DE2264611A1 - In laengsrichtung gekraeuselte, konjugierte zweikomponenten-faeden bzw. -fasern und ein verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
In laengsrichtung gekraeuselte, konjugierte zweikomponenten-faeden bzw. -fasern und ein verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
Monsanto Company
St. Louis, Missouri /USA
In Längsrichtung gekräuselte, konjugierte Zweikomponenten-Fäden bzw. -Fasern und ein Verfahren
zu ihrer Herstellung.
Die vorliegende Erfindung betrifft in Längsrichtung gekräuselte, konjugierte Zweikomponenten-Fäden bzw.
-Fasern und.ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die erfindungsgemäßen Fäden bzw. Fasern sind dadurch
gekennzeichnet, daß sie aus einem säurefärbbaren harten Polymeren als die eine Komponente und aus
einem gealterten elastomeren Polyurethan, das Säurefarbstoffen wiedersteht, als die andere Komponente
bestehen und daß die beiden Komponenten in Längsrichtung der Fäden bzw. Fasern nebeneinander ange-409820/1023
ordnet sind.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung der oben erwähnten Fäden und Fasern.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß
a) ein schmelzspinnbares, faserbildendes elastomeres
Polyurethan, das Säurefarbstoffen widersteht, hergestellt wird, indem miteinander umgesetzt werden
(1) ein Polyäther oder Polyester mit einem Molekulargewicht von 800 - 3000,
(2) 4,6 - 8,8 Mol eines aromatischen Diisocyanates pro Mol Polyäther oder Polyester, wobei das
Diisocyanat - falls es mit Wasser reagiert ein Reaktionsprodukt mit einem Basis-pH von
mindestens 8 ergibt, und
(3) eine ausreichende Menge eines Glykole mit einem Molekulargewicht von weniger als 500, um ein
NCO/OH-Verhältnis von 1,01 bis 1,04 zu schaffen,
b) das Polymere mindestens 5 Tage bei einer Temperatur unterhalb von 50°C gelagert wird und
c) das Polyurethan konjugiert mit einem schmelzspinnbaren säurefärbbaren harten Polymeren unter Bildung
eines nebeneinander verlaufenden konjugierten Zweikomponenten-Fadens schmelzgesponnen wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein konjugiertes Garn mit einem mittleren Modul von weniger als
3,9 und bestehend aus Fäden bzw. Fasern der oben beschriebenen Art.
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226Λ611
Ein Verfahren zur Herstellung eines aus zwei verschiedenen thermoplastischen Harzen bestehenden Fadens wird
bereits in der deutschen Offenlegungsschrift 2 660 429 beschrieben.
Beide Komponenten sind hier aber unelastische Harze. Derartige Fäden eignen sich daher nicht zur Herstellung
von Textilien, wie Strümpfen, die sich der Körperform anpassen und auch nach längerem Gebrauch
eng an dem Körper anliegen.
Aus den erfindungsgemäßen Fäden lassen sich demgegenüber Textilien herstellen, die eine große Dehnbarkeit aufweisen
und die erwünschte Kompressionskraft gegen den Körper bzw. den betreffenden Körperteil ausüben und
gewissermaßen eine Stützfunktion erfüllen. In dem erfindungsgemäßen Faden ist ein spezielles,
und zwar ein gealtertes elastisches Polyurethan mit einem harten Faden konjugiert.
Die Herstellung von Fäden durch Konjugation zweier Polymermaterialien mit ungleicher Schrumpfung oder
Wärmeschrumpfungseigenschaften ist schon seit vielen Jahren bekannt. Das Schmelzen der beiden Substanzen
erfolgt, indem sie bei oder nahe dem Punkt der Fadenbildung ohne inniges Vermischen zusammengebracht werden,
so daß die Substanzen längs deren Länge unter Bildung einer kontinuierlichen Grenzfläche aneinander
haften. Dies ist als Nebeneinanderanordnung ungleicher Polymerer in einem konjugierten »zw. verbundenen Faden
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bekannt. Eine zweite Methode zur Verbindung bzw.
Konjugierung derartiger ungleicher Polymeren zu einem Faden besteht darin, daß die Polymeren bei oder in
Nähe des Spinnpunktes zusanunengebracht werden, um auf kontinuierliche Weise einen exzentrischen Kern und eine Hautanordnung der Polymeren herzustellen. Bei beiden
Anordnungen sind die Fäden potenziell kräuselbar. Die Kräuselung wird entwickelt, nachdem die Fäden gezogen und freigegeben wurden, und die Kräuselung nimmt die
Form einer ungedrehten beliebig umgekehrten Spirale an. Bei der Auswahl ungleicher Polymeren müssen zur optimalen Konjugierung viele Faktoren berücksichtigt werden. Häufig ist es zweckmäßig, einen konjugierten Faden zur Verfügung zu haben, der den höchsten Grad von Kontraktion oder Schrumpfkraft aufweist, die ein Maß für
die zur Beseitigung der spiralförmigen Kräuselung und zur Glättung des Fadens erforderliche in Längsrichtung aufgebrachte Kraft ist. Eine Nebeneinanderanordnung
von Polymerem liefert eine viel größere Schrumpfkraft im Faden im Vergleich zu den exzentrischen Hülle-Kern-Strukturen. Leider können die durch Nebeneinanderanordnung konjugierten Fäden zur Aufspaltung in zwei
einzelne Unterfaden während der Verarbeitung und des
Gebrauchs neigen, insbesondere dort, wo die Polymeren auf der Basis der Unterschiede ihrer Schrumpfungen
ausgewählt werden. Ein anderer wesentlicher Faktor im Hinblick auf schmelzversponnene konjugierte Fäden ist
Konjugierung derartiger ungleicher Polymeren zu einem Faden besteht darin, daß die Polymeren bei oder in
Nähe des Spinnpunktes zusanunengebracht werden, um auf kontinuierliche Weise einen exzentrischen Kern und eine Hautanordnung der Polymeren herzustellen. Bei beiden
Anordnungen sind die Fäden potenziell kräuselbar. Die Kräuselung wird entwickelt, nachdem die Fäden gezogen und freigegeben wurden, und die Kräuselung nimmt die
Form einer ungedrehten beliebig umgekehrten Spirale an. Bei der Auswahl ungleicher Polymeren müssen zur optimalen Konjugierung viele Faktoren berücksichtigt werden. Häufig ist es zweckmäßig, einen konjugierten Faden zur Verfügung zu haben, der den höchsten Grad von Kontraktion oder Schrumpfkraft aufweist, die ein Maß für
die zur Beseitigung der spiralförmigen Kräuselung und zur Glättung des Fadens erforderliche in Längsrichtung aufgebrachte Kraft ist. Eine Nebeneinanderanordnung
von Polymerem liefert eine viel größere Schrumpfkraft im Faden im Vergleich zu den exzentrischen Hülle-Kern-Strukturen. Leider können die durch Nebeneinanderanordnung konjugierten Fäden zur Aufspaltung in zwei
einzelne Unterfaden während der Verarbeitung und des
Gebrauchs neigen, insbesondere dort, wo die Polymeren auf der Basis der Unterschiede ihrer Schrumpfungen
ausgewählt werden. Ein anderer wesentlicher Faktor im Hinblick auf schmelzversponnene konjugierte Fäden ist
die Extrudierbarkeit der beiden ausgewählten Polymeren 409820/1023
innerhalb eines engen Temperaturbereiches. Wenn Polymere eine günstige Haftung und Kontraktionskraft besitzen,
haben sie normalerweise derartig verschiedene Schmelzpunkte, daß kostspielige und komplizierte Anlagen
notwendig sind, um die erforderliche Temperaturdifferenz beizubehalten, um eine Zersetzung des niedriger
schmelzenden Materials zu verhindern und eine ordnungsgemäße Verbindung bzw. Konjugierung der Polymeren
sicherzustellen.
Die unterschiedlichen Färbeeigenschaften der beiden polymeren Komponenten der konjugierten Fäden ermöglicht
es, daß ein relativ dicker Monofaden bei Textilien sehr dünn und durchsichtig erscheint. Die harte oder
nichtelastische Komponente nimmt die Farbstoffe auf, jedoch bleibt die Polyurethankomponente praktisch ungefärbt,
überlegene Schrumpfkräfte und Dehnungserholung
bei einem hohen Dehnungsausmaß ermöglichen die Struktur dauerhafter Stütztextilien mit erwünschter Feinheit
bzw. Durchsichtigkeit. Lang andauernde Dehnungserholung gewährleistet eine verlängerte Lebensdauer von
Röcken und ähnlicher Kleidung aus gewebten Stoffen. Die eine Komponente ist ein schmelzspinnbares faserbildendes
Polymeres mit einem Schmelzpunkt im Bereich von etwa 180 bis 28O°C; die andere Komponente ist ein
elastomeres Polyurethan, das bei einer Temperatur von etwa 205 bis 24O°C schmelzspinnbar ist und über etwa
2000C und unter etwa 235°C schmilzt. Die beiden Kompo-
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nenten haften längs der Länge des Fadens in einer Nebeneinanderanordnung
aneinander. Die Polyurethankomponente umfaßt etwa 20 bis 80 Gew.-% der Faserstruktur. Der
spiralförmig gekräuselte Faden liefert eine hohe Schrumpfkraft bei Spannung und ein hohes Ausmaß an
Kräuselung und Kräuselgleichmäßigkeit, was durch die Differenz in der gerade gerichteten und kontraktierten
Länge eines Fadenstrangs geraessen wird. Das Verfahren zur Herstellung des vorliegenden Zweikomponentenfadens
besteht darin, daß die oben beschriebenen Komponenten unter Verwendung einer üblichen
konjugierten Spinnvorrichtung zur Herbeiführung der Verbindung bzw. Konjugierung der Komponenten unter
Erzeugung einer Nebeneinanderanordnung der Komponenten zusammen schmelzextrudiert werden. Viele bekannte Spinndüsenanordnungen
zum Schmelzspinnen können zur Herbeiführung dieser Verbindung angewendet werden. Nach
Extrudierung aus der Spinndüse wird der geschmolzene konjugierte Faden oder werden die Fäden zur Verfestigung
gekühlt. Dies erfolgt gewöhnlich dadurch, daß der geschmolzene Strom mit einem Kühlgas in Berührung
gebracht wird. Die Fäden werden zur Erhöhung der Molekülorientierung gestreckt, um die gewünschte Zugfestigkeit
zu erhalten und die gewünschte Schrumpfkraft herbeizuführen, wodurch die Kräuselung entwickelt wird.
Die schneckenförmige oder spiralförmige Kräuselung entwickelt sich, wenn die Dehnungskraft beseitigt wird,
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Die Intensität der Kräuselschrumpfkraft kann erhöht werden, und die Schrumpfung des Fadens in siedendem
Wasser kann herabgesetzt werden, indem eine Nachstreckbehandlung unter Wärme angeschlossen wird, wobei
die Fäden unter geringer Spannung erhitzt und dann gekühlt werden.
Eine der zur Herstellung der vorliegenden Fäden verwendeten Komponenten wird aus der Gruppe faserbildender
durch Säure anfärbbarer Polymerer, z.B. Polyamide, ausgewählt, die einen Schmelzpunkt im Bereich von
etwa 180 bis 28O°C besitzen. Geeignete Polymere dieser Gruppe sind Polyhexamethylenadipinsäure (Nylon 66),
Polyhexamethylensebacinsäureamid (Nylon 610), polymere 6-Aminocapronsäure (Nylon 6), polymere 11-Aminoundecansäure
(Nylon 11), polymere 12-Aminododecansäure (Nylon 12). Die Herstellung dieser Polyamide ist in der
Technik bekannt und alle diese Polyamide sind von verschiedenen Herstellern von Kunststoff und synthetischen
Fasern erhältlich. Homopolymere werden gewöhnlich bevorzugt, obgleich Mischpolymerisate dieser Polyamide verwendet
werden können, vorausgesetzt, ihre Schmelzpunkte liegen in dem angegebenen Bereich und sie sind unter
durchführbaren Spinnbedingungen extrudierbar. Die spezielle Wahl eines Polyamids hängt etwas von der
Spinnvorrichtung und vom Schmelzpunkt der zu verwendenden Polyurethankomponente ab. Die höher schmelzenden
Polyamide werden vorzugsweise mit den höher schmelzen-
409820/1023 ~ 8 -
den Polyurethanen gepaart, insbesondere, wenn die Temperatur des gesamten Spinnkopfes auf eine Temperatur
durch einen einzigen Thermostaten geregelt wird. Komplizierte Spinnköpfe, die eine unabhängige Temperatursteuerung
jedes Polymerstroms an einem Punkt unmittelbar stromaufwärts der Spinndüse herbeiführen, ermöglichen
eine breitere Auswahl von Polymerpaaren. Der Schmelzpunkt hat eine überwiegende Wirkung auf die
Kühl- oder Verfestigungsgeschwindigkeit der Spinnfäden, jedoch sind die Extrudierfähigkeit und Spinnstabilität
mehr von der Viskosität der geschmolzenen Polymeren abhängig. Bei der filmbildenden Höhe erhöht ein Molekulargewichtsanstieg
eines Polyamids den Schmelzpunkt des Polymeren sehr langsam. Die Schmelzviskosität
nimmt mit weiterem Anstieg des Molekulargewichts beträchtlich zu. Die sogenannten Polyamide mit ultrahohem
Molekulargewicht sind daher für die konjugierte Extrudierung mit elastomeren Polyurethanen wegen übermäßiger
Unausgeglichenheit zwischen den entsprechenden Viskositäten der beiden Schmelzen nicht geeignet. Polyamide
mit mittleren Molekulargewichten im mäßigen bis unteren Bereich werden bevorzugt, vorausgesetzt, sie
befinden sich bei der Filmbildungsstufe. Der Molekulargewichtsbereich der erfindungsgemäß geeigneten
Polyamide kann praktisch durch die relative Viskosität angegeben werden. Die hier verwendete relative
Viskosität ist das Verhältnis der Viskosität einer
409820/1023 ~9~
~9~ 226A611
Lösung des Polymeren zu der Viskosität des Lösungsmittels,
wobei beide Viskositäten bei 25°C gemessen werden. Für unterschiedliche Polyamide sind unterschiedliche
Lösungsmittel notwendig, und die Konzentration des Polymeren im Lösungsmittel wird beliebig gewählt
und ist in Tabelle I angegeben. Tabelle I gibt die bevorzugten Bereiche der relativen Viskositäten von
Polyamiden wider, die sämtlich bei 25°C mit den angegebenen Lösungsmitteln und Polymerlösungskonzentrationen
gemessen wurden; die Konzentrationen sind als Gew.-% angegeben.
Polyamid Schmelz- Lösungs- Konzentra- Bereich
punkt 0C mittel tion des der rela-
6 66 |
225 264 |
90% Ameisen säure 10% Wasser 90% Ameisen säure 10% Wasser |
Polymeren | tiven Vis kosität |
|
Nylon Nylon |
610 | 218 | 85% Phenol 15% Wasser |
8,4 % 8,4 % |
22 -40 20-45 |
Nylon | 11 | 187 | m-Kresol | 5,0 % | 11-18 |
Nylon | 12 | 179 | m-Kresol | 8,4 % | 42-8O |
Nylon | 0,5 % | 1,4-1,9 | |||
Die zur Herstellung der spiralförmig gekräuselten Fäden verwendete andere Komponente ist ein bei einer Temperatur
von etwa 205 bis 24O°C schmelzextrudierbares elastomeres
Polyurethan. In Verbindung mit der Polyamid-Konjugierungsschmelze können einige als ein Homofaden
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- ίο -
- IO -
praktisch nicht extrudierbarer Polyurethane als ein konjugierter Faden versponnen werden. Fäden, die bei
Temperaturen unterhalb von 200°C extrudlert werden, besitzen jedoch gewöhnlich nicht zufriedenstellende
Eigenschaften und kleben übermäßig aneinander, so daß die Fäden nicht von Spulen bei den technisch üblichen
Geschwindigkeiten abgewickelt werden können, ohne daß übermäßige Spannungsveränderungen und Fadenbruch auftreten
.
Ein Hauptproblem beim Spinnen von Polyurethan-Homofäden
ist die ständige Klebrigkeit der frisch extrudierten Fäden, wobei die Oberflächenverfestigung mit niedriger
Geschwindigkeit fortschreitet.
Eine ähnliche Schwierigkeit ergibt sich beim Spinnen konjugierter Fäden mit einer Polyurethankomponente.
Es wurde jedoch gefunden, daß die Verarbeitung äußerst günstig ist, wenn die Polyurethankomponente einen
Schmelzpunkt von über etwa 200°C und unter etwa 235°C aufweist, wobei diese Schmelzpunkte durch thermische
Differenzialanalyse gemessen werden. Diese konjugierten Fäden verfestigen sich innerhalb einiger Meter
von der Spinndüse und können unter Anwendung üblicher Appreturlösungen und Emulsionen auf Spulen aufgewickelt
und weiter verarbeitet werden. Sowohl Polyesterurethane als auch Polyätherurethane
sind geeignet. Die Polyäther- oder Polyesterkomponente muß ein mittleres Molekulargewicht im Bereich von 800
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_ ■· τ
bis 3000 besitzen, falls übermäßige Klebrigkeit in den konjugierten Fäden vermieden werden soll; vorzugsweise
ist das Molekulargewicht des Polyäthers auf einen Bereich von 800 bis 2500 begrenzt. Polyesterurethane
werden gewöhnlich bevorzugt, die mit einem weiten Bereich harter Fasern und Verarbeitungsbedingungen verträglich
sind, während sie ausgezeichnete Garneigenschaften ergeben.
Da geringfügige Variationen in der chemischen Struktur und den physikalischen Eigenschaften im allgemeinen in
angemessener Weise schwierig zu bestimmen sind, werden die gemäß der Erfindung geeigneten Polyurethane am
einfachsten durch die chemischen Reaktionsteilnehmer, die zur Herstellung der Polyurethane verwendet werden,
beschrieben. Allgemein werden - wie erwähnt - die Polyurethane durch gemeinsame Umsetzung von (1) einem endständige
Hydroxylgruppen enthaltenden Polyester oder einem Polyäther mit einem mittleren Molekulargewicht
im Bereich von 800 bis 3000, (2) einem Diisocyanat und (3) einem Glykol-Kettenverlängerungsmittel hergestellt.
Geeignete Polyester haben ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 1000 bis 3000 und werden durch normale
Kondensationsreaktion einer Dicarbonsäure mit einem Glykol oder aus einem polymer!sierbaren Lacton hergestellt.
Bevorzugte Polyester leiten sich von Adipinsäure, Glutarsäure und Sebacinsäure ab, die mit einem
mäßigen Überschuß von Glykolen, wie Äthylenglykol;
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1,4-Butylenglykol; Propylenglykol; Diäthylenglykol;
Dipropylenglykol; 2,3-Butandiol; 1,3-Butandiol;
2,5-Hexandiol; 1,2-Dihydroxy-2,2,4-trimethylpentan;
deren Gemischen und dergl. kondensiert werden. Geeignete Polyester werden auch durch Umsetzung von Caprolacton
mit einem Initiator, wie beispielsweise Glykol, hergestellt, wobei das Molekulargewicht des Polyesterproduktes
vorzugsweise auf dem Bereich von 1500 bis 2000 beschränkt wird. Zu geeigneten Polyäthern mit
Molekulargewichten im Bereich von 800 bis 3000 gehören Polyoxyäthylenglykol, Polyoxypropylenglykol, PoIy-1,4-oxybutylen-glykol,
Poly-(oxypropylen)-poly-(oxyäthylen)-glykole und dergl..
Zur Herstellung von Polyurethanen geeignete Diisocyanate können aus einem weiten Bereich chemischer
Klassen ausgewählt werden, wie beispielsweise alicyclische, aromatische, arylaliphatische und aliphatische
Diisocyanate. Besonders geeignete Diisocyanate sind: 2,4-Tolylendiisocyanate; 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat;
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat; m- oder p-Xylylendiisocyanat; 1,4-Diisocyanatcyclohexan;
Hexamethylendiisocyanat und Tetramethylendiisocyanat.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Polyurethanteil des konjugierten Fadens gegenüber
Säureanfärbung durch richtige Auswahl des Diisocyanats
beständig gemacht werden. Somit wird Beständigkeit
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«. ι 1J «.
gegenüber Säureanfärbung erreicht, wenn die Isocyanatgruppen hydrolysierbar sind, um ein Reaktionsprodukt
mit einem pK-Wert von mindestens 8 bei 95°C zu ergeben. Beispiele sind solche Diisocyanate, in denen die NCO-Gruppe
direkt an den aromatischen Kern gebunden ist, wie beispielsweise in 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat.
Weitere für diesen Zweck geeignete Diisocyanate sind solche, in denen die Isocyanatgruppen an eine Carbonyl-
gruppe gebunden sind, wie beispielsweise 0 0
N Il
O=C=N-C-(CH2)4-C-N=C=O oder an eine SuIfonylgruppe,
wie beispielsweise
0 0
O=C=N-S-(CHo) & -S-N=C=O
O=C=N-S-(CHo) & -S-N=C=O
η * * ti
O O
O O
Diisocyanate, die sich für diesen speziellen Zweck nicht eignen, sind solche, in denen Isocyanatgruppen
an ein Methylenkohlenstoffatom gebunden sind, wie beispielsweise in den Tolylen- oder Xylylendiisocyanaten
und Hexamethylendiisocyanat.
Es können viele verschiedene übliche Glykole als Kettenverlängerungs-
oder Härtungsmittel verwendet werden. Unter diesen Materialien sind: 1,4-Butandiol, Äthylenglykol,
Propylenglykol, 1,4-Bis-(ß-hydroxyäthoxy)-benzol.
Die Kombination von Isocyanat und Glykol muß hinsichtlich der Art als auch der Menge so ausgewählt
werden, daß ein DTA-Schmelzpunkt im Bereich von etwa
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•14-
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200 bis 235°C erhalten wird.
Die Chemie und Herstellung elastomerer Polyurethane wird umfassend in Polyurethanes : Chemistry and Technology
von J.H. Saunders und K.C. Frisch, Teil II, Kapitel 9, Interscience Publishers, Inc. (1964) beschrieben.
Die US-PS 3 214 411 kann für spezielle Einzelheiten bei dem Verfahren zur Herstellung von PoIyesterurethanen
für Fäden gemäß der Erfindung herangezogen werden.
Besonders vorteilhafte Polyesterurethane können durch Auswahl spezifischer Reaktionsteilnehmer und deren
Kombination mit ziemlich engen Verhältnisbereichen gemäß der allgemeinen Rezeptur hergestellt werden:
100 Gew.-Teile PoIy-(I,4-butylen)-adipat mit einem
Molekulargewicht von 1500 bis 20OO; 55 bis 100 Gew.-Teile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
und ausreichend Glykol, um ein Gesamtverhältnis von NCO/OH im Bereich von 1,01 bis 1,04 zu ergeben. Die
bevorzugten Glykole zur Kettenverlängerung sind Äthylenglykol, 1,4-Butandiol und l,4-Bis-(ß-hydroxyäthoxy)-benzol,
das durch folgende Formel wiedergegeben wird:
In dem obigen Ansatz ist das Verhältnis von NCO zu OH eine Abkürzung für das Verhältnis der Äquivalente an
Isocyanatgruppen zu den Gesamtäquivalenten an Hydroxygruppen in dem Kettenverlängerungsglykol kombiniert
mit den reaktiven Gruppen in dem Polyester. Das opti-409820/ ff) 2 3 _15_
male Molekulargewicht und die optimale Festigkeit der Polymerschmelze für maximale Spinngeschwindigkeiten
ohne Bruch von Fäden mit feinem Denier werden erhalten, wenn das NCO/OH-Verhältnis im Bereich von etwa 1,01
bis 1,04 liegt.
Die Polyurethane in den erfindungsgemäßen Fäden werden wie vorstehend bemerkt, als Blockpolymere betrachtet,
worin der Polyurethanblock bei einer Temperatur oberhalb von etwa 200°C, jedoch unterhalb von etwa 235°C
schmilzt. Dieser Schmelzpunkt wird durch thermische Differenzialanalyse (DTA) gemessen und zeigt sich als
deutliche endotherme Spitze im Thermogramm, wenn die Grundtemperatur der Polymerprobe erhöht wird. Eine
allgemeine Beschreibung und Erörterung der DTA-Methoden ergibt sich aus "Organic Analysis" herausgegeben
von A. Weissberger, Band 4, Seiten 370 bis 372, Interscience Publishers, Inc. (1960). In den nachfolgend
gegebenen Beispielen wurden die DTA-Schmelzpunkte mit
einem üblichen DTA-Gerät duPont 900, hergestellt von E.I. du Pont de Nemours, Inc., gemessen.
Die beiden Komponenten (Polyurethan-Polyamid) werden vorzugsweise durch einzelne Spinndüsenöffnungen in
Nebeneinanderbeziehung extrudiert, wobei diese Anordnung den höchsten Grad an Rückziehkraft bzw. Schrumpffähigkeit
der Kräuselungen ergibt. Es ist jedoch möglich, die beiden Komponenten durch getrennte nebeneinandergestellte
Öffnungen zu extrudieren und die beiden
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extrudierten Ströme aus geschmolzenem Polymeren unmittelbar unterhalb der Extrudierfläche der Spinndüse zu
koaleszieren; diese Methode wird bei höher schmelzenden Polyamiden, wie beispielsweise Nylon 66, bevorzugt.
Die beiden Komponenten liegen vorzugsweise in etwa gleichen Gewichtsmengen vor, jedoch können die relativen
Mengen der beiden Komponenten von etwa 20 bis 80 % bis zu 80 bis 20 % schwanken, und es wird eine
hochgekräuselte Struktur sichergestellt, wenn mindestens 30 % des Querschnitts des gesponnenen Fadens
aus der Polyurethankomponente aufgebaut ist. Nach der Extrudierung muß der zusammengesetzte Faden bzw. der
Verbundfaden gestreckt werden. Der Faden kann kaltgestreckt werden oder gegebenenfalls warmgestreckt
werden, so lange die gewünschte Zugfestigkeit erhalten wird, ohne die Haftung der beiden Komponenten
unangemessen zu unterbrechen. Nach dem Strecken kann der Faden unter geringer Zugbeanspruchung erhitzt
werden. Diese Freigabebedingungen werden gewöhnlich gewählt, um das gewünschte geringe Ausmaß an Schrumpfung
in siedendem Wasser und Wärmeverfestigung der Kräuselung in der Polyamidkomponente des Fadens zu
ergeben. Die genauen Bedingungen für die Streckung und Freigabe können ohne weitere Schwierigkeit von
einem Fachmann ausgewählt werden. Wenn ein gesponnener konjugierter Faden gemäß der
Erfindung von Hand zu einem Ziehverhältnis von etwa
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2:1 oder weniger gezogen wird und freigegeben wird, zieht sich der gezogene Teil unmittelbar zusammen,
wobei die Konfiguration weniger großer loser Windungen einer geraden kreisförmigen Spirale angenommen wird.
Wenn ein gesponnener konjugierter Faden der Erfindung von Hand zu einem Ziehverhältnis über etwa 2,5:1,
bevorzugt über etwa 3:1 gezogen und freigegeben wird, zieht sich der Faden augenblicklich zu einer Kette
gleichmäßiger gerader kreisförmiger Spiralen zusammen. Die Spiralsegmente in der Kette ändern sich von rechtsdrehenden
zu linksdrehenden Spiralen. Verlagerungs- oder Umkehrpunkte treten zwischen den Abschnitten umgekehrter
Spiralen ein.
Die dichte Spiralkonfiguration frisch gezogener Fäden wird als die "Gleichgewichtsform" gezogener Fäden
gemäß der Erfindung betrachtet. Das heißt, der Faden nimmt diese Konfiguration an, wenn er sich ohne
äußere Behinderung zusammenziehen kann. Sämtliche gezogene bzw. gestreckten Fäden besitzen die Möglichkeit,
die dichte Spiralform anzunehmen und tun dies unter geeigneten
Bedingungen. Diese potenzielle Gleichgewichtskonfiguration einer dichten Spirale gibt eine Erklärung
bestimmter wichtiger Eigenschaften des erfindungsgemäßen Fadens. Ein maschinengestreckter Faden, der
während eines zu langen Zeitraums auf einer Spule unter Spannung gelagert wurde, zieht sich nicht augenblicklich
in eine dichte Spirale zusammen, wenn er freige-
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geben wird. Stattdessen zieht sich der Faden fortschreitend zusammen, wobei er die Stufen einer großen
offenen Spirale, kleinen offenen Spirale und schließlich zu einer kompakten dichten Spirale durchläuft,
wobei die für diese Umwandlung erforderliche Zeit von wenigen Minuten bis zu mehreren Minuten je nach der
Uingebungs feucht igke it und Temperatur schwankt. Zur Steuerung des Herstellungsverfahrens und zur Charakterisierung
der Fäden der Erfindung in Bezug auf den Endverbrauch ist ein beMebig meßbarer Faktor, der
als "Volumen" oder "Bauschung" bezeichnet wird, geeignet. Das Verfahren besteht darin, daß ein Garnstrang
gebildet wird, indem der Faden auf eine Denierhaspel mit einem Umfang von 1 1/8 Meter aufgewickelt wird.
Es wird genügend vom Faden auf die Haspel aufgewickelt, um einen GesamtStrangdenier von 4500 zu erhalten,
beispielsweise 112,5 Umdrehungen eines Monofadens von 20 Denier. Ein Ende des Strangs wird über einen
Trägerhaken geschlungen und ein anderer Haken, der ein Gewicht von 0,33 g je Strangdenier trägt, wird durch
das andere Ende des Strangs geführt. Nachdem das Gewicht genau 10 Sekunden von dem Strang freigehalten
wurde, wird die Länge des Strangs gemessen und mit "A" bezeichnet. Das schwere Gewicht wird durch ein sehr
leichtes Gewicht (0,0013 g/Denier) ersetzt, und der Strang mit dem Gewicht wird genau 60 Sekunden in siedendes
Wasser wenigstens so tief eingetaucht, als der
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Strang lang ist. Der Strang wird aus dem Wasser entfernt,
ohne das Gewicht aufgehängt und man läßt ihn 12 Stunden an der Luft bei 23 - 0,5°C und 72 % relativer
Feuchtigkeit trocknen. Das kleine Gewicht wird nun an den trockenen Strang gehängt und die Stranglänge
des stark gekräuselten Fadens 10 Sekunden nach Befestigung des Gewichts gemessen. Diese Länge wird mit "B"
bezeichnet. Dann wird das kleine Gewicht durch das große Gewicht (0,33 g/Denier) ersetzt und die Endstranglänge
"C" nach 10 Sekunden aufgezeichnet. Die Bauschung und Schrumpfung werden aus diesen Messungen berechnet:
C-B
% Bauschung = χ 100 (Gleichung 1)
% Bauschung = χ 100 (Gleichung 1)
A-C
% Schrumpfung = —τ— χ 100 (Gleichung 2)
% Schrumpfung = —τ— χ 100 (Gleichung 2)
% Bauschung ist ein Maß der axialen Streckung, der der Faden beim Durchgang von der hochgekräuselten
zu der praktisch geraden Konfiguration unterliegt, überraschenderweise haben die Fäden der Erfindung
einen sehr stabilen Bauschwert. Für einen gegebenen Nominaldenier und ein gegebenes Ziehverhältnis ist die
prozentuale Bauschöhe der Fäden bemerkenswert konstant und schwankt nicht merklich längs des Fadens, vorausgesetzt,
der Fadenquerschnitt umfaßt mindestens 30 % des Polyurethans. Die prozentuale Bauschung eines
Fadens, der 40 % Polyurethankomponente enthält, unterscheidet sich beispielsweise nicht merklich von der pro-409820/1023
-20-
zentualen Bauschung eines Fadens, der 60 % Polyurethan
enthält, obgleich die Schrumpf- oder Rückholfähigkeiten der beiden Fäden merklich differieren. Diese hocherwünschte
Eigenschaft vermindert weitgehend veränderliche Maschenbildung in Geweben und vereinfacht den
Spinnprozeß erheblich: genaue Strömungsregelung der polymeren Komponenten ist ein Hauptproblem in jedem
kontinuierlichen konjugierten Fadenspinnprozeß; kleine Fluktuierungen in der Strömung treten aufgrund geringfügiger
Temperaturveränderungen in den Dosierpumpen oder geringfügiger Inhomogenität in den geschmolzenen
Polymeren auf. Die Fäden der Erfindung können jedoch erhebliche Variationen der Polymerströmung tolerieren,
ohne eine nachteilige Veränderung der prozentualen Bauschung herbeizuführen, solang die Polyurethankomponente
bei oder oberhalb des Wertes von 30 % des Querschnitts des gesponnenen Fadens liegt.
Eine kleine Länge an gesponnenem Faden wird mit einem Ziehverhältnis von beispielsweise 3,5:1 gestreckt und
die gezogene Länge läßt man einige 4 bis 6 % zusammenziehen, was die elastische Erholung der Polyamidkomponente
darstellt. Der Faden ist nun gerade und besitzt eine Länge von S. Wenn sich der Faden weiter
zusammenzieht, ist die Polyurethankomponente noch innerhalb ihrer elastischen Erholungsgrenze gestreckt, jedoch
muß sich die Polyamidkomponente der Länge S biegen, um sich dieser Kontraktion anzugleichen. Weil die Zusammen-
409820/1023 ~21~
Setzungsgröße des Fadens praktisch gleich ist, biegen
sich die Fadensegmente zu kreisförmigen Bögen. Jede vollständige Drehung oder Schleife um die Achse der
Spirale erfordert eine Drehung des Fadens von 360° um seine eigene Achse, wobei diese Drehung einer gegenläufig
gerichteten Drehung in einem angrenzenden Abschnitt standhält, der wiederum eine andere Windung
der Spirale entwickelt, um Torsionsspannungen aufgrund dieser Drehung auszulösen. Da die Enden des Fadens
nicht zur Drehung frei sind, erzeugt jede Drehung im Uhrzeigersinn in einem Abschnitt eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn
in einem angrenzenden Abschnitt, wodurch sich dann eine Spirale mit gegenläufiger Windung bildet,
die durch Verlagerungen zwischen den umgekehrten Spiralen ausgelöst wird.
Der Mindestradius, durch den ein kreisförmiger Stab ohne Bruch oder bleibende Verformung gebogen werden
kann, hängt vom Biegemodul des Querschnittes ab, der für ein gegebenes Material mit dem Quadrat des Querschnittsbereiches
zunimmt. Der Biegemodul der erfindungsgemäßen Fäden ist abhängig von den Verhältnissen
der beiden Komponenten und der Größe des Fadens. Die anfängliche Zusammenziehfähigkeit oder Schrumpfkraft
unter Dehnung ist jedoch etwa proportional dem Anteil der Polyurethankomponente. 30 % des Querschnitts
scheinen etwa der Mindestanteil an Polyurethan zu sein, der eine'Zusammenziehkraft oder Schrumpffähigkeit er-
409820/1023
gibt, die gerade ausreicht, um den Faden um etwa seinen Mindestradius und zu der dichten Spiralkonfiguration
zu biegen.
Wenn ein gegebener, gesponnener Faden gemäß der Erfindung gezogen wird, werden die gedehnte Länge, der
Denier oder die Größe und somit der Biegemodul sämtlich durch das Ziehverhältnis bestimmt. Nach Freigabe
zieht sich der Faden zu einer Reihe dichter Spiralen zusammen. Die prozentuale Bauschung frisch gestreckter
Fäden besitzt einen gleichbleibenden bestimmten Wert. Die Standardbestimmung der prozentualen Bauschung
erfordert die Aussetzung der Fäden gegenüber siedendem Wasser und diese Behandlung führt eine Nettoschrumpfung
in der gerade ausgerichteten Länge der Fäden herbei. Im Gegensatz zu Fäden, deren Kräuselung durch unterschiedliche
Schrumpfung erzeugt wird, verlieren Fäden der Erfindung ein geringes Ausmaß an Kräuselung
während der Schrumpfbehandlung, wobei dieser Verlust äußerst gleichbleibend ist. Wenn frisch gezogene Fäden
mit der dichten Spiralkonfiguration und gelagerte maschinengezogene Fäden mit offener Spiralkonfiguration
siedendem Wasser ausgesetzt werden, v/erden die beiden Proben nach dem Trocknen ununterscheidbar. Die dichte
Spirale wickelt sich etwas auf und die lose offene Spirale wickelt sich etwas zusammen, wobei beide Proben
schließlich um das gleiche Ausmaß von dem Gleichgewicht der dichten Spirale abweichen. Verschiebung der Win-
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409820/1023
düngen und Freigabe von Spannungen an den Verlagerungen
ermöglichen gewisse Deformierung in der Konfiguration d-r Fäden. Die Spiralen sind nicht mehr vollkommen
zylindrisch sondern die Durchmesser verändern sich stets proportional, wobei sich praktisch konstante Werte der
prozentualen Bauschung ergeben.
Die Fäden der Erfindung können mit üblichen konjugierten Spinnanlagen erzeugt werden. Die beiden polymeren
Komponenten können geschmolzen werden und den Dosierpumpen durch eine Gitterschmelzvorrichtung gemäß der
US-PS 3 197 813 zugeführt werden. Schneckenextruder-Schmelzvorrichtungen werden jedoch bevorzugt wegen der
besseren Steuerung der Polymerströmung. In den unten
angeführten Beispielen wurden elektrisch beheizte Standard-Schneckenextruder von 38 mm zur Abgabe jeder
Polymerschmelze an die Dosierpumpen am Spinnkopf verwendet .
Der Spinnkopf bestand aus einem üblichen mit Dowtherm ummantelten Stahlblock mit einem Pumpenpolster mit zwei
Einlaßöffnungen für Standard-Zenith-Getriebepumpen,
die getrennte Ströme dem integralen Spinndüseneinsatzhohlraum zudosierten. Eine Spinndüsenanordnung gemäß
der US-PS 3 166 788 wurde verwendet, in der die beiden Polymerströme unmittelbar stromaufwärts der Kapilaröffnungen
der Spinndüsenfläche zusammenkamen. Kühlluft wurde quer über die Extrudierflache geblasen,
wenn diese einen üblichen Kühlschacht zu einer kammertigen Konvergenzführung senkrecht herunterwanderten.
409820/1023 -24-
Die Fäden wurden über eine geeignete Appreturauftragswalze zu einer Zufuhrwalze und von dort zu einer oberflächenangetriebenen
Aufwickelpumpe geführt. Irgendwelche Neigung der Fäden, aneinander zu kleben, wurde
in wirksamer Weise durch die Anwendung eines geeigneten flüssigen Appreturmittels herabgesetzt. Ein geeignetes
Appreturmittel ist eine 10%ige Lösung eines Organoslliconpolymeren Union Carbide L-5 30, hergestellt von der
Union Carbide Corp., Silicones Division, New York; dieses Appreturmittel wurde in einer Konzentration von
3 bis 5 % Organosilicon auf die Fäden aufgebracht. Die gesponnenen konjugierten Fäden können auf üblichen
Streckzwirnmaschinen und Streckwickelvorrichtungen gestreckt werden. In den Beispielen wurden Fäden auf
einer Standard-Streckzwirnmaschine gestreckt. Verschiedene S t reck ζ v/i rn Stellungen wurden mit Rohren für
erhitzte Luft ausgestattet, durch die die Fäden unmittelbar unter die Streckzone vor dem Aufwickeln geführt
werden konnten.
Ein frisch gestreckter 50%iger Polyurethanfaden wurde
gerade gerichtet und quer durch die Achse mit einem Rasiermesser gerade geschnitten. Typische Fäden der
Erfindung besitzen einen Spiraldurchmesser von 152 bis 203 u und einen Fadendurchmesser von 50 bis 76 u; das
bedeutet, daß der Umfang der Außenseite einer Spiralwindung 30 bis 40 % größer als der Innenumfang sein
kann; an der Grenzfläche haben beide Komponenten,
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409820/ 1 023
Nylon und Polyurethan, die gleiche Länge wie der gerade
gerichtete Faden. Gekräuselt ist daher Nylon 10 bis 20 % gedehnt und muß eine Zugbeanspruchung aufnehmen
und wird an der Grenzfläche einen gleichen Betrag zusammengepreßt und muß eine Druckbeanspruchung aufnehmen;
das Polyurethan ist an der Grenzfläche unter maximaler Zugbeanspruchung und unter einer geringeren
Beanspruchung an der Innenseite. Wenn der Faden wirklich gerade ist, tragen beide Komponenten Zugbeanspruchungen
proportional zu ihren Querschnittsbereichen und entsprechenden Zugmodulen bei gegebener Dehnung.
Die Verwendung von 3,2 Mol Diisocyanat je Mol Diol mit hohem Molekulargewicht (Polyester) ist unzureichend.
Unter Anwendung von 4,8 Mol Diisocyanat je Mol Polyester wurde ein Polyurethan erzeugt, das mit einer
harten Faser konjugiert schmelzspinnbar ist; die praktische untere Grenze liegt bei etwa 4,4. Vermutlich
aufgrund geringer Mengen von Verunreinigungen in den Ausgangsmaterialien ist es manchmal schwierig, Polyurethane
mit gleichbleibend ausreichend hoher Viskosität bei der gewünschten Spinntemperatur zu erzeugen,
um der Viskosität des harten oder nichtelastomeren Polymeren richtig angepaßt zu sein. Diese Schwierigkeiten
treten viel weniger in Erscheinung, wenn mindestens 5,2 und bevorzugt 5,6 oder Mol Diisocyanat
je Mol Diol mit hohem Molekulargewicht verwendet werden, wodurch Polymeres mit hoher Viskosität viel gleich-
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bleibender erzeugt wird als unter Verwendung von lediglich etwa 4,4 bis 5,0 Mol und somit ergibt sich eine
gleichbleibendere Spinnleistung und bessere Steuerung der Form der Grenzfläche zwischen der harten Faser und
dem Polyurethan. Es ist natürlich notwendig, die Menge des Diols mit niedrigem Molekulargewicht einzustellen,
um das NCO/OH-Verhältnis zwischen 1,01 und 1,04 zu halten.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1
Man verwendet 100 Gew.-Teile Polyester, der aus 1,4-Butandiol und Adipinsäure hergestellt wurde. Der
Polyester besitzt ein Molekulargewicht von etwa 2000, eine Hydroxylzahl von 55 und eine Säurezahl von 1,5.
Zu dem Polyester werden 60 Gew.-Teile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
und genügend 1,4-Butandiol zugegeben, um ein NCO/OH-Verhältnis von 1,02 zu erhalten. Das
1,4-Butandiol und der Polyester werden bei 100°C miteinander vermischt. Das gleichfalls auf 100°C erhitzte
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat wird dann zugegeben.
Das erhaltene Gemisch wird dann etwa 1 Minute kräftig gerührt, um eine gründliche Vermischung der drei Bestandteile
sicherzustellen. Das vermischte Reaktionsgemisch wird dann auf eine ebene Fläche in einem auf
130°C erhitzten Ofen gegossen. Das Reaktionsgemisch verfestigt sich etwa 2 bis 3 Minuten zu einem Polyurethanpolymeren
von niedrigem Molekulargewicht. Das
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feste Polyurethanpolymere wird in dem erhitzten Ofen weitere 5 bis 6 Minuten gehalten, um das Molekulargewicht
zu erhöhen, und wird dann entfernt und auf
Raumtemperatur abgekühlt. Die erhaltene Polymerplatte wird dann zu Flocken der gewünschten Größe gehackt.
Die Flocken werden dann unter einer inerten Atmosphäre (Stickstoff) unter 50°C, beispielsweise bei Zimmertemperatur, mindestens 4, bevorzugt mindestens 20,
Tagen vor dem Spinnen gelagert. Die Lagerstufe verbessert das Spinnverhalten und setzt die Klebrigkeit der Fäden herab. Man nimmt an, daß der Grund für die durch die Lagerstufe herbeigeführte Verbesserung des Spinnverhaltens in der Kettenverlängerungspolymerisation in festem Zustand besteht. Beschleunigte Härtung bei höheren Temperaturen ist möglich, es wird jedoch angenommen, daß sich in erhöhtem Ausmaß unerwünschte Vernetzung unter Bildung von Allophanat- und Biuret-Bindungen bildet. Die Biuret-Bindungen treten bis zu gewisser Begrenzung obgleich zu geringem Ausmaß aufgrund der tatsächlich unvermeidlichen Anwesenheit von Spuren von Wasser in dem Polyester und in dem Kettenverlängerungsmittel auf. .Man nimmt an, daß die Allophanat- und Biuret-Bindungen oberhalb 200GC instabil ' ' sind und somit kein besonderes Problem beim Schmelzspinnen darstellen.
Raumtemperatur abgekühlt. Die erhaltene Polymerplatte wird dann zu Flocken der gewünschten Größe gehackt.
Die Flocken werden dann unter einer inerten Atmosphäre (Stickstoff) unter 50°C, beispielsweise bei Zimmertemperatur, mindestens 4, bevorzugt mindestens 20,
Tagen vor dem Spinnen gelagert. Die Lagerstufe verbessert das Spinnverhalten und setzt die Klebrigkeit der Fäden herab. Man nimmt an, daß der Grund für die durch die Lagerstufe herbeigeführte Verbesserung des Spinnverhaltens in der Kettenverlängerungspolymerisation in festem Zustand besteht. Beschleunigte Härtung bei höheren Temperaturen ist möglich, es wird jedoch angenommen, daß sich in erhöhtem Ausmaß unerwünschte Vernetzung unter Bildung von Allophanat- und Biuret-Bindungen bildet. Die Biuret-Bindungen treten bis zu gewisser Begrenzung obgleich zu geringem Ausmaß aufgrund der tatsächlich unvermeidlichen Anwesenheit von Spuren von Wasser in dem Polyester und in dem Kettenverlängerungsmittel auf. .Man nimmt an, daß die Allophanat- und Biuret-Bindungen oberhalb 200GC instabil ' ' sind und somit kein besonderes Problem beim Schmelzspinnen darstellen.
Jedoch verhindert ihre Bildung die Erzielung der gewünschten !maximalen Kettenverlängerung durch Entfernen
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nicht reagierter Isocyanatgruppen, die für die Kettenverlängerung
notwendig sind.
Die erhaltenen Polyurethanflocken mit einem DTA-Schmelzpunkt
von 215°C werden mit Nylon 6 mit einer relativen Viskosität von 28 konjugiert versponnen. Durch Einstellung
der Dosierpumpengeschwindigkeiten werden der Denier und das Verhältnis von Polyurethan zu Nylon wie
unten angegeben, variiert. Das gesponnene Garn wird auf einer Streckzwirnmaschine bei einem Zugverhältnis von
4,05 kaltgestreckt. Das gestreckte Garn wird zu nahtlosen hauchdünnen DamenStrümpfen auf einer Wirkmaschine
mit 2 Zugführungen mit Booton-Nadel 400 gewirkt. Der Strumpf wurde bei 95°C säuregefärbt, bei 115°C geformt
und wie folgt getestet.
Versuch mit vorbestimmter Belastung Die Vorrichtung für den Strumpfwarentest mit vorbestimmter Belastung wird in den Fig. 1 bis 2 erläutert. Die\brrichtung enthält eine fast axial verlängerte Platte 24, die horizontal auf dem Kreuzkopf 26 eines Instron-Zugfestigkeitsprüfgeräts (Bodenmodell) angeordnet ist. Der hochstehende Befestigungsarm 28 ist an einem Ende der Platte 24 angebracht und hält die frei rotierende Leitrolle oder Scheibe 30. Die obere Oberfläche der Rolle 30 ist 125 mm oberhalb der oberen Oberfläche der Platte 24, und die Achse der Rolle 30 ist horizontal. Ein L-förmiger Befestigungsarm 32 ist an dem gegenüberliegenden Ende der Platte 24 durch Schrauben
Versuch mit vorbestimmter Belastung Die Vorrichtung für den Strumpfwarentest mit vorbestimmter Belastung wird in den Fig. 1 bis 2 erläutert. Die\brrichtung enthält eine fast axial verlängerte Platte 24, die horizontal auf dem Kreuzkopf 26 eines Instron-Zugfestigkeitsprüfgeräts (Bodenmodell) angeordnet ist. Der hochstehende Befestigungsarm 28 ist an einem Ende der Platte 24 angebracht und hält die frei rotierende Leitrolle oder Scheibe 30. Die obere Oberfläche der Rolle 30 ist 125 mm oberhalb der oberen Oberfläche der Platte 24, und die Achse der Rolle 30 ist horizontal. Ein L-förmiger Befestigungsarm 32 ist an dem gegenüberliegenden Ende der Platte 24 durch Schrauben
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4 0 9 8 2 0/1023
34 befestigt. Schlitze 36 gestatten die Einstellung des Befestigungsarins 32 in der Richtung der Achse der Platte
24. Ein rechter kreisförmiger Zylinder 38 mit einem äußeren Durchmesser von 127 mm ist auf dem hochstehenden
Teil des Befestigungsarms 32 montiert, wobei die Achse des Zylinders 38 horizontal und tangential zur
oberen Oberfläche der Rolle 30 verläuft. Die vertikale Halterung 40 ist auf der Platte 24 angebracht.
Die Instron-Belastungszelle 42 ist auf einem feststehenden Rahmenbauteil 44 montiert. Das herabhängende
Trägerteil 46 hängt an der Belastungszelle 42, und seine vertikale Achse verläuft koaxial mit der Achse
der Halterung 40. Der Abstand der Achsen der Halterungen 40 und 46 zu der Achse der Rolle 30 beträgt 635 mm.
Die gegenüberliegenden Oberflächen der Halterungen und 46 begrenzen horizontale Ebenen. Die obere Oberfläche
48 der Halterung 40 ist 107 mm oberhalb der oberen Oberfläche der Platte 24. Wenigstens die oberen
30 mm der Halterung 40 ist ein rechter kreisförmiger Zylinder um die Achse des Trägers bzw. der Halterung 40,
wobei der Zylinder einen Durchmesser von 50 mm aufweist.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, erstreckt sich eine rechte kreisförmige zylindrische.Bohrung 50 vollkommen
durch die Halterung 40 längs einer Achse parallel zu der Achse des Zylinders 38. Die Achse der Bohrung 50
ist 10 mm unterhalb der oberen Oberfläche 48 und der
Bohrungsdurchmesser beträgt 14,5 mm. Ein vertikaler ■409820/102 3
Schlitz ist durch die obere Oberfläche 4 8 vorgesehen und steht mit der Bohrung 50 längs der gesamten Länge
der Bohrung 50 in Verbindung. Der Schlitz besitzt eine gleichmäßige Breite von 4,5 mm und verläuft parallel
mit und vertikal zentriert oberhalb der Achse der Bohrung 50. Sämtliche Ränder und Ecken sind genügend abgerundet,
um ein Schneiden oder Fadenziehen des zu testenden Strumpfes zu verhindern. Die unteren 30 mm
der Halterung 46 sind identisch mit den oberen 30 mm der Halterung 40, wobei 'die angrenzenden Teile der
Halterungen 40 und 46 tatsächlich Spiegelbilder voneinander sind. Zwei Stifte 52 von jeweils 176 mm Gesamtlänge
und einem Durchmesser von 12 mm sind auch vorgesehen. Die jeweiligen Enden der Stifte sind halbkugelförmig
und stellen somit Teile von Kugeln von 12 mm Durchmesser dar.
Ein Strumpf 54 wird für den Test in folgender Weise vorbereitet. Ein kugelförmiger Ball 55 mit einem Durchmesser
von 31 mm und der zwischen 18 und 19 g wiegt, wird in die Verse des Strumpfs gebracht. Ein Ende einer
Schnur 56 wird dann um den Strumpf und bündig gegen die Kugel befestigt, so daß die Kugel bündig in einer aus
der Verse gebildeten Tasche gehalten wird, wie in Fig. gezeigt. Das andere Ende der Schnur 56 ist an einem 1 kg-Gewicht
58 befestigt. Stifte 52 werden in den Strumpf 54 gebracht. Während die Schnur 56 auf der Rolle 30
ruht und das Gewicht 58 frei herunterhängt, wird der
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restliche Strumpf gegen die äußere Oberfläche des Zylinders 38 gestreckt und befestigt, beispielsweise
unter Verwendung von doppelseitigem Klebband oder einem starken Gummiband. Die Stellung des Befestigungsarms
wird, falls notwendig, eingestellt, bis das freie Ende des Zylinders 38 sich möglichst nah an 460 mm (nicht
weniger als 310 mm) von der Achse der Halterung 40 befindet, wenn der Mittelpunkt der Kugel zwischen 7,5
und 15 mm von der Achse der Walze entfernt ist. Die Stifte 52 werden dann manuell in die Bohrungen in den
Halterungen 40 und 46 in den in Fig. 2 gezeigten Stellungen angebracht. Der Strumpf wird dann, falls
notwendig, sorgfältig geordnet, so daß gleiche Mengen des Strumpfs auf gegenüberliegenden Seiten der durch
die Achsen der Bohrungen in den Halterungen 40 und 46 bestimmten Ebene angeordnet sind. Der Abstand zwischen
der Kugel 55 und der Rolle 30 wird dann fixiert, beispielsweise indem die Schnur 56 mit der Platte 24 so
befestigt wird, daß die Spannung im Strumpf 54 nicht gestört wird.
Der Test mit vorbestimmter Belastung wird wie folgt durchgeführt. Das Instron-Zuggerät wird so angeordnet,
daß der Kreuzkopf 26 sich mit einer Geschwindigkeit von 50 cm je Minute sowohl in der Aufwärts- als auch
der Abwärtsrichtung bewegt und die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsstreifens wird auf 50 cm je Minute eingestellt.
Der Kreuzkopf 26 wird anfänglich auf die rück-
409820/1023
gestellte Position eingerichtet, in der die gegenüberliegenden Oberflächen der Halterungen 40 und 46 5 nun voneinander
sind. Zu Beginn des ersten Cyclus wird der Kreuzkopf 26 herabgelassen, bis eine Kraft von 500 g
durch die stationäre Belastungszelle 42 ermittel wird und auf dem Instronstreifen registriert wird, wobei zu
diesem Zeitpunkt die Richtung der Kreuzkopfbewegung augenblicklich umgekehrt wird. Die Rückkehr des Kreuzkopf
zu der rückgestellten Position vollendet den ersten Cyclus. Der Registrierstreifen wird vorzugsweise
nach jedem Cyclus verschoben, so daß die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Cyclus getrennt aufgezeichnet
wird, wie in Fig. 8 gezeigt. 15 Sekunden nachdem der Kreuzkopf zu der rückgestellten Position zurückkehrt,
wird ein zweiter Cyclus in der gleichen Weise wie der erste ausgeführt. 15 Sekunden nach Beendigung des
zweiten Cyclus beginnt der dritte Cyclus. Der dritte Cyclus weicht von dem ersten und dem zweiten
Cyclus dahingehend ab, daß, wenn eine Kraft von 500 g aufgezeichnet wird, der Kreuzkopf angehalten wird und
5 Minuten stationär gehalten wird, bevor er zu der rückgestellten Position zur Vollendung des dritten Cyclus
umkehrt. Während der Kreuzkopf angehalten wird, fällt die wahrgenommene Kraft etwa zu einem Punkt 62 ab,
bevor der Kreuzkopf wieder gehoben wird. Der Abstand in Gramm vom Punkt 62 zu der 500 g-Höhe geteilt durch
500 g ergibt den Verlust der 5-minütigen Einstellung als
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Prozentgehalt. Erfindungsgemäß hergestellte Strümpfe werden durch einen so definierten 5-minütigen Einstellungsverlust, von weniger als 45 % und gewöhnlich
weniger als 3O % gekennzeichnet. Die einzigen bekannten Strümpfe mit einem derartig geringen Verlust sind
solche, die aus umhülltem Spandex hergestellt wurden, mit Werten von 31 bis 39 %.
Die nächsten drei Cyclen werden in der gleichen Weise wie die ersten drei mit der Abweichung durchgeführt,
daß eine Belastung von 1000 g anstelle von 500 g als das Signal zur Umkehr des Kreuzkopfes (vierter und
fünfter Cyclus) oder zum Anhalten des Kreuzkopfes (sechster Cyclus) verwendet wird. Sämtliche anderen
Bedingungen sind die gleichen: es gibt stets eine Verzögerung von 15 Sekunden zwischen aufeinanderfolgenden Cyclen (einschließlich zwischen dem dritten und
vierten Cyclus), und der Kreuzkopf wird Während des sechsten Cyclus für einen Zeitraum von 5 Minuten
angehalten und beginnt, wenn die Belastung 1000 g erreicht.
Während die obige. Beschreibung 500 g Spitzenbelastungen für die ersten drei Cyclen und 1000 g Spitzenbelastungen
für die letzten drei Cyclen angibt, können die in Fig. 3 aufgezeichneten Spannungs-Dehnungs-Kurven
aufgezeichnete Spitzenbelastungen von bis zu 50 g höher als die angeführten Werte ohne merkliche Beeinflussung
der Testergebnisse zeigen. Schwankungen inner-
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halb dieses Bereiches werden häufig dadurch verursacht,
daß die Aufzeichnungsfeder sich über den wirklichen Wert aufgrund des Beharrungsvermögens und dergl. hinausbewegt.
Die aufgezeichneten Kurven sind denen in Fig. 2 qualitativ ähnlich, welche die unbelasteten Kurven lediglich
für den sechsten Cyclus für einige Strümpfe wiedergeben. In Fig. 4 stellt die Kurve J einen Strumpf
von Prämienqualität dar, der aus falsch gezwirnten wärmeverfestigtem Nylongarn gewirkt ist; Kurve K
stellt handelsübliche dünne Stretchstrumpfe dar, eine
Marke, die gewöhnlich als Spitzenqualitätsstrumpf angesehen wird und aus konjugierten Fäden von 20 Denier
hergestellt wird. Vermutlich sind diese Fäden eine Kombination von Nylon 66 und einem Copolyamid, in dem
die Spiralkräuselung durch unterschiedliche Schrumpfung der beiden Komponenten entwickelt wird; Kurve L gibt
einen der handelsüblichen dünnen Stützstrümpfe von Prämienqualität und Kurve M ein Beispiel eines erfindungsgemäßen
Strumpfes wieder. Wie aus Fig. 4 ersichtUbh, ist die Spannungs-Dehnungs-Kurve für den
Fall M beträchtlich weniger scharf gekrümmt als für die anderen Strümpfe. Die Strümpfe der Erfindung liefern
somit eine Kompressionskraft innerhalb eines gegebenen Bereichs (beispielsweise eine Kraft zwischen 100 und
500 g) über einen viel größeren Dehnungsbereich als
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die anderen Strümpfe. Das bedeutet, daß die erfindungsgemäßen Strümpfe enger die gleiche Kompressionskraft
auf einen weiteren Bereich von Beingrößen als andere bekannten Strümpfe ausüben können und daß somit weniger
Größen gewirkt werden müssen, um dem vollen Bereich der Beingrößen angepaßt zu sein. Ein weiterer wesentlicher
Vorteil besteht darin, daß die Kompressionskraft auf einem gegebenen Bein enger konstant und gleichmäßig
bleibt wenn sich das Bein biegt, so daß dadurch eine größere Bequemlichkeit für den Träger vermittelt
wird.
Die mit dem erfindungsgemäßen Faden hergestellten Strümpfe unterscheiden sich ferner leicht von bekannten
Strümpfen aufgrund von Daten, die sich aus dem sechsten Cyclus der Entlastungskurve wie folgt ableiten. Die
Gesamtdehnung S, d.h. die Kreuzkopfbewegung in Zentimeter, die erforderlich ist, um eine Belastung von
ICXX) g zu erreichen, wird registriert wie die Kraft der Belastung L in Gramm auf der Entlastungskurve, wenn
50 % der erteilten Dehnung wieder zurückgewonnen sind (d.h., wenn die Dehnung S/2 beträgt). Der unterscheidende Parameter, der Index der Gleichmäßigkeit der Kompressionskraft
(oder CFU-Index) wird als LS/2 definiert. Der Strumpf M hatte somit eine Gesamtdehnung L von
6,2 cm und die Belastung L bei 3,1 cm auf der Entlastungskurve betrug 180. Der CFU-Index für den Strumpf M ist
daher -*— _ ^ ^^ ^^ entsprechenden CFU-
409820/1023 τ 36-
Indizes für die restlichen Strümpfe in Fig. 3 sind wie folgt: Strumpf J 212 gern; Strumpf K 174 gem und
Strumpf L 218 gem.
Die mit dem erfindungsgemäßen Faden hergestellten Strumpfwaren werden durch CFU-Indizes oberhalb von
275 gern gekennzeichnet. Sämtliche bekannten Strümpfe besitzen CFU-Indizes unterhalb dieses Wertes, ganz
gleich wie sie aufgebaut sind. Werte von 330 gem und
oberhalb sind besonders vorteilhaft. Die von den erfindungsgemäßen Strümpfen erreichten höheren Werte
stimmen mit beobachtetem gesteigerten Komfort oder erhöhter Bequemlichkeit für den Träger und der beobachteten
Fähigkeit der Strümpfe über einen größeren Bereich von Strumpfgrößen, richtig zu passen, überein,
während sie Kompressionskräfte über einen gegebenen Bereich ergeben.
Es ist klar, daß die Kurve M lediglich eine einer großen Zahl möglicher Kurven gemäß der Erfindung darstellt.
Die genaue Kurve für einen Strumpf hängt vom Garndenier, dem Prozentgehalt an Urethan, der gewirkten
Maschengröße, der Formgebungstemperatur und dergl. ab. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Herstellung
von Strümpfen mit vorbestimmten gewünschten Eigenschaften, die bei bisherigen Strümpfen nicht
erreichbar waren.
Tabelle II gibt den mittleren Verlust der 5-minütigen Einstellung und die mittleren CFU-Indexwerte für ver-
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409820/1023
schiedene "dünne Stützstrümpfe" wieder, die jetzt
im Handel erhältlich sind.
Versuchs objekt |
Mittlerer CFU-Index |
Verlust 5-minü- tiger Ein |
stellung | ||
D | 106 | 39 % |
L | 178 | 32 % |
LL | 221 | 31 % |
Tabelle III gibt den Verlust der 5-minütigen Einstellung und die mittleren CFü-Indexwerte für die
bei K in Fig. 4 gezeigten im Handel erhältlichen konjugierten Strümpfe wieder, wobei sich 10 verschiedene
Strukturen gemäß Beispiel 1 anschließen. Diese unterscheiden sich hinsichtlich des Deniers, des Prozentgehalts
an Polyurethan und der Wirkgröße wie angegeben.
% Knie- mittlerer mittlerer
Urethan größe CFU-Index Verlust
Versuchs | N | Denier |
objekt | 0 | |
K+ | P | 20 . |
Test | Q | 20 |
Test | R | 20 |
Test | S | 20 |
Test | T | 26 |
Test | 26 | |
Test | 26 | |
Test | 26 | |
cm (inch-) | 166 | 5-minüti ger Ein stellung |
|
0 | 31,8(12,5) | 330 | 43 |
50 | 27,9(11,0) | 480 | 29 |
50 | 34,3(13,5) | 366 | 27 |
50 | 36,8(14,5) | 523 | 32 |
50 | 34,3(13,5) | 330 | 26 |
50 | 27,9(11,0) | 459 | 30 |
50 | 35,5(14,0). | 317 | 27 |
35 | 35,5(14,0) | 29 | |
-38 - | |||
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Test U | 26 | 65 |
Test V | 32 | 50 |
Test W | 32 | 50 |
+ .. |
35,5(14,0) 449 27 34,5(13,5) 577 25 27,9(11,0) 343 27
Versuchsobjekt K ist texturiertes Cäntrece-Nylon-Strumpfwarengarn
(15 Denier) von du Pont. Die anderen Garne sind solche, die aus den erfindungsgemäßen
Fäden hergestellt sind. Die Garne wurden auf einer Booton-Wirkmaschine mit 2 Zuführungen (400 Nadeln)
gewirkt. Die Strumpfgrößen sind in Tabelle III angegeben .
Bei dem letzten Versuchsobjekt wurde nur ein einziger Strumpf getestet.
Die Kniegrößen in Tabelle III wurden wie folgt bestimmt. Zwei Stahlscheiben von 7,6 cm Durchmesser und 6,3 mm
Stärke werden nebeneinander angeordnet, wobei gegenüberliegende ebene Flächen vertikal verlaufen und sich
nahezu berühren. Der Strumpf wird über die Scheiben gestreift, bis die Scheiben im Knieteil des Strumpfs
sind, wobei der Strumpf horizontal verläuft. Eine Scheibe wird stationär gehalten, während die andere
Scheibe vertikal in ihrer Ebene durch Anwendung einer Kraft von 4,5 kg bewegt wird. Nach 5 Sekunden wird der
Abstand (in Zentimeter) zwischen den Mittelpunkten der Scheiben gemessen. Dieser Abstand plus 7,6 cm ist die
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Kniegröße. In der Praxis kann die stationäre Scheibe auf einem Ende eines horizontalen stationären Arms von
38 cmr der in der Ebene der Scheibe liegt, angebracht
werden. Die bewegliche Scheibe wird auf einem Ende eines Arms von 76 cm angebracht, dessen Mittelpunkt an
dem anderen Ende des stationären Arms drehbar gelagert ist. Ein Gewicht von 4,5 kg wird dann an das entgegengesetzte
Ende des angelenkten Arms gehängt. Die Vorrichtung ähnelt somit im allgemeinen einer Schere.
Prüfung des mittleren Moduls
Garnproben wurden während sie einer Vorspannung von 0,0012 g je Denier ausgesetzt waren, einem gesättigten
Dampf bei Atmosphärendruck während 1 Minute unterworfen. Die Proben wurden dann, während sie noch für
einen Zeitraum von 24 Stunden unter der Vorspannung waren, in einem bei einer Temperatur von 23°C und
einer relativen Feuchtigkeit von 72 % gehaltenen Raum aufgehangen. Jede Garnprobe wurde dann in einem Instron-Zugprüfgerät,
Modell TTC MMI, wie folgt geprüft. Ein Ende des Garns wird in der obeBen Halterung des Instron-Gerätes
befestigt. Der obere Rand der unteren Instron-Halterung befand sich in der Rückstellposition 10,0 cm
unterhalb des unteren Randes von der oberen Halterung entfernt. Die Länge betrug somit 10,0 cm. Die untere
Halterung wurde auf einem Zwischenteil des Garns befestigt, während das Vorspannungsgewicht von dem unteren
Ende des Garns herunterhing. Das Instron-Gerät wurde so
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eingestellt, daß die Kreuzkopfgeschwindigkeit 10 cm/min
und die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsstreifens 50 cm/min betrug. Der Kreuzkopf wurde dann herabgesenkt,
bis eine Spannung von 0,5 g je Denier erhalten wurde, wobei zu diesem Zeitpunkt der Kreuzkopf zu der Rückstellposition
bei der gleichen Geschwindigkeit, d.h. 10 cm/min rückgeführt wurde. Auf den sich ergebenden
Belastungskurven der Registrierstreifen werden die Meßlängen oäer Probenlängen aufgezeichnet, wo die
Spannung gleich 0,1 und 0,5 g je Denier ist. Die Ergebnisse dieses Tests sind wie folgt, wobei die Meßlängen
in Zentimeter wiedergegeben sind.
Probe | Denier | und | 50 % | Länge | Länge | Erhöhung | mittlerer |
% Polyure than |
50 % | bei Or,l cm |
bei 0,5 cm |
der Län ge % |
Modul | ||
1 | 40 | 50 % | 18,6 | 22,8 | 21 | 1,9 | |
2 | 15 | 50 % | 23,0 | 28,2 | 23 | 1,8 | |
3 | 32 | 60 % | 30,6 | 37,6 | 23 | 1,7 | |
4 | 20 | 60 % | 26,4 | 35,6 | 35 | 1,2 | |
5 | 32 | 40 % | 24,8 | 33,2 | 34 | 1,2 | |
6 | 18 | 65 % | 29,8 | 38,6 | 29 | 1,4 | |
7 | 18 | 35 % | 17,4 | 20,4 | 17 | 2,3 | |
8 | 28 | 40 % | 27,8 | 39,4 | 42 | 1,0 | |
9 | 28 | 50 % | 15,8 | 17,4 | 11 | 3,7 | |
10 | 15 | 0 % | 22,8 | 27,2 | 19 | 2,1 | |
11 | 26 | 0 % | 25,2 | 32,6 | 23 | 1,4 | |
12 | 15 | 0 % | 12,0 | 12,9 | 7,6 | 5,2 | |
13 | 15 | 0 % | 16,5 | 17,3 | 5 | 8,0 | |
14 | 15 | 13,1 | 13,6 | 4 | 10,0 | ||
15 | 21 | 20,6 | 22,3 | 8,4 | 4,8 |
409820/1023 - 41 -
In Tabelle IV wurden die Proben 1 bis 11 gemäß dem vorliegenden Beispiel 1 hergestellt und mit einem
Ziehverhältnis von 4,0 vor der Dampfbehandlung kaltgestreckt. Sämtliche Proben waren Monofäden mit Ausnahme
der Proben 1, 14 und 15, die jeweils drei Fäden hatten. Probe 12 war ein handelsübliches Pol^ramidkonjugat
von 15 Denier, das dem Garn im obigen Strumpf K ähnlich war. Die Proben 13 und 14 waren handelsübliche
randgekräuselte Polyamidgarne, die aus einem Nylon 66-Monofaden mit einem Nominaldenier von 20 hergestellt
wurden, der durch Wärme spiralförmig gekräuselt wurde und einer mechanischen Deformationsbehandlung
unterlag. Probe 15 war ein handelsübliches falschgezwirntes wärmeverfestigtes Nylon 66-Garn.
Der mittlere Modul wird als die 100-fache Kraft in Gramm je Denier, die notwendig ist, um die Garnprobe
von einer Spannung von 0,1 g je Denier auf eine Spannung von 0,5 g je Denier zu dehnen, geteilt durch
den Prozentgehalt, um den die Probenlänge vergrößert wird, definiert. Da die erforderliche Kraftveränderung
0,4 g je Denier beträgt, teilt man somit 40 durch den prozentualen Längenanstieg. Beispielsweise wird der
mittlere Modul für Probe 1 berechnet, indem 40 (ein konstanter Faktor) durch 21 (den prozentualen Anstieg
der Länge) geteilt wird, um einen mittleren Modul von 1,9 zu ergeben. Garne gemäß der Erfindung sind durch
einen mittleren Modul von weniger als 3,0 gekennzeichnet, wobei überlegene Garne einen mittleren Modul von
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weniger als 2,5 besitzen. Insbesondere bevorzugt sind solche Garne mit einem mittleren Modul von weniger
als 2,0.
Die Bedeutung der niedrigeren mittleren Modulwerte, die gemäß der Erfindung erreicht werden, besteht darin,
daß Garne mit niedrigen mittleren Modulwerten eine Kraft innerhalb des günstigen Bereiches (0,1 bis 0,5 g
je Denier) über einen größeren Streckbereich ausüben. Das bedeutet, daß aus derartigem Garn gewirkte Strümpfe
entsprechend höhere Indizes Ssr Kompressionskraftgleichmäßigkeit ergeben und folglich eine bessere
Stütze über einen weiteren Bereich von Beingrößen ergeben.
Das gemäß obigem Beispiel 1 hergestellte Polyurethan wird mit dem in Beispiel 1 der US-PS 2 777 830 beschriebenen
Polyester konjugiert schmelzversponnen. Die Spinnbedingungen waren wie folgt: Schmelzextruderauslaßtemperatur
Polyester 246°C
Polyurethan 211°C
Spinnblocktemperatur 244°C
Verhältnis von Polyester zu Polyurethan 1:1 Durchmesser der Kapillaröffnung 635 u
Spinngeschwindigkeit 300 UpM
gesponnenes Denier je Faden 102
% Appretur auf dem Garn 3,7
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Das gesponnene Garn wurde dann behandelt, um den Polyesteranteil gemäß der US-PS 2 777 830 säureanfärbbar
zu machen und wurde dann mit einem Ziehverhältnis von 3f55 heißgestreckt. Die Strecktemperatur betrug
95°C. Das erhaltene Garn besaß folgende gemessene mittlere Garneigenschaften.'
Denier 29,3
Zähigkeit 3,84 g/Denier
Dehnung 41,9 %
% Bauschung 69,4 %
Schrumpfung 16,3 %
Andere Zusätze, die sich zum Saureanfärbbarmachen von Polyestern und anderen harten Fasern eignen, sind
in Man-Made Fibers Science and Technology (1968) John Wiley and Sons, herausgegeben von Mark et al,
Band 3, Seiten 21 bis 81 beschrieben, Garne mit einer Bruchfestigkeit unterhalb von 65 g
sind zu zerbrechlich, um brauchbare Strümpfe zu ergeben« Zur Erzielung vernünftiger Haltbarkeit und Beständigkait
ge- "inüber Ziehfäden und Laufmaschen sollte das Garn eine Bruchfestigkeit von wenigstens 65 g und
bevorzugt 70 g oder mehr besitzen. Diese Wirkung ergibt sich durch die folgenden Abnutzungstests.
Ein erstes Garn wurde gemäß obigem Beispiel 1 hergestellt, bei einem Ziehverhältnis von 4,0 kaltgestreckt,
wobei ein Garn mit 26 Denier mit einer Bruchfestigkeit von 91 g erhalten wurde. Zwei a>
lere Garne wurden wie
- 44 -
409820/ 1 023
in Beispiel 1, jedoch mit der Abweichung hergestellt,
daß die Po1ymerdosierpumpen hinsichtlich der Geschwindigkeit
herabgesetzt wurden, um die gesponnenen Denierwerte auf 80 bzw. 72 zu vermindern. Diese letzteren
beiden Garne wurden auch bei einem Ziehverhältnis von 4,0 kaltgestreckt, wobei Garne mit Bruchfestigkeiten
von 70 bzw. 63 g erhalten wurden. Die drei Garne wurden zu Damenstrumpfhosen gewirkt und an ein
Testkremium für Modelle zur Abnutzungsprüfung verteilt. Die Hälfte der Strumpfwaren versagte nach der
im folgenden angegebenen Anzahl von Tagen.
Garnbruch festigkeit |
Gesamtanzahl der Kleidungsstücke |
Tage igen |
bis zum 50 %- Versagen |
91 g | 40 | 10 Tage | |
70 g | 31 | 5 Tage | |
63 g | 27 | 2 Tage |
Jedes der Garne in dem obigen Abnutzungs- bzw. Tragetest enthielt 50 Vol.-% Polyurethan. Bei einer fegebenen
Garnbruchfestigkeit ist es manchmal möglich, die Beständigkeit etwas zu verbessern, indem die Polyurethanmenge
in Bezug auf die harte Faser erhöht wird, obgleich dies nicht praktisch aufgrund der erhöhten
Kosten der Materialien ist. Somit dauerte es bei Strümpfen, die aus einem 20 Deniergarn gewirkt worden
waren, welches 60 % Polyurethan enthielt, wobei das Garn bei einem Ziehverhältnis von 4,0 kaltgestreckt
worden war und eine Bruchfestigkeit von 61 g besaß,
409820/1023 -45-
drei Tage, bis der Strumpf zur Hälfte versagt hatte. Die Kosten der Materialien in diesem Garn sind erheblich
höher als in dem obigen Garn mit einer Bruchfestigkeit von 70 g.
Der Ausgangsmodul
Der Ausgangsmodul
Gestreckte und freigegebene Garne, die aus den erfindungsgemäßen Fäden hergestellt wurden, sind bei
geringen angewendeten Kräften äußerst dehnbar, was durch die Längen bei 0,1 g je Denier (Tabelle IV)
im Vergleich zu den Längen bei 0,0012 g je Denier (10 cm) sichtbar wird. Die Bestimmung eines genauen
Ausgangsmoduls für ein derartiges Garn ist schwierig, weil ein geringfügiger Fehler in der Vorbelastungsspannung eine wesentliche Veränderung der anfänglichen
Länge verursachen kann.
Jedoch ist der Ausgangsmodul bei einer Vorbelastungsspannung von 0,0012 g je Denier in typischer Heise
0,001 g je Denier oder weniger.
Der Ausgangsmodul von gestreckten, jedoch nicht freigegebenen Garnen wird nach dem in der britischen Patentschrift 1 095 147 vorgeschlagenen Verfahren wie
folgt bestimmt. Eine 5 cm-Testlänge eines Fadens,
so wie er gesponnen ist (gesponnener Denier 104) wird zwischen die Klemmbacken des Instron-Zugprüfgerätes
eingeführt und zu einem Ziehverhältnis von 5,0 ndt
einer Geschwindigkeit von 1000 % je Minute gedehnt. Der Kreuzkopf wird augenblicklich in die Rückstell-
- 46 -409820/1023
position mit der gleichen Kreuzkopfgeschwindigkeit zurückgeführt. Die von dem Gerät aufgezeichnete Belastung
nahm rasch ab, wurde bei einer Länge von 12,2 cm °, was als ein Maß der Fadenlänge bei entfernter
Kräuselung verwendet wurde, wie durch die britische Patentschrift 1 095 147 vorgeschlagen. Der Denier
wäre dann oder 42,6. Nachdem der Kreuzkopf
in die Rückstellposition (5 cm Länge) rückgeführt worden war, wurde er unmittelbar wieder mit der
gleichen Geschwindigkeit herabgesenkt, um eine zweite Belastungskurve zu erzeugen. Der Ausgangsmodul wird
aus der zweiten Belastungskurve wie folgt berechnet. Die Kraft in Gramm, die zur Dehnung des Garns um
weitere 1 % über eine Länge von 12,2 cm hinaus erfor derlich ist, wird von dem Registrierstreifen abgelesen,
wobei dieser Wert bei 0,015 g geschätzt wird. Der Ausgangsmodul ist dann das 100-fache der erforderlichen
Kraft, geteilt durch den Denier oder l. Für diese spezielle Probe ist der so definierte Auegangsmodul 0,035 g/Denier/100 % Dehnung. Die Länge ist,
wenn die Belastung auf 0 zurückgeht, bei verschiedenen Garnproben etwas variable. Jedoch sind die Anfangsmodulen für Garne, die gemäß dem vorliegenden Beispiel
1 hergestellt wurden, sämtlich geringer als etwa 0,1»
wenn sie nach dem obigen Verfahren getestet wurden.
- 47 409820/1023
Claims (3)
- Patentansprüche :[l.JIn Längsrichtung gekräuselte, konjugierte Zweikomponenten-Fäden bzw. -Pasern, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Komponente der Fäden bzw. Fasern ein säurefärbbares hartes Polymeres und die andere Komponente ein gealtertes elastomeres Polyurethan ist, das Säurefarbstoffen widersteht, und daß die beiden Komponenten in Längsrichtung der Fäden bzw. Fasern nebeneinander angeordnet sind.
- 2. Konjugiertes Garn, dadurch gekennzeichnet, daß es einen mittleren Modul von weniger als 3,9 aufweist und aus Fäden bzw. Fasern gemäß Anspruch 1 besteht.
- 3. Verfahren zur Herstellung von Fäden' bzw. Fasern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß(a) ein schmelzspinnbares, faserbildendes elastomeres Polyurethan, das Säurefarbstoffen widersteht, hergestellt wird, indem miteinander umgesetzt werden(1) ein Polyäther oder Polyester mit einem Molekulargewicht von ROO bis 3000,(2) 4,6 bis 8,8 Mol eines aromatischen Diisocyanates pro Mol Polyäther oder Polyester, wobei das• - 48 -409820/1023Dllsocyanat - bei seiner Umsetzung mit Wasser ein Reaktionsprodukt mit einem pH von mindestens 8 ergibt, und(3) eine ausreichende Menge eines Glykols mit einem Molekulargewicht von weniger als 500, um ein NCO/OH-Verhältnis von 1,01 bis 1,0'» zu schaffen,(b) das Polymere mindestens 5 Tage bei einer Temperatur unterhalb von 50 C gelagert wird und(c) das Polyurethan konjugiert mit einem schmelzspinnbaren säurefärbbaren harten Polymeren unter Bildung eines nebeneinander verlaufenden konjugierten Zweikomponenten-Fadens schmelzgesponnen wird.409820/1023Leerseite
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