ ο

Temperatur der Walze (4) und

der Walze (3) 3o°C

Kühlmedium Leitungswasser

Die erhaltenen Profil-Fasern wiesen nach der Verstreckung im Verhältnis 1:2,18 und Krauselungsauslosuag wie in Beispiel 1 folgende Eigenschaften auf:

ET (dtex) 14

Rf (p/tex) 36,3

D (%) 23,8

(%) 29,4

(%) - 17,9

Best. (%) 68,8 Bogen/cm 6*6

Beispiel 5:

Polyäthylenterephthalat, spezifische Viskosität l,o wurde analog Beispiel 1 unter Einhaltung der folgenden Daten versponnen:

Düsenbohrungszahl	25
Spinnförderung	24ο g/min
Spinnabzug	18o m/min
a	31© mm
U	74 m/min
or	llo°
ζ	2 j, 7 m/min
Radius der Walze (3)	Io5 mm
Temperatur der Walzen (3 und 4)	25°C

Nach einer Verstreckung im Verhältnis 1:3,53 und nach Kräuselungsauslösung analog Beispiel 1 wurden Fasern mit folgenden Eigenschaften erhalten:

ET (dtex) 198,ο

. . 109882/1628

* ■ ι

Rf (p/tex) 3o,4

D (%) ^; ' 51,5

K_E (%) 43,2

K₁₁ (%) 31,ο

Best. (%) 71,5

Bogen/cm 3,8

Beispiel 6;

Ein Copolyester (wie in der DOS 1 495 625 besehrieben) bestehend aus Äthylenglykolterephthalat mit 5 % 2,2-Dimethylpropandiol-l,3 (bezogen auf Dimethylterephthalat), dessen spezifische Viskosität o,625 betrug, wurde unter Einhaltung der nachstehend aufgeführten Spinndaten versponnen

Spinntemperatur	s- 28o°C
Düsenbohrungszahl	12o
Spinnförderung	225 g/min
Spinnabzug	1 8oo m/min
a	45o mm
U	47o m/min
Z	1,5 m/min
	55
^R3	8,5 cm
Temperatur der Walzen
(3 und 4)	32°C bzw. 3o°C

Nach einer Verstreckung im Verhältnis 1:1,58 und nach Kräuselungsauslösung analog Beispiel 1 wurden Fasern mit folgenden technologischen Daten erhalten:

ET (dtex) 6,7

Rf (p/tex) 31,1

D (%) 29,6

(%) 26,6

(%) 18,ο Bogen/cra 8

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Claims

PATENTANSPRÜCHE;

Verfahren zur Herstellung von latent dreidimensional gekräuselten Fäden und Fasern aus hochmolekularen linearen Polyestern und Copolyestern, insbesondere aus Polyethylenterephthalat, durch asymmetrische Abkühlung von Spinnfäden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnfäden nach ihrem Austritt aus der Spinndüse über eine rotierende, gekühlte Walze geleitet werden, deren Temperatur 15 - 9o°C, vorzugsweise 2o - 4o°C, beträgt und deren Umfangsgeschwindigkeit F zwischen

5o

und U

^Vf "

9o

vorzugsweise

6 V

zwischen U

und U

liegt,

Io Io

wobei V- für die Abzugsgeschwindigkeit der Spinnfäden steht/ und daß die Fäden die gekühlte Walze auf einem Mantelabschnitt berühren, dessen Länge durch einen Kontakt -Winkel von Io - 15o , vorzugsweise 3o - 115 , gegeben ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Viskosität des hochmolekularen linearen Polyesters über o,5, vorzugsweise über o,8, liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyesterfäden nach dem Verstrecken einen Endtiter von 4 bis 3oo dtex besitzen.
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer gekühlten, angetriebenen Walze (3), einer weiteren gekühlten und angetriebenen Walze (4), die auf einer halbkreisförmigen Bahn, vorzugsweise auf einer zum Zylindermantel der Walze (3) konzentrischen Bahn, bewegbar und an jedem Punkt dieser Bahn arretierbar ist, wobei der Abstand-

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in Metern der beiden Walzemittelpunkte nicht mehr als

b = R₃ + R₄ + 1 + Io COS(X betragen soll.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der

2 2

Durchmesser der gekühlten Wälze (3) o,3 · Io bis 2o · Io

2 2

ram, vorzugsweise 1,7 · Io bis 4,ο · Io mm und der Durch-

2 3 messer der Walze (4) o,3 · Io bis 1 · Io mm, vorzugsweise

2 2

o,3 · Io bis o,9 · Io mm beträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

Walze (4) mit einer Umfangsgeschwindigkeit von ο bis 1 · Io

2 m/min, vorzugsweise von ο bis o,9 · Io m/min, läuft.

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