DE2152766B2 - Verfahren zum gleichfoermigen verstrecken eines filamentkabels aus einem synthetischen linearen thermoplastischen polymer - Google Patents
Verfahren zum gleichfoermigen verstrecken eines filamentkabels aus einem synthetischen linearen thermoplastischen polymerInfo
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Classifications
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- D—TEXTILES; PAPER
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichförmigen
Verstrecken eines Filamenikabels aus einem synthetischen linearen thermoplastischen Polymer mit
einer Übergangstemperatur zweiter Ordnung (TV) von mindestens 35 C, bei welchem ein Kabel zumindest
teilweise um die Außenflächen mehrerer hintereinanderliegendcr /.uführrollen und mehrerer hintereinantlerlicgendcr
Verstreckungrollen läuft und in der Verslreckzone mit Wasser einer Temperatur von Ta
± 10 C behandelt wird.
Aus der CiB-PS 8 24 577 ist ein derartiges Verfahren
bekannt, bei dem ein Filamcntkabel zunächst über eine Gruppe von sich mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit
drehenden Rollen geführt, durch Aufspritzen von Wasser mit einer über der Übergangstemperatur
zweiter Ordnung liegenden Temperaturen erwärmt und dann von einer Gruppe sich mit höherer Umfangsgeschwindigkeit
drehenden Verstreckrollcn abgeführt wird. Das Verstrecken findet dabei an der Stelle statt,
wo das erwärmte Wasser auf die Filamente aufgespritzt wird, also zwischen den Zuführrollen und den
Verstreckrollen. Zur besseren Durchleuchtung des Kabels wird dieses bereits vor der Verstreckstellc durch
ein Wasserbad geführt, welches eine unterhalb der Übergangstemperatur zweiter Ordnung liegende
Temperatur aufweist.
Es hat sich aber gezeigt, daß bei einem Verfahren dieser Art die Gleichförmigkeit der Verstreckung
zwischen den einzelnen Filamenten zu wünschen übrig läßt.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches ein gleichförmiges Verstrecken
vim F'ilamenlkabeln aus synthetischen linearen
theimoplaslischen Polymeren gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren tier eingangs erwähnten Art dadurch gelöst,
daß das Kabel an tier Berührungsstelle mit mindestens
einigen der /.uführrollen mit dem Wasser behandelt
wird, wobei das Verstrecken weitgehend /u Ende gebracht wird, bevor das Kabel die letzte /uluhrmlle
verläßt.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verstreckung des Kabels vorzugsweise
so kontrolliert, daß sie auf der letzten Zui'ührrolle weitgehend
zu Ende geht. Wenn so verfahren wird, dann kann das maximal mögliche Verstreckverhältnis und
damit auch die höchste Reißfestigkeit in den Produkten erzielt werden. Es wird angenommen, daß dies seinen
(!rund darin hat, daß hierdurch die Weglänge im Zufiihrrollensystum
des verstrecken Materials gering gehalten wird. Die Kontrolle der Verstreckung in dieser
Weise kann auf verschiedenen Wegen erzielt werden, welche alle das eine Merkmal gemeinsam haben, die
/ulührspannung des den /.uführrollen /ugelührlcn
Kabels gering zu halten.
Es wird bevorzugt eine Druckrolle zu verwenden, die an einem Punki gegen das Kabel drückt, wo es die
erste Zuführrolle berührt. Hierdurch werden Änderungen in der Zuführspannung daran gehindert, in das
Zuführrollensystem einzudringen, wodurch die Kontrolle der Verstreckung erleichtert wird.
Die Übergangstemperatur zweiter Ordnung (7V) ist
die Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts, bei der ein Übergang von glasartigen zu gummiartigen Eigenschaften
der polymeren Substanz oder umgekehrt eintritt. Bei dieser Übergangstemperatur findet eine plötzliche
Änderung in verschiedenen thermischen und mechanischen Eigenschaften der Polymere statt. Für
die /wecke dieser Beschreibung wird 7V gemessen bei einer Frequenz von 0,002 Hz durch das dynamische
mechanische Verlustverfahren, das von Thompson und Woods in »Transactions of the Faraday Society,
1956, 52, 1383« beschrieben ist, wobei ein Polymer im amorphen unverstreckten Zustand verwendet wird.
Wie von Thompson und Woods gezeigt wird, beträgt
Ta für Polyäthylcnterephthalat 70 C. Alternative Verfahren zum Messen von 7,V, die einfacher zu realisieren
sein können und die sehr ähnliche Werte ergeben, sind die Differentialabtastkalorimetrie (DSC)
und die thermische Differentialanalyse. Bei diesen Verfahren wird eine plötzliche Änderung einer Eigenschaft,
die mit 7V in Zusammenhang steht, beim Aufheizen einer Probe des Polymers beobachtet. Verfahren
zur Messung der Übergangstemperatur zweiter Ordnung durch diese thermischen Differentialmethoden
sind in »Thermoanalytical methods of Investigation« von P. D. Ci ar η, herausgegeben durch die Academic
Press Inc. New York, 1965, beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren verläuft überraschenderweise
am besten innerhalb eines engen Temperaturbereichs, wie er oben angegeben wurde.
Für Polyester, wie z. B. Polyäthylenterephthalat, und Mischpolyester, die einen überwiegenden Anteil an
Athylenlerephthalatgruppen und nur einen kleineren Anteil anderer Dicarbonsäurc- oder Glykolgruppcn
oder sehr kleine Anteile an Vernctzungs- oder Verzweigungsgruppen enthalten, wie /.. B. solche, die sich
von Pentaerythrit ableiten und einen 7,V in der Nähe desjenigen von Polyäthylenlerephthalat aufweisen,
wird es bevorzugt, Wasser mit einer Temperatur von 60 bis XO C auf ein Kabel aufzubringen.
Wasser mit erhöhter Temperatur kann beim erfindungsgemäßen Verfahren auf alle oderaul nur einige
der /uluhrrollen aufgebracht werden. Wenn es jedoch nur auf einige Rollen aufgebracht wird, dann sollten
diejenigen Rollen, auf die es aufgebracht wird, hintereinander liegen. Vorzugsweise sollte sich darunter
auch die letzte Rolle befinden. Aul jeden Fall sollte Wasser auf eine ausreichende Anzahl von Rollen
a u Ige bra c hl weiden, um sicherzustellen, dal.i das Vcrsirocken
weitgehend /u linde ist, bevor das Kabel die Unterstützung durch die Zuführrollen verliil.il. Wenn
das erhii/te Wasser auf ein unverstreekles oder teilweise
verstrecktes Kabel ohne Unterstützung durch beispielsweise Zulührrollen aufgebracht wird, dann entsteht
eine sehr ungleichmäßige Verstreckung, wobei gleich/eilig nur eine niedrigere Vcrstrockgeschwindigkeit
möglich ist. Wenn außerdem das Verstrecken nierK weiigehi'iid bei einer gleichförmigen Temperatur /u
linde geführt wird, dann wird eine ungleichmäßige Verstreckung erhalten. Das Wasser wird vorzugsweise
mil Hilfe von Sprühdüsen aufgebracht, da hierdurch
die nötige vollständige Durchnässung und Sättigung eines Kabels und aller Fäden des Kabels leichler erzielt
werden kann. Ks können auch Hader verwendet werden, in welche die Oberfläche einer ein Kabel tragenden
Rolle eintaucht. Hierdurch wird aber eine weniger wirksame vollständige Durchnässung und Sättigung
eines Kabels erzielt. Das Wasser kann auch eine verdünnte Lösung oder Dispersion eines oberflächenaktiven
Mittels, Schmiermittels oder anderen Behandlungsmaterials sein, welches nach der anschließenden
Trocknung des Kabels einen Rückstand des Materials auf den Fäden des Kabels zurückläßt, um die nachfolgende
Behandlung des Kabels oder der daraus geschnittenen Stapelfasern zu erleichtern.
Es kann eine Reihe von Zufuhr- oder Verstreckungrollen
in Linie, angeordnet sein. Es wird jedoch bevorzugt, und zwar insbesondere aus Raumgründen, daß
sie versetzt sind, wobei das Kabel sinusförmig über und dann unter aufeinanderfolgenden Rollen verläuft. Im
letzteren KaIl kann es vorteilhaft sein, das erhitzte Wasser oder die Behandlungslösung auf ein mit den
Zulührrollen in Berührung stehendes Kabel durch eine Kombination aus einem Bad und Spraydüsen aufzubringen.
In der Zeichnung ist eine Gruppe aus sieben Zulührrollen sowie eine geeignete Anordnung von Sprühdüsen
für erhitztes Wasser gezeigt. Gemäß dieser Zeichnung sind Zulührrollen I versetzt angeordnet und
außerdem sind acht Sprühdüsen 2 in der Nähe der Rollen vorgesehen, welche Wasser oder eine wäßrige
Behandlungsllüssigkeit über einen Teil einer jeden Rollenobcrllächc abgeben, damit das darüberlaufende
Kabel 3 sorgfältig gesättigt wird. Die Rollen werden von einer gemeinsamen Einrichtung (nicht gezeigt) angetrieben
und drehen sich in der angegebenen Richtung.
Wenn die Temperatur des Wassers, das auf das Kabel aufgebracht wird, von den oben angegebenen Werten
abweicht, dann treten in dem Fall, daß die Temperatur unterhalb des angegebenen Minimums liegt, unverstreckte
Abschnitte auf (wie es beispielsweise bei 60 C für Polyäthylcntcrephthalat der KaII ist), wogegen für
den Fall, daß die Temperaturen über dem oberen Grenzwert liegen, die Fäden in unerwünschter Weise
zusammenkleben oder anderweitige unerwünschte Effekte erleiden.
Im Anschluß an das Verstrecken kann das Kabel wie üblich bei einer Temperatur, die zumindest gleich dei
Verslrcckungslemperalur ist, einer Wärmebehandlung unterzogen werden, währenddessen es auf im wesentlichen
konstante Länge gehallen wird. Hierdurch wird eine Schrumpfung der Stapelfasern, die aus einem
solchen Kabel geschnitten werden, wesentlich verringert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt Kabel, die wesentlich gleichförmiger verslreckt sind, als es bisher
möglich war. Dies äußert sich im weitgehenden Kehlen
\tiii unveislrecklen oder unvollständig verstreckten
Abschnitten in den Filamenten. Dies i.;l auch so, wenn
die einzelnen Filamente im unverstrecklen Kabel sich hinsichtlich der Doppelbrechung merklich unterscheiden.
Diese Eigenschaft, gleichmäßig versteckte Kabel
aus einem unterschiedliche Eigenschaften aufweisendem Ausgangsmalerial zu erzeugen, führt beim erllndungsgemäl.ien
Verfahren zu einer Reihe ^ on Vorteilen, wie /. B. die Möglichkeit der Anwendung höherer
Verstreckverhältnisse mit einer daraus resultierenden Verbesserung der physikalischen Eigenschaften, ohne
daß gerissene Fäden auftreten, und eine Verbesserung lies Bereichs der Verslreckverhällnisse, die angewendet
werden können, ohne daß unverslreckle Abschnitte oder gerissene Filamente aul treten. Diese Verbesserungen
führen ihrerseits zu einer höheren Produktivität und damit auch zu wirtschaftlichen Vorteilen. Die
Produktivität wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls stark erhöht, da viel höhere Verstreckgeschwindigkeiten
in der Größenordnung von 200 m/min oder mehr angewendet werden können, ohne daß
Schwierigkeiten beim Verstrecken oder Verluste der gewünschten Gleichförmigkeit bsi der Verstreckung
oder in den Eigenschaften der verstreckten Kabel in Erscheinung treten.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können auch Kabel aus Verbund-Fikimenten gleichförmig und wirksam
verstreckt werden. Sogar gemischte Kabel, welche unverstreckte Filamente mil stark verschiedener
Doppelbrechung, inirinsischcr Viskosität oder F'adcntiter
enthalten, bei denen bisher die Kabelkomponenten gesondert verstreckt werden mußten, können durch
das crfindungsgcmäße Verfahren gleichförmig und ohne Auftreten gerissener Filamente verstreckt
werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung und ihre Anwendung. In diesen Beispielen wird die Anwesenheit
oder Abwesenheit von unverslreckten Abschnitten in den Filamenten eines verstreckten Kabels
auf die folgende Weise gemessen. Eine 30 cm lange Probe des Kabels wird durch Zusammenlegen oder
Unterteilung auf eine Dicke von KP Filamenten hergestellt,
woraiT eine Probe im Querschnitt aus der Mitte derart herausgeschnitten wird, daß die Fasern
3 mm lang sind. Die kurzen Käsern werden dann mit einem geeigneten Farbstoff gefärbt, und die gefärbten
Fasern werden durch Saugen über einer Filterpapierobcrflächc verteilt. Unverstreckte Segmente, die als
dunklce Flecke erscheinen, werden gezählt und als Anzahl je 1(Γ Fäden in 3 mm-Qucrschnitt ausgedrückt.
Durch dieses Verfahren können sehr kleine Mengen von unverstrecktcn Fasersegmenten entdeckt werden.
In all diesen Beispielen wurde eine Gruppe aus sieben Zulührrollen und sieben Verslreckrollen verwendet,
um das Verfahren auszuführen, wobei Sprühdüsen, wie in der Zeichnung gezeigt, und eine elastische
Druckrolle, welche auf das Kabel auf der eisten Zul'ührrolle
wirkte, verwendet wurden.
Ii c i s ρ i e 1 ο !
Bündel aus HKKI Polyälhylenterephlhalatfilamenlen
mit insgesamt 3X25 dtcN und einer mittleren Doppelbrechung
von 7 10 ' werden duich Sclimcl/exlrusion
eines Polymers mit einer intrinsischeii Viskosität (gemessen
bei 20 C in einer Lösung in o-Chlorophenol)
von (),()75 herueslelll. Ein Kabel aus (ö Bündeln wird
in einem Sinusweg rund Lim einen Teil tier AulJenlläche
einer jeden von sieben versetzten Zulührrollen geführt. Die Teile ties Kabels, die mit einer jeden
Rolle in Kontakt kommen, werden sorgfältig kontinuierlich mit heißem Wasser besprüht, das 0,1 (iew.-%
dispcr»ierles Schmiermittel enthält und durch Umpumpen durch eine Frhil/.ungseinrichlung aiii' eine
konstante Temperatur von 65 C gehallen wird. Die Menge ties aufgebrachten Wassers ist derart, daß die
gesamte Länge des über und zwischen ilen /.ulührrollen
laufenden Kabels wirksam gesättigt wird, Beim Verlassen tier letzten /uluhrrolie verläuft das verstrecktc
Kabel durch einen 1,5 m langen Diimpfkaslcn, der mit Nicderdruekdamp! von 100 C gespeist wird,
zu einer Reihe von sieben uncrhitzten Verstreckrollcn, die ebenfalls versetzt angeordnet sind. Die Anwendung
von Wärme auf das Kabel, das sich auf den /ulührrollen befindet, in dieser Weise ermöglicht die Anwendung
einer großen Reihe von Vcrstreckvcrhältnisscn, wobei die in der folgenden Tabelle zusammengefaßten
Resultate erhalten werden.
nissen von 3,5 : 1 bis 3,7> : I treten 5 bis 20 unverstreekte
Abschnitte je l()s Filamente auf. Diese Menge von unverslrecktcn Abschnitten ist für viele Textilzweckc
unannehmbar hoch.
15 e i s ρ i e I e 5 u η d 6
Fin Kabel, wie es in den Beispielen I bis 4 verwendet wurde, wird wie in jenen Beispielen verstreckt,
wobei jedoch Temperaturen von 70 und 80 C für das erhitzte Wasser verwendet werden. In diesen Fällen
wirtl das maximal mögliche Verstreckverhältnis gegenüber der Verwendung von Wasser mit 65C erhöht.
In beiden Fällen beträgt die Verstreekgeschwindigkcit
90 m/min.
lieispiel
Maximales
Vcrstrcekvcrhiiltnis
Vcrstrcekvcrhiiltnis
RdIJ-l'estigkeit
(g Al te.\)
RdIJ-(IcIi nung
| Bei | Verstieckver- | Reißfestigkeit | Kc |
| spiel | hiiltnis | (g/tltexi | (% |
| 1 | 3,85 : I | 6,3 | 20 |
| 2 | 3,65 : 1 | 5,0 | 27 |
| 3 | 3,3 : 1 | 4,3 | 41 |
| 4 | 2,9 : 1 | 4,1 | 54 |
KeilJdehnung 5 (80 C) 4,01
,-, 6(70 C) 3,95
6,8
6.7
16
20
20
In allen Fällen wird die gleiche Vcrslrcckgeschwindigkcil
(d. h. Umfangsgeschwindigkeit der Verslrcckrollcn) von 90 m/min verwendet. Daß das Verstrecken
der Filamente im Kabel zu F.ndc ist, bevor es die letzte Zuführrolle verläßt, kann dadurch gezeigt werden,
daß das Verstreckvcrlahrcn kurz angehalten wird und augenblicklich der Abschnitt des Kabels, der
mit den Zuluhrrollcn in Kontakt war, herausgeschnitten und untersucht wird.
Dabei konnten in den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Kabeln keine unverstrecktcn Abschnitte gefunden
werden.
Fin Kabel mit der gleichen Größe wie in den vorhergehenden Beispielen, welches jedoch Fäden aus
Athylcntercphthalatpolymcr enthält, das 0,3 Gcw.-% Pentaerythrit aufweist (welches als Vernetzungsmittel
wirkt) wird mit einem Vcrstrcckvcrhältnis von 3,0: I bis 3,2 : 1 wie in Beispiel 6 verslreckt, wobei jedoch
anstelle des Dampfkastens ein Bad der Schmiermittcldispcrsion, wie sie die Zuluhrrollcn aufgesprüht wurde,
verwendet wird. Die Temperatur dieses Bads beträgt 70 C". F.s können keine unverstreckten Abschnitte in
den verstreckten Materialien gefunden werden.
Vergleichsbeispiel Λ
FJn unverstrecktes Kabel, wie es in den Beispielen 1
bis 4 verwendet wurde, wird mit einer Verstrcckgcschwindigkeit von 90 m/min zwischen Gruppen aus
sieben Zufuhr- und sieben Verstreckrollcn verstreckt,
wobei kein erhitztes Wasser auf die Zuführrollen auf- v> gebracht wird, wobei aber zur Konirolle der Vcrslreckung
ein schmaler Dampfstrahl auf das in ein Band ausgebreitete Kabel auftreffen gelassen wird,
so daß der Dampf durch das Band und zwischen den Filamenten hindurchtrilt. Das Kabel wirtl dann t,n
wie in den Beispielen 1 bis 4 in einen Dampfkasten geführt.
Fs wird eine vergleichsweise schiechte Verslreckung
erhalten. Außerdem kann nur ein enger Bereich von Verslreckverhältnissen angewendet werden, ohne tlaß ι,,
gerissene Filamente oder übermäßig große Mengen unvcrstreckter Filamcniahschnittc auftreten. Auch in
dem kleinen Arbeitsbereich mit den Verstreckverhäll-Kabel aus 28000 Fäden aus (a) einem Äthylcntercphthakil/Isophthalat-Mischpolymer
mit 20 Mol-% Alhylenisophthalat (71; 72 C durch DSC) und aus
(h) einem Athylcntcrcphthalat/Adipat-Mischpolymer
mit 20 Mol-% Athylenadipal (Tu 36 C durch I)SC) werden wie in den Beispielen 1 bis 4 verstreckt, wobei
verschiedene Wassertemperaturen verwendet werden, um die Temperaturbereiche zu ermitteln, bei denen
ein wirksames Verstrecken durchgeführt werden kann d. h., daß keine unverslreckten Abschnitte, kein Zusanv
mcnpappcn, kein Reißen der Fäden oder andere unerwünschte Fffektc auftreten. Die Bestimmung wurde
für jedes Mischpolymer durchgeführt. Fs wurde gefunden, daß die brauchbaren Wassertemperaturen wit
folgt waren:
(ei) Tcrephthalat/Isophthalal
(hl Terephlhalat/Adipal
(hl Terephlhalat/Adipal
60 bis 80 C
30 bis 50 C
30 bis 50 C
Bei diesen Temperaturen konnten Verstrcckvcrhält nisse von 3.3 : 1 bis 4,2 : I mit gleichen Frgcbnissci
erzielt werden.
JE S
1MB if
7 8
Vergleich konnte ein Verstrecken des Ie- strecken lies Terephlhalat/Adipal-Kabels in ei
alat/lsophlhalat-Kabels unter Verwendung eines hit/ten Wasserbad konnte nur bis /u Versli
l'strahls und eines DumplTiads /ur Bewirkimg hiiltnisscn von 3,4 : I ausgeführt weiden, auc
rslreckung nur bei einem maximalen Verstreck- die Badtemperatur auf M) C angehoben wurd
Inis von 3,d : 1 ausgelührl werden, und das Ver- . dal.<
unverslreckte Abschnitle in ilen Kabeln al
liier/u I Matt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren /um gleichförmigen Verstrecken eines l-'ilamentkabels aus einem s\n' sehen
linearen thermoplastischen Polymer mit c . i bergangstemperatur /weiter Ordnung (7.V) \i.u mindestens
35 C, bei welchem ein Kabel zumindest teilweise um die Außenflächen mehrerer hintereinanderliegender
/uführrollen und mehrerer hinter- i" einanderliegender Verstreckrollen läui'l und in der
Verstreckungs/one mit Wasser einer Temperatur von 7,V± K) C behandelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kabel an der Berührungsstelle mit mindestens einigen der Zulührrollen mit dem ι ~>
Wasser behandelt wird, wobei das Verstrecken weitgehend zu Ende gebracht wird, bevor das Kabel die
letzte Zuführrolle verläßt.
2. Verfahren nach Anspruch ), dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelspannung im /uführrollen- -'<>
system durch eine eine elastische Oberfläche aufweisende Druckrolle kontrolliert wird, die an uer
ersten Zuführrolle auf das Kabel wirkt.
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