DE2322600C3 - Polyester-Bikomponentengarne vom Seite-an-Seite-Typ und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Polyester-Bikomponentengarne vom Seite-an-Seite-Typ und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE2322600C3 DE2322600A DE2322600A DE2322600C3 DE 2322600 C3 DE2322600 C3 DE 2322600C3 DE 2322600 A DE2322600 A DE 2322600A DE 2322600 A DE2322600 A DE 2322600A DE 2322600 C3 DE2322600 C3 DE 2322600C3
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Description

45
Die vorliegende Erfindung betrifft Kräuselgarne aus Polyester-Bikomponentenfilamenten vom Seite-an-Seite-Typ, wobei die beiden Polyesterkomponenten verschiedene Schrumpfungseigenschaften und verschiedenes Verhalten gegen verschiedene mechanische Behandlungen und Wärmebehandlungen nach dem Verstrecken aufweisen.
Elastische Kräuselgarne auf der Basis von Polymeren wurden bereits nach mechanischen Verfahren oder anderen Verfahren, wie beispielsweise durch Vereinigung von zwei in entgegengesetzter Richtung gedrehten Garnen oder durch Hochdrehen, Fixieren und anschließendes Zurückdrehen eines mehrfädigen Garnes, erhalten.
Mehrkomponentengarne, die durch Extrudieren von zumindest zwei Polymeren gleicher oder verschiedener Art mit verschiedenen Schrumpfungsvermögen durch ein und dieselbe öffnung der Spinndüse erhalten sind und eine latente Kräuselung aufweisen, die während späterer Behandlungen entwickelt werden kann, haben ebenfalls eine erhebliche Entwicklung erfahren.
Auf dem Gebiet der Polyestergarne, die aus nur einem Polymeren bestehen und durch übliche Verfahren, wie beispielsweise Kantenkräuselverfahren oder Falschdrall, gekräuselt sind, waren die erhaltenen Ergebnisse niemals sehr zufriedenstellend, da die Kräuselung und Elastizität infolge eines Kriechens des MateriaTs unter der Einwirkung von Spannungen, denen die Garne im Verlaufe der Herstellung der Endprodukte, wie beispielsweise von Geweben und Maschenwaren, oder auch im Verlaufe des Gebrauchs dieser Produkte ausgesetzt sind, verschwinden.
Man hat deshalb bereits vorgeschlagen, Mehrkomponentenkräuselgarne herzustellen, die aus einem Homopolyester und einem Copolyester bestehen, die aus Disäuren, von denen zumindest eine den beiden Polymeren gemeinsam ist, und einem Diol und einem oder mehreren Triolen stammen. In der US-Patentschrift 34 54 460 ist beispielsweise eine Mehrkomponentenpolyesterfaser beschrieben, die einerseits aus PoIymethylenglykolterephthalat und andererseits aus einem Copolymeren des gleichen Polymethylenglykolterephthaiats und eines Terephthaiats eines anderen Diols oder eines Polymethylenglykolisophthalats gebildet ist
In der französischen Patentschrift 14 86 035 und der japanischen Patentanmeldung JP 25 372/69 (Derwent Jap. Pat. Rep. 1969, Nr. 43) ist eine Mehrkomponentenpolyesterfaser beschrieben, die einerseits aus Polyäthylenterephthalat untf andererseits diesem gleichen Polyäthylenterephthalat, vernetzt mit Trimethylolpropan, besteht Die aus diesen Fasern erhaltenen Materialien sind bei Dauerbeanspruchung nicht zufriedenstellend.
In der französischen Patentschrift 14 42 768 ist ein Mehrkomponentengarn beschrieben, das eine schraubenförmige Kräuselung entwickeln kann und gegen Wärme und Deformation beständig ist Unter den Bestandteilen findet man Polyäthylenterephthalat und Polytetramethylenterephthalat
Schließlich sind aus der japanischen Patentanmeldung JP 27 485/69 (Derwent Jap. Pat Xep. 1969, Nr. 46) Bikomponentenfaden bekannt, die zu mindestens 80% aus Polyäthylenterephthalat und zu mindestens 20% aus einem Polyetherester bestehen.
Alle diese Garne sind, obgleich sie zeitlich beständigere Elastizitätseigenschaften als die der auf üblichem mechanischem Wege texturierten Garne haben, noch nicht vollständig zufriedenstellend.
Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Entwicklung von Polyester-Bikomponentengarnen mit überlegener Dauerhaftigkeit der Kräuselung und mit hervorragenden Elastizitätseigenschaften.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 3 gekennzeichnete Erfindung gelöst
In den erfindungsgemäßen Bikomponentengarnen sollte das Polyäthylenglykolterephthalat vorzugsweise eine Viskositätszahl IV (wie sie später definiert wird), die zwischen 450 und 800 liegt, und eine Schmelzviskosität VF zwischen 800 und 2500 P bei 2900C haben, und das vernetzte Polybutandiolterephthalat sollte vorzugsweise eine Yiskositätszah! zwischen 1000 und 1500 und eine Schmelzviskosität zwischen 3500 und 5500 P bei 2600C haben.
Der während der Polykondensation eingebrachte Mengenanteil an Trimethylolpropan liegt vorzugsweise zwischen 0,20 und 0,60 Mol-%, bezogen auf die Terephthalsäure, und zumeist zwischen 03 und 0,4 Mol-%.
Diese beiden Bestandteile sind in dem einzelnen
Filament nebeneinander über die gesamte Länge des s Filaments angeordnet Ein solches Filament bzw. Filamentgarn wird im folgenden Text mit dem Ausdruck »bilamellig« bezeichnet. Die Mengenanteiie von jedem der Bestandteile des Einzelfadens, die durch die Fördermenge der Dosierpumpen bestimmt werden, liegen zumeist bei etwa 50%. Die Kohäsion zwischen den beiden Polymeren ist ausgezeichnet Es kann keine Diskontinuität bei mikroskopischen Prüfungen, selbst Phasenkontrastprüfungen und Prüfungen mit polarisiertem Licht, festgestellt werden.
Die Kräuselung des Garns ist schraubenförmig und sehr regelmäßig und weist im Gegensatz zu bekannten bilamelligen Polyestergarnen kein Kriechen auf. Sie hat eine gute Dauerhaftigkeit gegenüber mechanischen Wirkungen, wie beispielsweise Belastungen und Entlastungen oder Nachverstreckungen, gefolgt von Wärmeeinwirkungen, wie beispielsweise Trocken- oder Naßfixieren.
Die erfindungsgemäßen neuen Bikomponentengarne können bei der Herstellung von Geweben, Maschenwaren und Teppichen verwendet werden, doch sind sie auf dem Gebiet der Strumpfwaren von besonderem Interesse, auf dem sie ermöglichen, Erzeugnisse herzustellen, die gute Trageigenschaften besitzen, da sie nach zahlreichen, aufeinanderfolgenden Dehnungsbeanspruchungen ihre Kräuselung beibehalten.
Das Verfahren zur Herstellung bilamelliger Bikomponentengarne ist an sich bekannt Die beiden verwendeten trockenen Polymeren werden in Schmelz-Vorrichtungen oder Extrudern bei einer Temperatur zwischen 275 und 300r'C für das Polyäthylenglykolterephthalat und zwischen 255 und 265° C für das vernetzte Polybutandiolterephthalat getrennt geschmolzen. Sie werden gesondert durch Dosierpumpen zugemessen, die sie in eine Spinnanlage zum Spinnen mit zwei Bestandteilen führen. Die beiden Polymeren werden zusammen in der gleichen Kapillare extrudiert, deren Wandung auf eine Temperatur zwischen 260 und 285° C gebracht ist.
Diese Kapillaren können beispielsweise einen Durchmesser zwischen 0,20 und 0,65 mm haben. Ihre Anzahl ist nicht begrenzt, was ermöglicht, einen sehr großen Bereich von Titern zu erhalten. Die Spinngeschwindigkeit beträgt beispielsweise zwischen 300 und 1700 m/ min. Das gebildete Garn wird mittels eines Luftstroms abgekühlt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Garn anschließend auf eineii Grad von im allgemeinen '■■■/ zwischen 2 und 4 nach den verschiedenen bekannten, üblichen oder integrierten Verfahren, beispielsweise über einem erhitzten Streckstift oder auf einer : Heizrolle, mit Geschwindigkeiten, die von 200 bis 3000 m/min betragen können, verstreckt.
Das erhaltene Garn hat eine schraubenförmige Kräuselung, die charakteristisch für Garne mit zwei nebeneinander angeordneten Bestandteilen ist.
Es ist besonders bemerkenswert, daß diese Kräuselung ohne ein Entwicklungsverfahren erhalten wird.
Die Gesamtheit der Eigenschaften dieses Garns und insbesondere die Dauerhaftigkeit der Kräuselung und der Elastizität sind besser als die Eigenschaften von bereits bekannten Garnen dieser Art
Es ist möglich, die Eigenschaften dieser Kräuselung durch Veränderung der Verstreckungsbedingungen und &5 auch der späteren Behandii.-ngen, wie beispielsweise Nachverstrecken, Fixierungsv/ärmebehandlungen unter Spannung oder in entspanntem Zustand oder Behandlung in siedendem Wasser in freiem Zustand, zu variieren.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
In diesen Beispielen wird die Viskositätszahl JV aus der Viskosität in Lösung, gemessen bei 25° C mit einer Lesung des Polymeren in Orthochlorphenol mit 1 Gew.-% je Volumen, mittels der Formel
spezifische Viskosität Konzentration
1000,
in der die Konzentration in g/100 ml ausgedrückt ist, bestimmt
Die Schmelzviskosität des Polymeren, ausgedrückt in P, ist mittels eines Davenport-Extrusionsplastometers bestimmt
Die Ausdehnbarkeit ist durch die Beziehung
E% =
L-J
1
100
gegeben, in der L die Länge des unter einer Spannung von 225 mg/dtex entkräuselten Garns bedeutet und /die Länge des gekräuselten Gams ohne Spannung darstellt Aus dem Kraft-Dehnungs-Diagramm, das für das Intervall / bis L aufgenommen ist kann man auf der Ordinate die Halbentkräuselungs- und Halbrückkräuselungskräfte für
E%
aufgetragen auf der Abszisse, ablesen.
Die Kräuselung ist in Anzahl Halbwellen je cm entkräuselter Faser ausgedrückt.
Die Kurve der Dauerhaftigkeit der Kräuselung wird in folgender Weise ermittelt:
Der gekräuselte Faden wird Deformationen (Dehnung) oberhalb des Schwellwertes der Ausdehnung unterworfen;
die Deformation erfolgt in aufeinanderfolgenden Dehnungsvorgängen, wobei der Faden am Ende eines jeden Vorganges auf seine ursprüngliche Länge zurückgeführt wird;
die permanente Deformation gegenüber der ursprünglichen Länge zu Beginn eines jeden Dehnungsvorganges stellt die permanente, durch den vorhergehenden Vorgang verursachte Deformation dar. Dieser Wert ist auf die ursprüngliche Länge bezogen.
Die Dehnungsgeschwindigkeit beträgt 10% der Anfangslänge der gekräuselten Probe je Minute, und die Zyklen folgen ohne Pause bis zum Bruch aufeinander.
Bei den F i g. 1 und 2 sind die Fehler bis 1 % nicht signifikant.
In den folgenden B_ispielen wurden die Messungen an Fäden vorgenommen, die 24 Stunden bei einer relativen Feuchtigkeit von 65 und 220C konditioniert wurden.
Beispiel 1
In einer Apparatur zum Spinnen von bilamelligen Eikomponentengarnen durch Schmelzen von Polymeren schmilzt man gesondert Polyäthylenglykolterephthalat (/V- 770, VF= 2400 bei 290°C) bei 3000C und mit 0,4 Mol-% Trimethylolpropan-vernetztes
Poiybutandiolterephthalat(7V = 1200, VF = 4900 P bei 2600C) bei 256° C. Die beiden geschmolzenen Polymeren werden in eine Heizeinrichtung von 285° C und dann in eine Spinndüse mit 32 öffnungen geführt, deren Kapillaren einen Durchmesser von 034 mm haben. Die Spinngeschwindigkeit beträgt 1250 m/min. Dieses Garn wird auf einer Rolle bei 85eC verstreckt und über eine Platte von 170° C geführt und mit 630 m/min aufgewikkelt. Der Verstreckungsgrad beträgt 2,81.
Ein anderes bilamelliges Bikomponentengarn wird unter den gleichen Bedingungen mit Polyäthylenglykoiterephthalat und nichtversetztem Polybutandiolterephthalat hergestellt.
Die Eigenschaften dieser beiden Garne vor und nach 5minütiger Behandlung in freiem Zustand in siedendem Wasser nach fortschreitender Erhöhung der Temperatur sind die folgenden:
10
15 Trimethylolpropan vemetztes Polybutandiolterephthalat (IV" 1200, VF" 4900 bei 260° C) oder nichtvernetztes Polybutandiolterephthalat (IV" 1105, VF - 4200 P bei 260° C) ist Diese beiden Garne werden nach dem Verstrecken einer Entspannung bei 1200C an feuchter Luft unterzogen. Die Aufwickelgeschwindigkeit nach der Entspannung beträgt 300 m/min für das vernetzte Bikomponentengarn und 200 m/min für das nichtvernetzte Bikomponentengarn.
Diese unterschiedlichen Geschwindigkeiten ermöglichen, für die beiden Garne einen gleichen Entspannungsgrad zu erhalten. Das Aufwickeln des Bikomponentengarns, von welchem einer der Bestandteile vernetzt ist, mit höherer Geschwindigkeit ist ein wesentlicher Vorteil, der diesem letzteren zuzuschreiben ist.
In der nachfolgenden Tabelle II sind die erhaltenen Ergebnisse zusammengestellt, die die Eigenschaften
Tabelle I nicht r nichl mit siedendem jehandeltes 20 dieser Garne zeigen: nicht r nicht mit siedendem
Eigenschaften ver Wasser t Tabelle II ver Wasser
mit sie- netzt Garn netzt Garn
dendem Was nicht Eigenschaften
ser behandel 78.3 ver ver nit sie- 79,4 ver
tes Garn 32,8 netzt netzt 25 dendem Was 31,5 netzt
ver 7,3 ser behandel 10,8
netzt 0 - tes Garn 0
- - ver —
Titer in dtex 0 - - 30 netzt 0 -
Festigkeit in g/tex 79,3 - 3,8 -
Dehnung in % 32,9 0 18,9 Titer in dtex 0 21,3
Halbentkrüuse- 9,3 2,10 3,2 Festigkeit in g/tex 80,6 3,55
lungskmft in mg/tex 4,03 14,3 35 Dehnung in % 35,6 16,8
Halbrückkräuse- 56,1 Halbentkräuse- 15,2
lungskraft in mg/tex 13,8 227,1 5,05 lungskraft in mg/tex 10,7 224,6
Ausdehnbarkeit in % 10,04 Halbrückkräuse- 9,9
Kräuselung in 167 Kurve 2 lungskraft in mg/tex 9,6
Halbwellen je cm 5,14 Kurve 1 40 Ausdehnbarkeit in % Kurvet
Dauerhaftigkeit der Kräuselung in 43,8
Kräuselung Fig. 1 eindeutige Halbwellen je cm 9,75 behandeltes
Werte zeigen die Dauerhaftigkeit der
Alle angegebenen 45 Kräuselung Fig. 1
nicht
ver
netzt
—
—
-
2,95
2,3
52,1
3,81
5 Kurve 4
Überlegenheit aller Eigenschaften des mit dem vernetzten Polybutandiolterephthalat hergestellten bilamelligen Garns. Insbesondere ist die Behandlung mit siedendem Wasser, wenn sie auch die Eigenschaften der Kräuselung des srfindungsgemäßen Garns merklich verbessert, nicht notwendig, während sie zur Erzielung einer Kräuselung bei dem aus dem nichtvernetzten Polymeren erhaltenen Garn unerläßlich ist
Ein Vergleich der Kurven 1 und 2 zeigt darüber hinaus, daß man permanente Deformationen von im wesentlichen der gleichen Größenordnung, abgesehen von Meßfehlern, erhält während die angewandten Deformationen sehr viel bedeutender sind bei einem Faden, der aus vernetztem Polybutylenterephthalat besteht (227% + Dehnung % anstelle von 56% + Dehnung %).
Beispiel 2
Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise stelit man bilamellige Bikomponentengarne mit einem Titer von 75 dtex, 32 Einzelfäden, her, wobei der eine der Bestandteile Polyäthylenglykolterephthalat (IV = 770, VF= 2400 bei 2900Q und der andere mit 0,4 MoI-% Alle Eigenschaften des mit dem vernetzten Polybutandiolterephthalat hergestellten Garns sind eindeutig besser als die des Vergleichsgarns.
Ferner ist die Entwicklungsbehandlung mit siedendem Wasser, wenn sie auch die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Garns verbessert, nicht unbedingt erforderlich, um ein Kräuselgarn zu erhalten.
Beispiel 3
Nach der in Beispiel 2 beschriebenen Arbeitsweise stellt man bilamellige Bikomponentengarne mit einem Titer von 165 dtex, 32 Einzelfäden her. Die Eigenschaften dieser nichtentspannten und entspannten Garne, von denen jedes nicht mit siedendem Wasser oder mit siedendem Wasser in freiem Zustand während 5 Minuten behandelt abgepreßt und 24 Stunden bei einer Feuchtigkeit von 65 und bei 22° C konditioniert wurde, werden mit denjenigen eines Bikomponenten-Vergleichsgarns aus Polyäthylenglykolterephthalat und nichtvernetztem Polybutandiolterephthalat in Tabelle III und in F i g. 2 verglichen.
Tabelle III
Eigenschaften
nicht mit sie- in siedendem Was- nicht in sieden
dendem Wasser behandeltes nichtentspanntes Garn
ver- nicht netzt vernetzt
ser behandeltes
nichtentspanntes
Garn
vernetzt
nicht vernetzt dem Wasser behandeltes entspanntes Garn
ver- nicht
netzt vernetzt in siedendem Wasser behandeltes
entspanntes Garn
vernetzt
nicht
vernetzt
Falschdrallgarn
nicht
mit siedendem
Wasser
behandelt
mit sieden dem Wasser behandelt
Titer, dtex
Festigkeit, g/tex
Dehp.üf!" o/.
Halbentkräuselungskraft, mg/tex
Halbrückkräuselungskraft, mg/tex
Ausdehnbarkeit, %
Kräuselung
Dauer der Kräuselung,
Fig. 2
178,0 169,0 -
33,3
19,5
6,45
78,0
6,20
33,1 13,6 3,5
6,3 3,3
44,9 3,08
29,3 19,9
26,6 8,68 Kurve 1
8,0 7,75
98,0 5,40 Kurve
184 34,2 26.6 13,9
12
26,2 5,21
32,6
24,3
235,6
8,85
12,1
9,9
88,4
6,25
Kurve 3 Kurve 4
172
38
17,3
10,3
1,62
23,9
9,46
Alle fü das Bikomponentengarn, das als Bestandteil das vernetzte Polybutandiolterephthalat enthält, angegebenen Werte, insbesondere die Elastizität, die Kräuselung und deren Dauerhaftigkeit, zeigen die eindeutige Überlegenheit dieses letzteren Garns gegenüber dem Bikomponenten-Vergleichsgarn, das nicht vernetztes Polybutandiolterephthalat enthält.
Der Vergleich mit den Eigenschaften eines Falschdrallgarns des gleichen Titers zeigt, daß sie in der gleichen Größenordnung liegen.
Beispiel 4
Erfindungsgemäße Bikomponentengarne werden nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 gesponnen, und das Verstrecken wird anschließend auf einer Rolle bei 130° C mit einer Geschwindigkeit von 600 m/min auf einen Grad von 3 vorgenommen. Das Garn kann anschließend durch Führen über eine Platte von 110° C fixiert und auch bei 120° C mit einer Aufwickelgeschwindigkeit von 200 m/min entspannt werden.
In der folgenden Tabelle IV sind die Werte der Elastizitätseigenschaften dieser Garne für die verschiedenen zuvor angegebenen Stufen im Vergleich zu den für ein Bikomponenten-Vergleichsgarn mit nichtvernetztem Bestandteil erhaltenen zusammengestellt. Diese Ergebnisse sind alle für die erfindungsgemäßen Bikomponentengarne günstig.
Tabelle IV
Eigenschaften nicht fixiertes Garn fixiertes Garn nicht entspanntes Garn
vernetzt nicht vernetzt vernetzt vernetzt nicht
vernetzt vernetzt
nicht mit siedendem Wasser
behandeltes Garn
Halbentkräuselungskraft, mg/dtex 21,1 Halbrückkräuselungskraft, mg/dtex 15,1 Ausdehnbarkeit, % 323
mit siedendem Wasser
behandeltes Gam
Halbentkräuselungskraft, mg/dtex 52,9 Halbrückkräuselungskraft, mg/dtex 30,5 Ausdehnbarkeit, % 273
10 24,6 7,6 21,5 11,6
8,4 17,3 6,2 17 9,3
202 311 199 54,2 53,5
37,4 54,8 33,6 61,7 49,3
21,8 32,1 20 37,7 28,8
247 266 235 236 202
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Polyester-Bikomponentenfäden vom Seite-anSeite-Typ mit dauerhafter Kräuselung und dauerhafter Elastizität, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Komponenten aus Polyäthylenglykolterephthalat und die andere Komponente aus mit Trknethylolpropan vernetzten! Poiybutandiolterephthalat besteht, wobei die Mengen von jeder der Komponenten zwischen 2Ö und 80% liegen.
2. Fäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vernetzte Polybutandiolterephthalat mittels eines Mengenanteils an Trimethylolpropan zwischen 0,20 und 0,60 Mol-%, bezogen auf die Terephthalsäure, modifiziert ist
3. Verfahren zur Herstellung von Bikomponentenfaden nach Anspruch 1 durch Seite-an-Seite-Verbundspinnen von Polyäthylenterephthalat und einem vernetzten Polyester sowie anschließendes Verstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß als vernetzter Polyester mit Trimethylolpropan vernetztes Polybutandiolterephthalat verwendet wird und die beiden Polyester im Verhältnis 20:80 bis 80 :20 gegeneinander versponnen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vernetztes Polybutandiolterephthalat, das durch Zugabe eines Mengenanteils von Trimethylolpropan zwischen 0,20 und 0,60 Mol-%, bezogen auf die Terephthalsäure, während der Polykondensation erhalten worden ist, verwendet wird.
5. Verfahren nach cten Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß "in Polyäthylenglykolterephthalat verwendet wird, das eine Schmelzviskosität zwischen 800 und 2500P bei 2900C aufweist.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein vernetztes Polybutandiolterephthalat verwendet wird, das eine Schmelzviskosität zwischen 3500 und 5500P bei 260° C aufweist.
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