DE2122533B2 - Verfahren zur Herstellung gekräuselter Polyesterfaden mit einem hohen Young'schen Modul und besonders guter Kräuselung - Google Patents

Description

Bei den erfindungsgemäß verwendeten Polyesterfaden bandelt es sich um solche, die aus einem im wesentlichen linearen, faserbildenden Polyester mit hohem Molekulargewicht, in dem mindestens 85 Molprozent der wiederkehrenden Einheiten aus Athylenterephthalat bestehen, erhalten werden. Das Polyesterpolymerisat kann weniger als lSMoIprotent einer Säurekomponente, wie Isophthalsäure oder Adipinsäure, einer Alkoholkomponente, wie propylenglykol, oder eines Verzweigungsmittels, wie einer mischpolymerisierbaren Komponente, enthalten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieier Polyester nach einem üblichen Verfahren ichmelzversponnen unter Bildung von nicht ver-Itreckten Fäden; dann werden die nicht verstreckten Fäden auf an sich bekannte Weise heiß verstreckt linier Bildung von verstreckten Fäden. Die Verstrekkung wird vorzugsweise in mehreren Stufen durchgeführt, wobei hochorientierte Fäden erhalten werden. Das zu diesem Zeitpunkt angewendete bevorzugte Gesarntverstreckungsverhältnis beträgt 3,5 bis 6,0.

Die dabei erhaltenen verstreckten Fäden werden bei einer Temperatur von 135 bis 2-10° C unter einer Spannung von mindestens 0,3 g/Denier wärmebehandelt unter Bildung von Polyesterfäden mit einem hohen Youngschen Modul, die hochorientiert und kristallisiert sind. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur unterhalb 135° C liegt, ist der Youngsche Modul der erhaltenen gekräuselten Fäden nicht ausreichend hoch, während dann, wenn die Wärmebehand- !lungstemperaturen über 240" C liegen, ein lokalisiertes Schmelzen der Fäden auftritt, was zu einer Schmelzverklebung der Fäden untereinander führt. Solche Fäden sind natürlich für praktische Zwecke nicht geeignet. Die bevorzugte Wärmebehandlungstemperatur liegt bei 150 bis 230° C.

Dir auf die Fäden ausgeübte Spannung zum Zeitpunkt der Wärmebehandlung sollte mindestens 0.3 g/Denier betragen. Wenn die Spannung unterhalb 0,3 g/Denier liegt, liefert selbst die Wärmebehandlung bei Temperaturen innerhalb des oben angegebenen Bereiches keine Fäden mit einem ausreichend hohen Youngschen Modul, und außerdem ^fritt der Nachteil auf, daß das Kräuseln solcher Fäden Schwierig ist. Die bevorzugte untere Grenze der Spannung beträgt 0,5 g, Denier, und die bevorzugte obere Grenze liegt bei 3,5 g/Denier.

Die wärmebelnndelten Polyesterfäden werden dann abgekühlt und dann in dl·; Haltewalzen einer Stauchkammer eingeführt, wobei die Fäden unmittelbar vor dem Fintritt in die Haltewalzen auf eine Temperatur von mindestens 10 C. vorzugsweise Von mindestens 20° C unterhalb der Wärmebchandlungstemperatur und bei einer Temperatur zwischen 100 und 140° C und unter einer Spannung von mindestens 0,lg/Denier gehalten werden. Innerhalb der Stauchkammer werden die Fäden auf an sich bekannte Art und Weise gekräuselt. Die gekräuselten Fäden werden in üblicher Weise aus der Stauchkammer abgezogen. Zweckmäßigerwcise erfolgt die Ternperatureinstcüung der Fäden unier Verwendung von üblichen Heizwalzen. Die Temperatur der Fäden fällt im allgemeiren bis zu einem gewissen Grade während der Wanderung der Fäden zwischen den letzten Heizwalzen und den Haltewalzen der Stauchkammer ab. In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es deshalb erforderlich, die Temperatur der HeizfflL walzen so einzustellen, daß die Temperatur der Fä-

S* den unmittelbar vor dem Eintritt in die Haltewalzen ma innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt. Der

P Grand des TemperaturabfaJls der Fäden beim Wandern zwischen der letzten Heizwalze und den Haltewalzen hängt von verschiedenen Faktoren, beispielsweise dem Unterschied zwischen der Temperatur der letzten H-fizwalze und der Lmgebungstemperatur oder der Wanderungszeit (üblicherweise weniger als

ίο einige Sekunden) ab, wenn jedoch einmal die Arbeitsbedingungen auf konstante Werte eingestellt sind, wird auch der Grad des Temperaturabfalles praktisch konstant. Deshalb wird bei der praktischen Durchführung die Temperatur der Fäden unmittelbar vor dem Eintritt in die Haltewalzen durch eine geeignete Oberflächentempcraturmeßvorrichtung gemessen, und die Temperatur der Heizwalze wird so eingeste'lt, daß diese gemessene Temperatur innerhalb des erfindungsgemäß angegebenen Temperaturberei-

ao dies liegt.

Der kritische Punkt des wrfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die unter Spannung wärmebehandelten Polyesterfäden auf eine Temperatur von mindestens 10^cC unterhalb der Wärmebehandlungstemperatur und auf eine Temperatur zwischen 100 und 140° C abgekühlt, unter eine Spannung von mindestens 0,1 g/Denier gesetzt und in diesem Zustand in die Haltewalzen der Stauchkammer eingeführt werden.

Wenn die Polyesterfäden über die Haltewalzen in die Stauchkammer eingeführt werden, werden sie zwangläufig innerhalb der Stauchkammer entspannt. Bekanntlich werden Fäden, wenn sie unter Spannung stehen, in ihrer Freien Schrumpfung durch die Spannung gehindert, wenn die Fäden aber in einen spannungsfreien Zustand überfühit werden, tritt sofort und leicht die freie Schrumpfung ein. Infolgedessen wird die Orientierung der Fäden relaxiert und ihr Youngscher Modul herabgesetzt. Eine soche Relaxalion der Orientierung, die innerhalb der Stauchkamrner auftritt, ist vermutlich höher, wenn die Fäden mit zunehmender Temperatur in die Stauchkammer eingeführt werden.

Es wurde nun gefunden, daß ein sehr wirksames

Mittel zur Verhinderung der Verringerung des Youngschen Modul der Polyesterfäden, der durch die erfindungsgemäß angewendete Wärmebehandlung erzielt worden ist, durch Relaxation der oben beschriebenen Orientierung darin besteht, die Fäden

in die Haltewplzen einer Stauchkammer einzuführen, während sie auf einer Temperatur von mindestens 10^cC, vorzugsweise von mindestens 2O⁰C unterhalb der Wärmebehandlungstcmperatur und unter einer Spannung von mindestens 0,1 g/Denier gehalten werden.

Aus uem gleichen Grunde wie oben angegeben is· cine zu hohe Temperatur der Fäden beim Eintritt in die Stauchkammer für die Aufrechterhaltung eines hohen Youngschen Moduls unerwünscht. Es ist daher erforderlich, die Temperatur der in die Haltewalzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einzuführenden Fäden auf 14O⁰C oder darunter einzustellen. Andererseits sollten die zu kräuselnden Fäden vom Standpunkt der Leichtigkeit der Kräuselung zweckmäßig die höchstmögliche Temperatur haben und erweicht sein. Da die erfindungsgemäß zu kräuselnden Fäden einen hohen Youngschen Modul aufweisen und hochorientiert und kristallisiert sind, snie!) Hie

Erweichung der Fäden, eine besonders wichtige Rolle für die Erzielung' einer guten Kräuselung der Fäden. Deshalb sollte in dent, erfindüngsgemäßen Verfahren die Temperatur der in die Haltewalzen einzuführenden Fädea auf 100: bis 14Ό° C eingestellt werden.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es außerdem sehr wichtig, daß die unter Spannung wärmebehandelten Polyesterfäden in die Haltewalzen der Stauchkammer eingeführt werden, während sie unter Spannung von mindestens 0;l g/Denier gehalten werden, ohne daß die Spannung aufgehoben wird. Bei den üblichen Verfahren wurde bisher die Spannung der Fäden immer aufgehoben, und die Fäden wurden in einen spannungsfreien Zustand versetzt oder unter eine leichte Spannung gebracht und in einem solchen spannungsfreien Zustand in die Stauchkammer eingeführt. Nach diesen Verfahren wird zwar die Faserstruktur der Fäden stabilisiert als Folge ihrer Schrumpfung in einem Zustand niedriger Spannung, andererseits wird der Orientierungsgrad herabgesetzt, und der Youngsche Modul der Fäden nimmt ab. Auf Grund dieser strukturellen Stabilisierung durch die Schrumpfung sind dann die Fäden schwierig zu kräuseln.

Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß den Fäden sowohl ausgezeichnete Kräuselung als auch ein hoher Yoimgscher Modul verliehen weiden kann, indem man die wärmcbehandclten Fäden unter Spannung hält, bis sie in die Stauchkammer eingeführt werden, und daß man gleichzeitig die Fäden unmittelbar vor ihrem Eintritt in die Haltewalzen bei der oben angegebenen spezifischen Temperatur hält. In dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die auf die Fäden, welche in die Haltewalzen eingeführt werden, bevorzugt ausgeübte Spannung mindestens 0,2 g/Denier. Die obere Grenze der Spannung ist schwierig festzulegen, sie kann jedoch als die Spannung definiert werden, bei der die Haltewalzen der Stauchkammer die Faden noch ausreichend greifen können, ohne daß diese rutschen. Gewöhnlich beträgt die obere Grenze der Spannung etwa 1,0 g/Denier. Die erfindungsgemäß verwendete Stauchkammer kann eine solche von irgendeinem bekannten und üblicherweise verwendeten Typ sein.

In der Zeichnung werden die aus einer Schmelzspinnvorrichtung eines üblichen Typs (nicht dargestellt) extrudieren, nicht verstreckten Fäden durch ZuführungswaEzen (nicht dargestellt), einer Heizvorrichtung (nicht dargestellt), wie z. B. einen heißen Bolzen bzw. Stift, eine heiße Platte oder ein heißes Bad. und ein Paar Zugwalzen 1 und Γ verstreckt unter Bildung vor verstreckten Fäden 2. Die verstreckten Fäden 2, die das Paar Zugwalzen J und 1' verlassen haben, werden unter Spannung durch die Walzen 3. 4, 5, 6 und 7 durch Erhitzen auf 135 bis 240° C wärmebehandelt. Dann werden sie über die Heizwalzen 8 und 9 geleitet, deren Temperatur so eingestellt ist. daß die Temperatur drr Fäden unmittelbar vor dem Eintritt zwischen die Haltewalzen 11 und H' mindestens 10° C unterhalb der Wärmebehandlungstemperatur und zwischen 100 und 140⁰C Hegt, und bis zu einem gewissen Grade abgekühlt Die Fäden werden dann über eine Führungswalze 10 geführt and anschließend in ein Paar Haltewalzen 11 und H' eingeführt und damr in eine Stauchkammer 12 gestopft und darin gekräuselt. Anschließend werden die »ekräuselten Fäden aus der Füllbox 12 abge zogen und auf eine Netzfördervarrichtung 13 geleitet. Gewünschtenfalls werfen die Fäden im entspannten Zustand einer Wärmebehandlung unterzogen. Dann werden sie in eine Schneidvorrichtung

(nicht dargestellt) überführt und zu. Stapelfasern zerschnitten. Vorzugsweise werden die Zugwalzen 1 und 1' und die Zeizwalzen3 bis 9 alle mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit angetrieben. Die Umfangs geschwindigkeit der Haltewalzen 11 und 11' kann 95

ίο bis 105 ⁰Zo derjenigen der Heizwalzen 9 betragen, so daß die Spannung der Fäden zwischen der Führungswalze 10 und den Haltewa'/en 0.1g Denier oiler mehr beträgt.

Vorzugsweise sollte eine oder mehrere der Hei/-walzen 3 bis 9 /um Kühlen verwendet werden. Die Anzahl der Kühlwalzcn wird geeignet ausgewählt. Als Heiz- oder Kühlmedium können auch heiße Platter, oder heißer Dampf verwendet werden. Die Verwendung von Walzen ist vorteilhaft, da eine größere

so Kontaktlinse zwischen der Walze und den Fäden bei einer geringeren Raumbeanspruchung erziel; werden kann.

Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern.

Beispiel

Ein nicht verstrecktcr Polyäthylcntcrephihalatstrang von 500 000 Denier wurde in einer ersten Stufe in einem Vcrstreckungsvcrhäitnis von 3.S0 bei 70" C verstreckt und dann in einer zweiten Stufe in einem Verstrcckungsverhältnis von 1.20 bei 100'Γ verstreckt. Der Strang wurde dann über Hcizwal/en des in der Zeichnung dargestellten Typs geleitet und dann in eine Stauchkammer eingeführt, in der er gekräuselt wurde. Die Heizwalzen 3 bis 7 wurden zum Heizen und die Heizwalzen 8 und 9 wurden zum Kühlen verwendet. Die Versuche wurden bei verschiedenen Walzentemperaturcn durchgeführt. Die Spannung des Stranges zwischen der Wafzc 3 und der Kühlwalze 9 betrug 1.5 g Denier, und zwischen der Führungswalze 10 und den Haltcwalzen Il und 11' betrug die Spannung 1.0 g Denier. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Die prozentuale Kräuselung, die Anzahl der Kräuselungen und der Youngsche Modul werden nach den folgenden Methoden gemessen:

Prozentsatz der Kräuselung: Der Probefaden einer gegebenen Länge a) wurde unter eine Anfangsbela-

stung von 2 mg/Denier gesetzt. Dann wurde auf den Faden eine Belastung von 50 mg/Denier ausgeübt, und die Länge b) des Fadens wurde nach 30 Sekunden gemessen. Der Prozentsatz der Kräuselung ist ausgedrückt in:

(b-a)/b· 100 («Ό).

Anzahl der Kräuselungen: Es wurde die Anzahl der Knickpunkte (Krümmungspunkte) über eine

6b Länge von 25 mm unter einer Belastung von 2 mg/ Denier gezählt, und dieser Wert wurde durch 2 dividiert. Der erhaltene Wert gibt die Anzahl der Kräuselungen pro 25 mm an, da die Anzahl der Knickpunkte doppelt so groß ist wie diejenige der Kräuse-

lüngen.

Youngscher Modul: Die Spannuögs-Dehnnngs-Kurve des Probefadens wurde mit HBlfe einer Instron-ZugtestvorricPtung aufgezeichnet, und der

Youngsche Modul wurde aus der Neigung der Tangente errechnet, welche die maximale Steigung der Kurve angibt.

Die Temperatur der Fäden beim Einlaß in die Kräuselungsvorrichtung, wie sie in der folgenden Tabelle angegeben ist, wurde durch Messen der Temperatur der Fäden unmittelbar vor dem Eintritt in die Haltewalzen der Kräuselungsvorrichtung unter Verwendung eines Oberflächentemperaturmeßinstrumentes bestimmt.

Tabelle

Versuch Nr.	Temperatur der Heizwalzen 3 bis 7 (0C)	Temperahir der Heizwalzen 8 und 9 (°C)	Temperatur des Stranges beim Einlaß in die Kräuselungs vorrichtung Γ C)	Anzahl der Kräuselungen pro 2,5 cm	Kräuselung in Vo	Younescher Modul (kg/mm5)
Vergleichsversuch 1 ... 1	125 135	115 115	111 ΙΌ	13,0 12,8	13,0 14.3	550 710
2	135	125	119	13,1	12,3	660
Vergleichsversuch 2 ... Vergleichsversuch 3 ... 3	135 150 150	135 90 105	129 87 102	12,9 13.2 13.1	12,1 10,3 12,9	530 720 750
4	150	110	104	12,9	13,9	750
5	150	120	113	13,3	15,8	780
6	170	130	121	13,0	15,4	860
7 .	170	140	136	13,1	14,0	850
Vergleichsversuch 4 ... 8 .	170 230	155 130	147 120	13,0 12.8	12.4 12.4	570 830
Vergleichsversuch 5 ...	250	130	118	teilweise trat eine Schmelzadhäsion ein

Aus den in der vorstehenden Tabelle angegebenen Ergebnissen geht hervor, daß bei Temperaturen unterhalb 135⁰C keine Polyesterfäden mit einem ausreichend hohen Youngschen Modul erhalten werden können und daß eine unerwünschte Schmelzadhäsion der Einzelfäden auftritt, wenn die Wärmebehandlungstemperatur 250° C beträgt. Die Ergebnisse der Vergleichsversuche 2, 3 und 4 zeigen, daß die Kräuselbarkeit und der Youngsche Modul nicht gleichzeitig verbessert werden können, wenn man die Temperatur der Fäden unmittelbar vor dem Eintritt in die Kräuselungsvorrichtung nicht bei einem Wert vor mindestens 1O⁰C unterhalb der Wännebehand· lungstemperatur und bei einem Wert zwischen IOC und 140° C hält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. formbar sind und deshalb nicht genügend gekräuselt Patentanspruch: werden können.

   Ein Verfahren zur Beseitigung dieses Nachteils ist

   Verfahreu zur Herstellung gekräuselter Poly- in der bekanntgemachten japanischen Patentanmelesterfäden mit einem hohen Youngscben Modul 5 dung 22 028/64 beschrieben, bei dem die Fäden vor und besonders guter Kräuselung, bei dem ver- der Kräuselung vorerwärmt werden, um den Youngstreckte Fäden aus einem linearen, faserbilden- sehen Modul herabzusetzen, so daß sie leichter kiäuden Polyester mit einem hohen Molekularge- seibar sind. Ein anderes Verfahren dieser Art ist in wicht, in dem mindestens 85 Molprozent der der bekanntgemachten japanischen Paientanmelwiederkehrenden Einheiten aus Äthylentere- io dung 14 017/64 beschrieben, bei dem die Fädea nach phthalat bestehen, wärmebehandelt und in der Wärmebehandlung unter Spannung auf eine einer Stauchkammer gekräuselt werden, da- Temperatur unterhalb der minimalen Kristallisadurch gekennzeichnet, daß die Wärme- tionstemperatur (bei Polyesterfäden in der Regel 90 behandlung der versteckten Fäden unter einer bis 95° C) abgekühlt werden, um die Kristallisation Spannung von mindestens 0,3 g/Denier bei einer 15 zu verzögern. Diese Verfahren haben zwar bis zu Temperatur von 135 bis 240° C erfolgt und die einem gewissen Grade zu einer Verbesserung der Fäden vor dem Einführen in die Stauchkammer Kräuselbarkeit von Polyesterfäden mit einem hohen auf einer Temperatur zwischen 100 und 14O⁰C, Youngschen Modul geführt, diese ist jedoch immer die um mindestens 10'C niedriger ist als die schlechter als bei Polyesterfäden mit eiuem niedrigen Wärmebehandhirigstemperatur, und unter einer 20 Youngschen Modul, so daß man weiterhin bestrebt Spannung von mindestens 0,1 g/Denier «ehalten ist, diesen noch weiter zu verbessern,
   werden. Das gilt auch für die in dem deutschen Gebrauchs

   muster 1 9581 S3 und in der österreichischen Patentschrift 181 915 beschriebenen Verfahren, bei denen 25 die unter Spannung geführten Polyesterfäden vor

   dem Stauchkräuseln einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Abgesehen davon, daß aus den genannten Veröffentlichungen nicht zu entnehmen ist. wie die Wärmebehandlung und Kräuselung im ein-30 zelnen durchgeführt werden, ist darin auch nicht da-

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- von die Rede, daß die danach erhältlichen Polyesterlung gekräuselter Polyesterfaden mit einem hohen fäden eine gute Kräuselbarkeit bei gleichzeitig hohem Youngschen Modul und besonders g lter Kräuselung, Youngschen Modul aufweisen,
   bei dem verstreckte Fäden aus einem linearen, faser- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbcsser-

   bildenden Polyester mit einem hohen Molekularge- 35 tes Verfahren zur Herstellung von gekräuselten PoIywicht, in dem mindestens 85 Molprozent der wieder- esterföden mit einem hohen Youngschen Modul und kehrenden Einheiten aus Äthylcnterephthalat beste- besonders guter Kräuselung anzugeben, mit Eigenhen, wärmebehandelt und in einer Stauchkammer ge- schäften also, die bisher als nicht r-'iiteinandcr vereinkräuselt werden. bar angesehen wurden.

   Bisher werden Polyesterfäden in großem Umfange 40 Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herin Form von Stapelfasern verwendet, nachdem sie stellung gekräuselter Po'yesterfäden mit einem hohen mechanisch gekräuselt worden sind. Dabei werden Youngschen Modul und besonders guter Kräuselung, die nach dem Schmelzverspinnen erhaltenen Poly- bei dem verstreckte Fäden aus einem linearen, faseresterfäden gewöhnlich verstreckt und dann wärmebe- bildenden Polyester mit einem hohen Molekulargehandelt, während man sie schrumpfen läßt, um ihre 45 wicht, in dem mindestens 85 Molprozent der wiedcr-Dimensionsbcständigkeit zu verbessern; diese haben kehrenden Einheiten aus Athylentcrcphthalat bejedoch den Nachteil, daß der Youngsche Modul der stehen, wärmebehandclt und in einer Stauchkammer so erhaltenen Polyesterfäden beträchtlich niedriger gekräuselt werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst. ist als derjenige von natürlichen Baumwollfasevn. Es daß die Wärmebehandlung der verstreckten Fäden besteht daher seit langem ein Bedürfnis nach Poly- 50 unter einer Spannung von mindestens 0,3 g/Denier estcrfäden mit einer besonders guten Kräuselung, die bei einer Temperatur von 135 bis 240° C erfolgt und gleichzeitig einen Youngschen Modul aufweisen, der die Fäden vor dem Einführen in die Stauchkammer demjenigen von natürlichen Baumwollfasern minde- auf einer Temperatur zwischen 100 und 140° C. die stens gleich ist. um mindestens 1O⁰C niedriger ist als die Wärmebc-

   In dem Bestreben, Polyesterfäden herzustellen, 55 handlungstemperatur. und unter einer Spannung von welche diese Bedingung erfüllen, wurde ein Verfah- mindestens 0,1 g/Denier gehalten werden. Nach dem ren entwickelt, bei dem die erhaltenen Fäden nach erfindungsgemäßen Verfahren ist es auf technisch dem Schmelzverspinnen in mehreren Stufen auf das einfache und wirtschaftliche Weise möglich, gekräuhöchstmögliche Verstreckungsverhältnis verstreckt selte Polyesterfäden herzustellen, die einen hohen werden zur Herstellung von Polyesterfäden mit 60 Youngschen Modul in Kombination mit einer besoneinem hohen Youngschen Modul, die anschließend ders guten Kräuselung aufweisen, eine Eigenschaftseiner Kräuselungsbehandlung unterworfen werden. kombination, die nach den bisher bekannten Verfah-Wenn solche Fäden gekräuselt werden, beispiels- ren nicht erzielbar war.

   weise in einer Stauchkammer, tritt der Nachteil auf, Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug-

   daß die !Fäden mit zunehmendem Youngschen Mo- 65 nähme auf die Zeichnung näher beschrieben, die dul zunehmend schwieriger zu kräuseln sind. Dies ist einen schematischen seitlichen Aufriß einer Vorrichdarauf zurückzuführen, daß wegen des hohen tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver-Ynnneschen Moduls die Fäden nur noch schwer ver- fahrens darstellt.