DE2042150A1

DE2042150A1 - Verfahren zur Waermebehandlung von Polyamidfasern

Info

Publication number: DE2042150A1
Application number: DE19702042150
Authority: DE
Inventors: Takuji Fukuda; Toshiyuki Ueda
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1969-08-26
Filing date: 1970-08-25
Publication date: 1971-03-18
Also published as: DE2042150C3; GB1312337A; DE2042150B2; US3739055A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren .zur Wärmebehandlung von Polyamidfasern, um diese gegen Wärme und Zug zu stabilisieren, besonders zur Behandlung von Nylon-6.

Polyamidfasern, besonders solche aus Eylon—6, besitzen ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Abriebfestigkeit und ähnliches, so daß sie als Cord zur Verstärkung von elastischen Materialien, besonders als Heifencord geeignet sind. Andererseits schrumpfen diese Pasern bei einer Erhöhung der Temperatur sehr viel stärker oder dehnen sich bei Zug stärker aus als andere Fasern v/ie Kayon,Polyester und ähnliches, und daraus

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resultiert "bei einer Änderung der Temperatur eine ungleichmäßige Schrumpfung oder, bei einer leichten Änderung des Zuges, eine ungleichmäßige Ausdehnung, und folglich wird die Form und Elastizität des,Produktes uneinheitlich. Bei elastischen Produkten, die mit diesen Fasern verstärkt worden sind, besonders bei Reifenin ändert sieb die Struktur bei einer Änderung der Temperatur und des Zuges während der Herstellung der Reifen empfindlich und die Gleichmäßigkeit der Dimension und Elastizität (im folgenden nur als Gleichmäi3igkeit bezeichnet) sowie die Einheitlichkeit der Dimension bzw. die Streubreite der Produkte untereinander, wenn ein Kollektiv von Produkten gleicher Dimension betrachtet wird (im folgenden als Form-Stabilität bezeichnet) sind schlecht. Das macht die Herstellung der Reifen sehr schwierig und verhindert ein gleichmäßiges Laufen des Reifens und erhöht das Geräusch und erzeugt ein für den·Fahrer unangenehmes Gefühl.

Entsprechend war bisher die Verbesserung der Form-Stabilität von Polyamidfasern, besonders von lylon-6, ein sehr wichtiges Problem für den Fachmann und es wurde eine Reihe Versuche unternommen, um eine solche Verbesserung zu erzielen. Zum Beispiel wurde der Reifencord unter einer gegebenen Zugspannung eine gegebene Zeit lang einer hohen Temperatur ausgesetzt und anschließend unter der gleichen Zugspannung abgekühlt (als Verfahren ¹¹A" bezeichnet).

Der Reifencord wurde in einem Ofen unter Stickstoff 60 Minuten lang bei hober Temperatur einer Zugspannung ausgesetzt (als Verfahren ¹¹B" bezeichnet).

Der Reifencord wurde naß eine bestimmte Zeit bei einer bestimmten Zugspannung, und dann trocken eine bestimmte ^eit lang unter einer bestimmten Zugspannung einer hohen Temperatur ausgesetzt (als Verfahren "C" bezeichnet).

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Bei dem Verfahren ¹¹A" kann keine zufriedenstellende Verbesserung erreicht werden. Bei dem Verfahren "B" muß eine Apparatur verwendet werden, in der unter Stickstoff gearbeitet werden kann, und es ist eine lange Zeit wie etwa 60 Minuten erforderlich, so daß dieses Verfahren vom Gesichtspunkt der kosten her ungünstig ist. Bei dem Verfahren ¹¹C" ist für die Wärmebehandlung in der Kasse eine besondere. Apparatur erforderlich.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gutes Verfahren zur Wärmebehandlung von Polyamidfasern zur Verfügung zustellen, bei dem unter Verwendung von normalerweise verwendeten Apparaturen zur Wärmebehandlung die Pasern eine hohe Stabilität gegen Wärme und Zug erhalten und wodurch elastische Produkte, die diese Pasern enthalten, besonders Keifen, eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit und Pormbeständigkeit erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung von Polyamidfasern ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Polyamidfasern mehrmals abwechselnd unter Zugspannung in der Wärme behandelt, wobei sie eine bestimmte Zeit lang einer hohen Temperatur unter hoher Zugspannung ausgesetzt werden, und anschließend die entspannten Pasern in der Wärme behandelt, wobei sie eine bestimmte Zeit unter geringer Zugspannung der Wärme ausgesetzt werden.

In den Polyamidfasern wandelt sich bei der Wärmebehandlung unter Entspannung der strukturell unbeständige Bereich in einen stabilen Bereich um und die Kristall-Stabilität wird verbessert und die iüolekül-ürientierung verringert, während bei der Wärmebehandlung unter Zug die luolekül-Ürientierung verbessert wird und die Kristall-Stabilität abnimmt. Bei deia erfindungsgemäßen Verfahren weruen diese Tatsachen ausgenutzt und die Warmebehandlung unter Zug und die Wärmeoehandlung unter Lntoparmung werden widerholt ab-

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wechselnd durcbgeführt, wobei die Verringerung der Festigkeit auf ein Minimum vermindert v/erden kann und die Molekül-Orientierung fixiert wird, und die Wärme-Stabilität und Zug-Stabilität verbessert v/erden.

Die Bedingungen für die Wärmebehandlung unter Zugspannung und die "Wärmebehandlung unter Entspannung, d.h. die Zugspannung, die Temperatur und die Behandlun_&szeit, v/erden durch die Fasern selbst, die Apparatur und die gegenseitige Beziehung der einzelnen Bedingungen bestimmt; vorzugsweise wird jedoch bei einer Temperatur von 180° bis 22O⁰C gearbeitet, wobei die Zeit für jede einzelne Wärmebehandlung unter Zugspannung bzw. unter Entspannung etwa 36 Sekunden beträgt und die Zugspannung selbst bei der Wärmebehandlung unter Spannung 0,60 bis 1,59 g/Denier und. bei der Wärmebehandlung unter Entspannung nicht mehr als 0,39 g beträgt. Bei einer Temperatur unterhalb von 180 C ist die Wirkung der abwechselnden Wärmebehandlung gering, während bei einer Temperatur von mehr als 220°(
damit die Festigkeit abnimmt,

Temperatur von mehr als 220⁰C der Polymerisationsgrad und

Wenn die Zugspannung bei der Wärmebehandlung unter Zug mehr als 1,5 g beträgt, verringert sich die Festigkeit, während bei einem Zug von weniger als 0,6 g die Wirkung nur gering ist. Die »»arme behänd langen werden mindestens 3mal, vorzugsweise mindestens 5mal abwechselnd durchgeführt.

Erfindungsgemäß kann eine Apparatur sur "wärmebehandlung verwendet werden, die einen luftofen und eine Vorrichtung zur Anwendung der Zugspannung besitzt. Eine besondere Apparatur ist nicht notwendig und als Keizmeüium kann Luft verwendet werden. Demnach kann die Behandlung mit geringen Kosten durchgeführt werden. Darüber hinaus können die prozentuale Warneschrumpfung S und die Kriechdehnung G, die in den folgenden Formeln angegeben sind, in Proben, die häufig der abwechselnden Wärmebehandlung unterworfen

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worden sind, wesentlich herabgesetzt werden, verglichen mit Proben, die nur einmal der abwechselnden Wärmebehandlung unterworfen worden sind. Als Ergebnis hiervon ist es möglich, elastische Produkte, besonders Eeifen, zu erhalten, die eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit und Form-Stabilität besitzen.

Die oben angegebene Kriechdehnung G- wurde gemäß der folgenden Formel(1J bestimmt.

Eine Probe Eeifencord wurde unter einer Last von 0,004 g/Denier bei einer Temperatur von 24⁰G unter Atmosphärendruck einer relativen Feuchtigkeit von 65/i> ausgesetzt und die länge (Lo) wurde bestimmt. Anschließend wurde der Reifencord 30 Minuten bei Atmosphärendruck auf 175⁰C erhitzt, um eine ausreichende V/äriae schrumpfung zu erzielen. Anschließend wurde bei einer Temperatur von 24⁰O unter Atmo spharendruck und einer relativen Feuchtigkeit, von 655«» 5 Minuten lang eine last von 0,8 g/Denier angelegt. Anschließend wurde die Länge (L) bestimmt.

x 100 (1)

Die oben angegebene prozentuale Wärmeschrumpfung S wurde gemäß der folgenden Formelf2)bestimmt.

Eine Probe Reifencord wurde bei einer Temperatur von 24⁰C unter Atmosphärendruck und einer relativen Feuchtigkeit von 65?ö einer Last von 0,004 g/Denier ausgesetzt und die Länge (Lo) bestimmt. Anschließend wurde der Reifencord 30 Minuten bei 177⁰C belassen und anschließend die länge (L) bestimmt.

8(0) * x 100 (2)

Pie Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

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.6- 2Ö421SU

Bei den Zeichnungen stellen die Figuren 1 und 2 Kurven dar, die die Beziehung der prozentualen V/ärmeschrumpfung und der Kriechdehnung in Abhängigkeit von der Anzahl der abwechselnden Sehandlungen unter verschiedenen Bedingungen darstellen, und Figur 3 die Beziehung der prozentualen Yiärmeschruinpfung und der Kriechdehnung zu der Anzahl der abwechselnden Wärmebehandlungen für 2 Y/ärmebehandlungen zeigt, bei denen die Zugspannung bei der Wärmebehandlung unter Zug verschieden sind.

Beispiel 1

Es wurden Reifencorde aus lüylon-6 untersucht, wobei die Bedingungen der Wärmebehandlung und die Anzahl der abwechselnden Wärmebehandlungen geändert.wurde und die prozentuale Wärmeschrumpfung S und die Kriechdehnung G wurden bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 und in den Figuren 1 und 2 angegeben. Außerdem wurden zum Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Untersuchungen an Stoffen durchgeführt, die nach dem üblichen Verfahren behandelt worden waren, das nur in einer Y/ärmebehandlung unter Zug besteht.

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Tabelle 1 Tabelle

Versuch Nr.	1	3	5	10	4	1	2	3	* *	2	3	5	10	3	Vergleich 1	216sec	36üsec	720sec	3	5	10	Vergleich 2
Bedingungen: Wärmebehandlung unter Spannung Wäraebehändlung unter Sntspannung	180⁰C χ 4 kg χ 36 see 180⁰C χ 1 kg χ 36 sec	14,17 5,65	13,70 5,22	13,00 4,91	23O⁰C χ 4kg χ pbssü 230⁰C χ 1kg χ 36seo	4,19 6,68	4,78 6,68		200⁰C χ 4 kg χ 36 see 200⁰C χ 1 kg χ 36 see	10,65 4,58	10,15 4,25	8,70 3,85	220⁰C χ 4 kg χ 36 see 220⁰C χ 1 kg χ 36 see	20O⁰C χ 4 kg χ Zeit	15,01 5,32	14,83 5,27	13,52 4,7	7,45 3,15	6,78 2,98	6,07 2,92	nicht behandelt
Anzahl der ab wechselnden Be handlungen	i		1	1	72sec	-
Prozentuale Wärme schrumpfung S(?i) Kriechdehnung G(%)	14,35 5,72	10,95 4,75	8,20 3,50	15.20 5,28	15,80 6,86

Anmerkung;

1. Heifencora s 1260 Denier χ 2

2. Zug : je Faden

3. * : Riß (breakage)

Ni Cr:

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Wie aus der Tabelle 1 und den Figuren 1 und 2 hervorgeht, zeigt die prozentuale Wärmeschrumpfung S, wenn die Y/ärraebehandlungen bei verschiedenen Temperaturen zwischen 180 und 230⁰C bei gleicher Last und Behandlungszeit durchgeführt werden, bessere Ergebnisse, wenn die Temperatur innerhalb dem Bereich von 180 bis 22O⁰C höher liegt. Bei einer hohen Behandlungstemperatur von 230⁰C reißt der Faden jedoch leicht. Ebenso sind bei der Kriechdehnung die bei höherer Temperatur in dem Bereich von 180 bis 22O⁰C erhaltenen Werte besser. Bei einer Temperatur von 230 C reißt der Faden jedoch und es können keine guten Ergebnisse erhalten werden.

Beispiel 2

Nyl-on-6-Reifencord wurde unter Zugspannungen von 4 kg und 3 Jc.g im belasteten Zustand und 1 kg im entlasteten Zustand in der Wärme behandelt und die prozentuale Wärmescfcrumpfung sowie die Kriechdehnung wurden bestimmt. Man erhielt die in der Tabelle 2 und in Figur 3 angegebenen Werte.

Tabelle

Versuch Nr.	3	3	5	10	5	3	5	10
Bedingungen: Wärm eb eh andlung unter Spannung Wärmebehandlung unter Entspannung	22O⁰C χ 4 kg x 36sec 220⁰C χ 1 kg χ 36sec	7,45 3,15	6,78 2,98	6,07 2,92	22O⁰G x 3 kg χ 36sec 220⁰C χ 1 kg χ 36sec	6,40 3,52	8,05 3,03	7,50 2,81
Anzahl der ab wechselnden Be handlungen	1	1
Prozentuale Wärme- Schrumpfung S(¹^) Kriechdehnung G(^f,j)	8,20 3,50	9,35 3,87

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Aus Tabelle 2 und i'igur 3 geht hervor, daß die prozentuale V/armeschrumpfung sowie aie Kriechdehnung geringer werden und die Stabilisierung besser wird, je höher die Anzahl der abwechselnden Wärmebehandlungen ist. Außerdem ist die prozentuale Wärmeschrumpfung und die Kriechdehnung bei Versuch 3,bei dem die Wärmebehandlung unter einer höheren Zugspannung durchgeführt wird, besser als bei Versuch 5.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Ί. Verfahren zur Wärmebehandlung von Polyamidfasern, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polyamidfasern mehrmals abwechselnd unter Zugspannung und unter Entspannung in der Wärme behandelt»

2» Verfahren nach Anspruch 1_S dadurch gekennzei ohne t . daß die Wärmebehandlung unter Zugspannung 36 Sekunden lang bei einer Temperatur von 180 bis 220⁰C und einer Zugspannung von 0,60 bis 1,59 g/Denier durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmebehandlung unter Entspannung 36 Sekunden lang bei einer Temperatur von 180 bis 22O⁰C und einer Zugspannung von nicht mehr als 0,39 g/Denier durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung unter Spannung und unter Entspannung abwechselnd mindestens 3mal durchgeführt wird,

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