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Verfahren zur Horstellung von Acrylverbundfasern Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von neuen Acrylverbundfasern mit wollartigen Ifräus
elung sei genschaften und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Her-Stellung von
Acrylverbundfasern mit verbesserter Kräuselung, welches sich dadurch auszeichnet,
daß Acrylverbundfasern, in welchen die Komponente mit einem hoheren-Acr-ylnitrilgehalt
als Innenkomponente der Schraubenkräuselung durch Anwendung des Unterschiedes in
dem irreversiblen Quellgrad zwischen den beiden Komponenten gebi].det worden ist,
erneut verstreckt, mechanisch gekräuselt; und erneut wärmeentspannt werden.
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Aus den JA-Patentveröffentlichtzgen 1921/1961 oder 1024/1963 ist eine
Me-thode bekannt, synthe-tischen Fasern eine wollartige Elastizität sowie einen
wollartigen Griff zu verleihen.
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Die bei dieser Methode erhaltenen Verbundfasern basieren jedoch auf
dem in der US-PS 2 439 815 beschriebenen Prinzip, gemäß welchem schraubenartige
Kräuselungen in der Weise entwickelt werden, daß der Wärmeschrumpfungsunterschied
zwischen den zwei Arten von Acrylpolymerkomponenten ausgenutzt wird, welche die
Verbundfasern bilden (welche nachstehend als Fasern des Sisson-Typs bezeichnet werden).
Die Fasern können auch dem Prinzip beruhen, gemäß welchem eine Wasserreversibilität
von Kräuselungen in der Weise verliehen wird, daß ein Unterschied in dem Gehalt
an ionisierbaren Gruppen erzeugt wird, wie in der japanischen Patentveröffentlichung
1Q24/1963 angegeben ist (diese Fasern werden nachstehend als Fasern des Breen-Typs
bozeichnet). Ferner kommt noch das Prinzip infrage, gemäß welchem die Fasern sowohl
die Merkmale der Sisson- als auch der Breen-Fasern aufweisen. Diese Acrylverbundfasern
weisen Kräuselungseigenschaften sowie Griff e auf, welche näher den entsprechenden
Eigenschaften von Wolle kommen als in diesem Falle von üblichen Einkomponentenacrylsynthesefasern
festgestellt wird, wobei jedoch diese Verbundfasern mit anderen erheblichen Nachteilen
behaftet sind. Beispielsweise ist ihre Dimensionsstabilität in heißfeuchtem Zustand
sehr gering, wobei ferner ihre Kräuselungseigenschaften sowie ihre Schrumpfungskraft
nicht so stark wie im Falle von Wollfasern ausgeprägt sind. Auch eine Längenveränderung
von 2 bis 3 Vo, die im Falle von Einkomponentenfasern im wesentlichen vernachlässigt
werden kann, kann ein erheblicher Nachteil im Falle von Acrylverbundfasern sein.
Deshalb nehmen dann, wenn ein leichter Längenunterschied zwischen den zwei Komponenten
erzeugt wird, wie dies aufgrund des vorstehend erwähnten Prinzips der Erzeugung
von Kräuselungen leicht der
Fall sein kann, die schraubenartigen
Kräuselungen so merklich zu oder ab, daß sie einen großen Einfluß auf den Griff
sowie die Dimensionsstabilität des Produktes ausüben. Untersucht man den Grirnd,
weshalb eine derartige Dimensionsstabilität nicht ausreichend ist, so kommt man
darauf, daß sowohl bei den Sisson- als auch bei den Breen-Acrylverbundfasern der
Acrylnitrilgehalt in der Komponente mit höherer Schrumpfung, d. h. der innenliegenden
Komponente der schraubenartigen Kräuselung, geringer ist als der Acrylnitrilgehalt
in der Komponente mit geringerer Schrumpfung, d. h. der außenliegenden Komponente
der schraubenartigen Kräuselung.
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Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von neuen Acrylverbundfasern
geschaffen, die eine wesentlich verbesserte Dimensionsstabilität und Eräuselelastizi-tät
aufweisen, wobei die vorstehend beschriebenen Nachteile der üblichen Methoden beseitigt
werden (vgl. die japanische Patentanmeldung Nr. 68532/19G6). Die Erfindung beruht
auf d-er Erkenntnis, daß ein Verfahren zur Herstellung von neuen Acrylverbundfasern
mit merklich verbesserter I2Säuselungsreproduzierbarkeit und Kräus elungs entwicklungskraft
beim Erhitzen geschaffen werden kann, wenn ein Unterschied in dem irreversiblen
Quellgrad zwischen den die Faser bildenden Komponenten ausgenützt wird.
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Es wurde gefunden, daß Acrylverbundfasern, die eine hohe Dimensionsstabilität
besitzen, und in denen die Komponente mit höherem Acrylnitrilgehalt die Innenkomponente
der schrau benartigen Kräuselung bildet, in der Weise erzeugt werden können, daß
zwei Arten von Acrylnitrilpolymeren ausgewählt werden, die sich voneinander in dem
irreversiblen Quellgrad als Komponenten, welche die Acrylverbundfasern bilden, unterscheiden,
wobei zuerst gequollene gelartige Fasern wärmeent spannt werden, die Fasern erneut
verstreckt und mechanisch
gekräuselt werden und sie einer erneuten
Wärme ent spannung unter spezifischen Temperaturbedingungen unterzogen werden.
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Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Acrylverbundfasern
zur Verfügung gestellt, in welchem die Komponente mit höherem Schrumpfen die Innenkomponente
der schraubenartigen Kräuselung bildet und einen anfänglichen Young'schen modul
(bei einer Temperatur oberhalb der Einfriertemperatur) aufweist, der höher ist oder
so hoch ist wie derjenige der Komponente mit geringerer Schrumpfung, welche die
Außenkomponente der schraubenartigen Kräuselung bildet.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Acrylverbundfasern sind beim Färben
und Waschen dimensionsstabil. Die schraubenartigen Eräuselungen sind bei diesen
Vorgängen ebenfalls stabil.
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Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, Verbundfasern eine wollartige
Kräuselung zu verleihen, die durch Naßverbundspinnen von zwei Arten von Acrylpolymeren
erhalten werden, die voneinander bezüglich des irreversiblen Quellgrades verschieden
sind, und zwar durch erneutes Verstrecken, mechanisches Kräuseln und eine erneute
Wärmeentspannung dieser Basern.
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Erfindungsgemäß werden zwei Arten von Acrylnitrilpolymeren naß verbundversponnen,
von denen jedes nicht weniger als 88 Gew.'»' Acrylnitril enthält, und die sich voneinander
in dem Acrylnitrilgehalt um nicht mehr als 0,5 % unterscheiden, wobei zuerst die
auf diese Weise erhaltenen gequollenem Gelfasern, die wenigstens 40 % Wasser enthalten,
in heißem Wasser oder in Wasserdampf bei 60 bis 130 oO in nicht entspanntem Zustand
ohne Trocknen wärmeentspannt werden, so daß Verbundfasern entstehen, in welchen
der irreversible Quellungsgrad
der Komponente mit höherem Acrylnitrilgehalt
höher ist als derjenige der anderen Komponente, und zwar um nicht weniger als 0,05,
wobei die Komponente mit dem höheren irreversiblen Quellungsgrad die Komponente
der schraubenartigen Kräuselung bildet, worauf die Verbundfasern bei einer Demperatur
von 50 bis 150 OG getrocknet werden, mit einem Verstreckungsverhältnis von dem 1,bis
1,4-fachen erneut verstreckt werden und dann mechanisch gekräuselt werden, woraul
die auf diese Weise hergestellten Verbundfasern in Wasser dampf bei 100 bis 140
°C erneut einer Wärmeentspannung unterzogen werden.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dann, wenn gequollene
gelartige Fasern, die durch Waschen mit Wasser und feuchtwarmes Verstrecken von
naß versponnenen Acrylverbundfasern erhalten werden, direkt zuerst in nicht gespanntem
Zustand ohne Trocknen einer Wärmeentspannungsbehandlung unterzogen werden, die Schrumpfung
unterschiedlich ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Unterschied in dem Quellungsgrad,
wobei die Volumenschrumpfung, falls anschließend eine Trocknung durchgeführt wird,
in Abhängigkeit von dem Quellungsunterschied der ursprünglich gequollenen gelartigen
Basern differiert, und wobei die Quellbarkeit sowie das volumetrische Schrumpfungsvermögen
der Komponente mit höherem Acrylnitrilgehalt höher ist als im Falle der Komponente
mit niedrigerem Acrylnitrilgeialt. Die Quellbarkeit der gequollenen gelartigen Fasern
ist derartig irreversible, daß sie nicht mehr in den ursprünglichen Zustand zurüclRehren
können, und zwar auch dann nicht, wenn die Fasern nach einem Trocknen wieder befeuchtet
werden. Diese Erscheinung wird als irreversible Quellbarkeit bezeichnet, wobei sie
durch den irreversiblen Quellungsgrad ausgedrückt wird, der sich durch folgende
Formel wiedergeben läßt: WG IrreVersibler Quellungsgrad = ~G«~ WD
worin
WG das Gewicht einer gequollenen Gelfaser ist, die heiß verstreckt worden ist, während
WD das Gewicht der gleichen Gelfaser nach dem Trocknen wiedergibt.
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Der anfängliche Young'sche Modul oberhalb der Einfriertemperatur (Glasübergangstemperatur)
der synthetischen Acrylfasern nimmt mit zunehmendem Acrylnitrilgehalt in dem Polymeren
zu. Werden daher Acrylpolymere, die sich voneinander bezüglich des Acrylnitrilgehaltes
unterscheiden, als zwei Komponenten zur Bildung von Verbundfasern ausgewählt, wobei
die Komponente mit höherem Acrylnitrilgehalt einen um wenigstens 0,05 höheren irreversiblen
Quellungsgrad als die Komponente mit dem niedrigeren Acrylnitrilgehalt aufweist
und mit die Innenkomponente der schraubenartigen Kräuselung als stärker schrumpfende
Komponente bildet, dann erhält man als Ergebnis Acrylverbundfasern, bei welchen
der anfängliche Yolmg'sche Modul oberhalb der Einfriertemperatur höher ist in der
innenkomponente als in der Außenkomponente der schraubenartigen Kräuselungen. Um
den anfänglichen Young'schen Modul bei einer Temperatur oberhalb der Einfriertemperatur
der stärker schrumpfenden Komponente (d. h. der Innenkomponente der schraubenartigen
Kräuselung) höher oder genauso hoch wie den anfänglichen Young'schen Modul der Komponente
mit geringeren Schrumpfungsvermögen (d.
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h. der Außenkomponente der schraubenartigen Kräuselung) zu machen,
ist es erforderlich, den Acrylnitrilgehalt in dem Pol-ymeren, das als Komponente
mit höherem Schrumpfungsvermögen verwendet wird, um wenigstens 0,5 Gew.Vo höher
einzustellen als den Acrylnitrilgehalt in dem Polymeren, das als Komponente e mit
geringerem SchrumpfungsvermEgen verwendet wird. Je höher daher der Acrylnitrilgehatlt
in der stärker schrumpfenden Komponente gegenüber dem Acrylnitrilgehalt in der geringer
schrumpfenden komponente ist, desto höher ist der anfängliche Young'sche Nodul der
Innenkomponente der schraubenartigen Kräuselung in einem Temperaturbereich
oberhalb
der Einfriertemperatur gegenüber dem anfänglichen Young'schen Modul der Außenkomponente.
Uebersteigt jedoch der Unterschied zwischen den Acrylnitrilgehalten in beiden Kornponenten
10 Gew.',b, dann beträgt der Unterschied bezüglich des irreversiblen Quellungsgrades
mehr als 3, so daß schraubenartige Kräuselungen im Überschuß entwickelt werden.
Dabei wird die Kräuselungsform zu fein, wodurch die Verspinnbarkeit oder der Griff
der erhaltenen Fasern verschlechtert wird.
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Daher ist es vorzuziehen, den Unterschied zwischen den Acrylnitrilgehalten
in beiden Komponenten auf nicht mehr als 10 % zu halten.
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In dem Acrylpolymeren, in welchem der Acrylnitrilgehalt nicht weniger
als 88 Gew.% beträgt, wird der irreversible Quellungs grad mit einer Zunahme des
Acrylnitrilgehaltes in deiq. Polymeren höher. Um jedoch den Unterschied bezüglich
des irreversiblen Quellungsgrades auf nicht weniger als 0,05 einzustellen, wobei
nur ein Unterschied zwischen den Acrylnitrilgehalten in-beiden Komponenten vorliegt,
ist es notwendig, den Unterschied zwischen den Acrylnitrilgehalten in beiden Komponenten
auf nicht weniger als 2 % zu halten.
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Die Erfindung wird nacnfolgend näher erläutert.
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Als Acrylnitrilpolymere, die als Verbundfaser bildende Komponenten
erfindungsgemäß verwendet werden können, seien Acrylnitrilhomopolymere und Acrylnitrilcopolymere,
die wenigstens 88 Gew.% Acrylnitril enthalten, wobei in den Gopolymeren wenigstens
ein Monomeres enthalten ist, das mit dem Acrylnitril als Polymer bildende Komponente
copolgmerisierbar ist, erwähnt. Solang die Acrylnitrilgehalte in beiden Komponenten
sich voneinander um nicht weniger als 0,5 '% unterscheiden, können diese Polymeren
und Copolymeren nach jedem Polymerisationsverfahren hergestellt werden.
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Die erfindungsgemäßen Acrylverbundfasern werden nur nach einem Naßspinnverfahren
hergestellt. Als Lösungsmittel, die zur Herstellung der Spinnlösung verwendet werden
können, können die bekannten Lösungsmittel eingesetzt werden, die zum Naßverspinnen
verwendet werden, beispielsweise eine konzentrierte wäßrige Lösung eines anorganischen
Salzes, beispielsweise eines Alkalithiocyanats, z. B. Lithiumthiocyanat, Kaliumthiocyanat,
Natriumthiocyanat oder Ammoniumthiocyanat, Zinkchlorid oder -perchlorat, eine konzentrierte
wäßrige Lösung einer anorganischen Säure, beispielsweise Schwefelsäure oder Salpetersäure,
sowie ein organisches Lösungsmittel, wie beispielsweise Dimethylformamid, Dimethylacetamid
oder Dimethylsulfoxid.
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Zur Herstellung der Spinnlösung werden Acrylpolymere, die sich voneinander
bezüglich des Acrylnitrilgehaltes, ;zie vorstehend angegeben, unterscheiden als
die zwei Komponenten von Verbundfasern ausgewählt. Die Acrylpolymeren sowie die
Polymerkonzentrationen in den Spinnlösungen werden derartig gewählt, daß der irreversible
Quellungsgrad der Komponente mit höherem Acrylnitrilgehalt geringer ist als derjenige
der Komponente mit dem niedrigeren Acrylnitrilgehalt.
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Zum Spinnen der Verbundfasern kann beispielsweise die Vorrichtung
verwendet werden, welche Gegenstand der japanischen Patentveröffentlichung 24301/1964
ist. Nan kann aber auf jede andere bekannte Naßspinnvorrichtung zur Herstellung
der Verbundfasern zurückgreifen.
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Als Koagulierungsbad kann man Wasser oder eine verdünnte wäRrige Lösung
des zur Herstellung der Spinnlösung eingesetzten Lösungsmittels verwenden.
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Die gequollenen gelartigen-Verbundfasern, welche das Koamulierungsbad
verlassen, werden mit Wasser gewaschen und dann verstreckt
und
anschließend zunächst durch Erhitzen mit heißem Wasser oder Wasserdampf in nicht
gespanntem Zustand entspannt, so daß die Dehnung und die Knotenfestigkeit verbessert
werden und ein Teil der schraubenartigen Kräuselungen durch den Schrumpfungsunterschied
auf der Basis des irreversiblen quell lungsgraduntersciiiedes entwickelt wird. Es
ist erforderlich, daß die gequellenen gelartigen Verbundfasern, die zuerst wärmeentspannt
werden sollen, nicht vor dieser Wärmeentspannungsbehandlung getrocknet werden Sie
sollten wenigstens 40 % Wasser, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern, enthalten
(nachstehend als Wassergehalt bezeichnet). Für den Fall, daß der Wassergehalt in
den gequollenen gelartigen Verbundfasern weniger als 40 % beträgt, nimmt die Plastifizierung
mit Wasser ab, während die scheinbare Einfriertemperatur ansteigt.
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Es ist dabei schwierig, in zufriedenstellender Weise die Wirkung der
primären Wärmeentspannungsbehandlung zu entwickeln, desgleichen entwickeln sich
die schraubenartigen Kräuselungen nicht gut, und zwar auch nicht bei der anschließenden
kompaktiert renden Trocknungsbehandlung. Ferner erfolgt die Kompaktierung nicht
so vollständig, so daß eine Neigung bezüglich einer "Entglasung" der fertigen Fasern
besteht.
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Die primäre Wärmeentspannungsbehandlung wird in heißem Wasser oder
in Wasserdampf durchgefvMrt. Dabei wird vorzugsweise ein Temperaturbereich von 60
bis 130 OC eingehalten. Für den Fall, daß die primäre Wärmeentspannungstemperatur
unterhalb 60 °O liegt, ist es unmöglich, eine ausreichende entspannende Wirkung
auf die Fasern zur Entwicklung von schraubenartigen Kräuselungen auszuüben, so daß
es nicht möglich ist, Acrylverbundfasern mit günstiger Knotenfestigkeit, Dehnung
und guten schraubenartigen Kräuselungen zu erhalten. Übersteigt die e primäre Wärmeentspannungstemperatur
130 °C, dann werden die gequollenen gelartigen Verbundfasern verfärbt. Ferner hangt
die Färbegeschwindigkeit der Fasern von de primären Wärmeentspannungstemperatur
sowie von der später beschriebenen
Temperatur der erneuten Wärmeentspannung
ab, und zwar in einer solchen Weise, daß, falls die Wärmeentspannungstemperatur
zu hoch wird, die Färbegeschwindigkeit in einem solchen Ausmaße zunimmt, daß die
Verlaufsfärbbarkeit verschlechtert wird.
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Die gequollenen gelartigen Fasern mit schraubenartigen Kräuselungen,
die teilweise durch cie primäre Wärmeentspannungsbehandlung erzeugt werden, werden
dann in üblicher Weise in nicht gespanntem Zustand getroc?net. Es ist zweckmäßig,
die Trocknungsb ehandlung unter gesteuerten Feuchtigkeitspbedingungen bei einer
Trockengefäßtemperatur von 90 bis 135 °C und einer Naßgefäßtemperatur von 65 bis
90 °C durchzuführen.
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Durch eine derartige Trocknungsbehandlung werden die schraubenartigen
Kräuselungen der Acrylverbundfasern infolge des Schrumpfungsunterschiedes auf der
Basis des irreversiblen Quellgradunterschiedes, der auf den Unterschied des irreversiblen
Quellungsgrades zwischen den zwei Komponenten zurückgeht, vollständig entwickelt.
Gleichzeitig wird die Faserstruktur kompaktiert.
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Die Acrylverbundfasern mit den schraubenartigen Kräuselungen, die
infolge des Unterschiedes des irreversiblen Quellungsgrades zwischen den die Verbund2aser
bildenden Komponenten durch die primare Wärmeentspannungsbehandlung in feuchtem
Zustand mit heißem Wasser oder Wasserdampf sowie die die Faserstruktur kompaktierende
Trocknungsbehandlung erzeugt worden sind, werden dann erneut bei einem Streckungsverhältnis
von dem 1,0- bis 1,4-fachen bei einer Temperatur Von sG bis 150 OG verstreckt, so
daß latente schraubenartige Kräuselungen weiter mechanisch gekräuselt werden. Dann
wird eine erneute Wärmeentspannung in Wasserdampf bei einer Temperatur von 100 bis
140 O durchgeführt.
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Durch die Kombination aus erneutem Verstrecken, mechanischem Kräuseln
und erneuter Wärmeentspairnung erzielt man den Vorteil, daß sogar dann, wenn die
Acrylverbundfasern in feuchtem Zustand sich unter einer hohen Temperatur sowie unter
einer hohen Feuchtigkeit unter der Einwirkung einer Spannung bei der anschließenden
Trocknunsstufe oder dgl. befinden, sie das Ausmaß einer günstigen Kräuselungsreproduzierbarkeit
und einer Kräuselungsentwicklungskraft b eizuhalt en vermögen.
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Daher werden der Griff sowie die elastischen Kräuselungen des Endproduktes
merklich verbessert, so daß ein weiches Produkt erhalten werden kann, das eine ausgezeichnete
Dimensionsstabilität besitzt.
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Das Verhältnis, bei welchem das erneute Verstrecken erfindungsgemäß
durchgeführt wird, läßt sich durch einen Quotienten wiedergeben, der durch Dividieren
der Länge der verstreckten Verbundfasern durch die Standarlänge der Paserfilamente
für den Ball erhalten wird, daß die schraubenartigen Kräuselungen, die durch die
primäre Wärmeentspannung und Trocknung empfindlich gemacht werden, im wesentlichen
gerade gestreckt werden. Falls das Verstreckungsverhältnis bei der erneuten Verstreckung
das 1,4-f ach übersteigt, übertrifft das Schrumpfen der Komponente mit niedrigerem
Acrylnitrilgehalt das Schrumpfen der ILomponente mit höherem Acrylnitrilgehalt,
so daß bei der erneut durchgeführten Wärmeentspannungsb ehandlung die Innen- und
Außenschichten der schranbenartigen Kräuselung gegeneinander ausgetauscht werden,
so daß die Kräuselungsentwicklungskraft sowie die Kräuselungselastizität der fertigen
Fasen merklich reduziert werden.
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Liegt das Verhältnis der erneuten Verstreckung unterhalb dem 1,0-fachen,
dann wird ein Teil der schraubenartigen Eräuselungen, die bei der primären Wärmeentspannungsstufe
sowie bei der Trocknungsstufe empfindlich gemacht worden sind, nicht latent gemacht,
so daß der Griff des Endprodukts merklich verschleöhtert
wird.
Andererseits brechen dann die Fasern sehr oft, wenn das erneute Verstrecken unter
Einhaltung einer Temperatur des erneuten Verstreckens unterhalb 50 O durchgeführt
wird, so daß die Fasereigenschaften merklich verschlechtert werden. Übersteigt die
Temperatur, bei welcher das erneute Verstrecken durchgefiihrt wird, 150 OG, dann
werden die Fasern verfärbt.
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Bezüglich der Temperatur, bei welcher das erneute Verstrecken durchgeführt
wird, ist der vorstehend angegebene kritische Temperaturbereich einzuhalten, wobei
jedoch keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Art des Erhitzungsmediums
bestehen. Daher kann man nicht nur ein übliches feuchtes Wärmemedium, wie beispielsweise
heißes Wasser, Wasserdampf oder eine Mischung aus Wasserdampf und Luft, verwenden,
sondern auch ein trockenes Wärmemedium, wie beispielsweise eine heiße Platte oder
einen trockenen heißen BuStstrom.
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Die Acrylverbundfasern, deren schraubenartige Kräuselungen durch das
erneute Verstrecken latent gemacht worden sind, werden dann mechanisch unter Verwendung
einer bekannten Kräuselungsvorrichtung, wie beispielsweise einer Stopfbüchse, gekräuselt.
Die mechanischen Kräuselungen werden durch den Gesamttiter der zugeführten Acrylverbundfasern
oder durch den Druck in der Kompressionskammer so stark beeinflußt, daß es schwierig
ist, direkt den Kräuselungszustand zu definieren.
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Berücksichtigt man jedoch die Durchführung der erneuten Wärmeentspannungsstufe
bezüglich der Wärmeeinwirkung, dann ist es vorzuziehen, die 2ahl der Kräuselungen
zwischen 7 und 13 pro 25 mm zu halten. Die mechanisch gekräuselten Acryiverbundfasern
können in Acrylverbundfasern umgewandelt werden, bei welchen die schraubenartigen
Kräuselungen durch eine anschließende erneute Wärmeentspannung empfindlich gemacht
w9rden sind.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für den
Fall, daß die Fasern nicht mechanisch gekräuselt werden, bevor sie erneut wärmeentspannt
werden, und zwar auch dann nicht, wenn die Fasern anschließend erneut in Form von
Faserfilamenten, versponnenen Garnen oder gewirkten oder gewebten Waren erneut wärmeentspannt
werden, keine schraubenartigen Kräuselungen entwickelt, wobei es schwierig ist,
die Dimensionsstabilität sowie den anfänglichen Young'schen Modul des Endproduktes
zu verbessern.
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Andererseits wird gewöhnlich in dem Falle, daß die erneute Wärmeentspannungstemperatur
nicht 100 °C erreicht, eine anschließendeNachbehandlung, wie beispielsweise eine
Färtebehandlung oder Kräuselungsentwicklungsbehandlung, gewöhnlich in einem Erhitzungsmedium
bei ungefähr 100 OC durchgeführt, so daß die wärme entspannende Wirkung im wesentlichen
bei einer derartigen Nachbehandlungsstufe verloren geht. Dies ist nicht erwünscht.
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Für den Fall, daß die Temperatur der erneuten Wärmeentspannung höher
ist als 140 OG sind die erhaltenen Fasern verfärbt. Daher ist eine derartige Temperatur
nicht zweckmäßig. Erfindungsgemäß können durch die Kombination der geschilderten
spezifischen Behandlungsbedingungen die Kräuselungseigenschaften von Acrylverbundfasern
stark denjenigen von Wollfasern angepaßt werden, wobei nicht nur die Dimensionsstabilität
sowie der anfängliche Young' sche Modul, sondern auch dieVerlaufs- oder Egalisierfärbbarkeit
des Endproduktes verbessert werden.
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Erfindungsgemäß werden das Molekulargewicht des Polymeren, die Grundkräuselungsfrequénz,
das KräuselungsproduI, die elastische Kräuselungserholung, die-Kräuselungsreproduzierbarkeit
durch Wärme und die Kräuselungsentwicklungskraft wie folgt gemessen:
(1)
Molekulargewicht des Polymeren: Die Intrinsikviskosität (#) des Polymeren wird in
einer Dimethylformamidlösung bei 30 °C bestimmt. Dieser Wert (#) ist das Molekulargewicht
des Polymeren.
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(2) Kräuselungsprodukt Ci: Die Länge a der Probe unter einer Anfangsbelastung
(2 mg pro Einheits denier der zu messenden Probe) wird gemessen, worauf die Länge
b ermittelt wird, wenn eine Belastung von 100 mg pro Einheit Denier angelegt wird.
Das Eräuselungsprodukt wird durch die folgende Formel bestimmt: b - a Kräuselungsprodukt
Ci = x 100 b (3) Grundkräuselungsfrequenz Cf: Eine Belastung von 2 mg pro Einheitsdenier
wird an die zu messende Probe angehängt, Die Anzahl def Kräuselungen pro 25 mm Länge
einer jeden von 20 Proben wird gezählt.
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Der Durchschnittswert wird als die Kräuselungszahl Cn der Fasern
angegeben.
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Die Grundkräuselungsfrequenz Cf wird anhand der folgenden Formel
aus der Anzahl der Kräuselungen 0n sowie anhand des Kräuselungsproduktes Ci ermittelt,
das gemäß vorstehendem Absatz (2) ermittelt wird; Ci Cf = Cn(l - 100- )
(4)
Elastische Erholung der Kräuselungen: Zunächst wird das.Kräuselungsprodukt Ci nach
der vorstehend angegebenen Kräuselungsproduktmeßmethode ermittelt, worauf die Länge
b' der Probe gemessen wird, nachdem sie während einer Zeitspanne von 60 min unter
einer Belastung von 100 mg/Einheitsdenier sich selbst überlassen worden ist. Dann
wird die Belastung entfernt, worauf die Länge a' der Probe unter einer Belastung
von 2 mg pro Einheitsdenier gemessen wird. Dann wird, nachdem die Belastung von
2 mg/Einheitsdenier während einer Zeitspanne von 60 Minuten angehängt worden ist.
die Länge a" der Probe gemessen. Ferner wird die Länge b" der Probe gemessen, nachdem
eine Belastung von 100 mg/Einheitsdenier angelangt worden ist. Die elastische Erholung
der Kräuselungen wird nach den folgenden Formeln aus den erhaltenen Meßwerten berechnet:
b' - a' Ci' = x 100 Ci" = x 100 Elastische Erholung der augen- i 1 x 100 blicklich
erholten Kräuselungen x100 Ci Ci" Elastische Erholung der verzö- x 100 gert erholten
Kräuselungen -(5) Kräuselungsreproduzierbarkeit durch Wärme: Die zu messende Probe
wird mit heißem Wasser mit einer Temperatur von 98 °C während einer Zeitspanne von
15 min behandelt'und bei 80 °C während einer Zeitspanne von 30 min
getrocknet,
um latente Kräuselungen der Probeverbundfaser zu entwickeln. Dann wird die Zwänge
a der Probe unter einer Anfangsbelastung von 2 mg/Einheitsdenier gemessen, ferner
wird die Länge b unter einer Belastung von 100 mg/Einheitsdenier ermittelt. Dann
wird die Probe auf eine metallische Spule mit einem Durchmesser von 90 mm unter
Zug aufgewickelt, wobei ein Zug von 100 mg/ Einheitsdenier angelegt wird, Die Probe
wird an beiden Enden der Spule unter Verwendung von Klebebändern befestigt und in
siedendes Wasser zum feuchten Erhitzen während einer Zeitspanne von 60 min eingetaucht.
Dann wird die Probe von der metallischen Spule abgewickelt, in nicht gespanntem
Zustand mit heißem Wasser mit einer Temperatur von 98 0C während einer Zeitspanne
von 15 min behandelt und dann bei o0 O während einer Zeitspanne von 30 Minuten zur
erneuten Entwicklung von Kräuselungen getrocknet. Dann wird eine Belastung von 2
mg/Einheitsdenier erneut angehängt, worauf die Länge c der Probe gemessen wird.
Die Kräus elung sreproduzi erb arkeit (%) durch Wärme nach der Behandlung in kochendem
Wasser unter Zug wird nach der folgenden Formel aus den erhaltenen Meßwerten ermittelt:
Kräuselungsreproduzierbarkeit b b c x 100 (L'b/) durch Wärme - b - a (6) Kräuselungsentwicklungskraft:
Die zu messende Probe (Gesamttiter ungefähr 100 Denier) wird nit heißem Wasser mit
einer Temperatur von 98 °C während einer Zeitspanne von 15 min behandelt und bei
80 °C während einer Zeitspanne von 30 min getrocknet, um latente Kräuselungen der
Probeverbundfaser zu entwickeln.
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Dann werden die Kräuselungeu durch Auhängen einer Last von 40 mg/Einheitsdenier
gestreckt, worauf die Probe auf eine
bestimmte Länge an beiden
Enden in diesem Zustand fixiert und während einer Zeitspanne von 10 Sekunden unter
der Einwirkung einer trockenen Wärme von 120 oC wärmefixiert wird. Dann wird die
Probe auf eine automatisch ausgleichende, unter Verwendung einer Elektronenröhre
arbeitenden Dehnungsmeßvorrichtung (hergestellt von der Toyo Measuring Apparatus
Co.) aufgesetzt und in heißes Wasser bei einer Temperatur von 95 0C eingetaucht,
wobei eine Last von 3 mg/Denier angehängt wird. Gleichzeitig wird die in der Probe
erzeugte Dehnung durch Betätigung der vorstehend geschilderten Meßvorrichtung aufgezeichnet.
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Nach 5 Minuten wird die Wärme spannung der Probe berechnet. Dieser
Wert gibt die Kräuselungsentwicklungskraft (in mg/d) der Probe wieder.
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(7) Anfänglicher Young'scher Modul EW95 in heißem Wasser bei 95°C:
Ein thermostatisches Gefäß, das heißes Wasser mit einer Temperatur von 95 0C enthält,
wird einer mit konstanter Geschwindigkeit messenden Zugtestvorrichtung (Tensilon-Typ
III, hergestellt von der Toyo Measuring Apparatus Co.) zugeordnet, wobei eine Zuglast
mit einer Zuggeschwindigkeit von 30 mm/min angelegt wird, während eine Probe mit
einer Länge von 30 mm in das thermostatische Gefäß eingetaucht wird. Die mittels
eines Widerstandsdraht-Dehnungsmessers (Load Cell , hergestellt von der Toyo Measuring
Apparatus Co.) ermittelte Last wird aufgezeichnet, wobei eine Belastungs-Zug-Kurve
erhalten wird. Der anfängliche Young'sche Modul EW95 in heißem Wasser bei 95 °C/d
wird aus dem Anfangsgradienten der Belastungs-Zug-Kurve bestimmt.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken.
Die Teil- und Prozentangaben beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf das
Gewicht.
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Beispiel 1 Ein Acrylnitrilpolymeres mit einer Viskosität (#) ) von
1,5 wird durch Copolymerisation einer geringen Menge Natriummethallylsulfonat mit
97 Teilen Acrylnitril und 3 Teilen Methylacrylat als Innenkomponente (die nachstehend
als Komponente A bezeichnet wird) der Schraubenkräuselung hergestellt. Ferner wird
ein Acrylnitrilpolymeres mit einer Viskosität ( ) von 1,5 durch Copolymerisation
einer geringen Menge Natriummethallylsulfonat mit 91 Teilen Acrylnitril und 9 Teilen
Methylacrylat als Außenkomponente (nachfolgend als Komponente B bezeichnet) der
schraubenartigen Kräuselung hergestellt.
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Die auf diese Weise erhaltenen zwei Arten von Acrylnitrilpolymeren
werden jeweils in konzentrierten wäßrigen Lösungen von natriumthiocyanat aufgelëst.
Die Polymerkonzentration in der Spinnlösung wird auf 11 zog im Falle der Komponente
e A und auf 13 % im Falle der Komponente B eingestellt.
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Dann werden gleiche Mengen der Komponenten A und B naB in eine wäßrige
Lösung von Natriuriithiocyanat bei tiefer rremperatur versponnen, wobei eine Verbundspinnvorrichtung
verwendet wird, wie sie in der japanischen Patentveröffenteichung 24301/1964 beschrieben
wird. Die auf diese Weise erhaltenen Fasern werden mit Wasser gewaschen und dann
wm das 10-fache ihrer Länge in heißem Wasser wärmeverstreckt.
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Anschließend werden sie primär während einer Zeitspanne von 5 Minuten
in siedendem Wasser in nicht- gespanntem Zustand wärmeentspannt. Die erhaltenen
Faserfilamente werden zu einer
Kompaktierung in nicht gespanntem
Zustand in einer Atmosphäre getrocknet, in welcher die Feuchtigkeit auf eine Trockengefäßtemperatur
von 110 0C und einer Feuchtgefäßtemperatur von 70 °C eingestellt wird. Dabei werden
acht Arten von Probefasern mit einem Monofilamentfeinheitsgrad von 3 Denier erhalten.
Diese Proben werden als die Proben 1 bis 8 bezeichnet (vgl. die folgende Tabelle
I). Die durch die Probe Nr. 1 gekennzeichnete Faser ist eine Vergleichsfaser. Dann
werden die Probefasern mit den Nummern 2 - 8 erneut unter den in der Tabelle I angegebenen
Bedingungen verstreckt, wobei die Probefaser mr. 8 nicht mehr erneut bei der Durchführung
des Versuches verstreckt werden kann, da die Temperatur, bei welcher die erneute
Verstreckung durchgeführt wird, unterhalb des bevorzugten Temperaturbereiches gemäß
vorliegcnder Erfindung liegt. Die Probefasern mit schraubenartigenKräuselungen,
die durch die erneute Verstreckung latent gemacht werden, werden dann in eine Kräuselungsvorrichtung
des Einschiebtyps (push-in type) eingeführt und in üblicher weise mechanisch gekräuselt.
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Die auf diese Weise erhaltenen Piobefasern werden dann in üblicher
Weise gesponnen und anschließend mittels einer 13 Gauges-Wirkvorrichtung (filing
knitter of 18 gauges) zu einer gewirkten Ware verarbeitet und erneut in einem feuchten
Wärmemedium bei den in der Tabelle I angegebenen 'Yemperaturbedingungen wärmeentspannt.
Die physikalischen Eigenschaften der Acrylverbundfasern in den auf diese Weise erhaltenen
Endprodukten sind ebenfalls in der Tabelle I zusammengefaßt.
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Aus der Tabelle I ist zu ersehen, daß die nach dem erfindungs.-gemäßen
Verfahren erzeugten Acrylverbundfasern, welche als Proben Nr. 2, 3, 4 und 5 bezeichnet
werden, merklich verbessert bezüglich der Kräuselungsreproduzierbarkeit durch Wärme
sowie des IÇräuselaugselastizitätsmoduls nach der Behandlung in kochendem Wasser
unter Zug sind und auch die Anzahl der Kräuselungen beibehalten. Die erzeugten Kräuselungen
bedingen
einen Griff, der sehr ähnlich demjenigen argon Wollfasern
bezüglich der Kräuselungseigenschaften ist. Andererseits wird deutlich daß die anzahl
der Kräuselungen sowie das Kräuselungsprodukt der -Vergleichsfasern so groß sind,
daß der Griff des Endprodukts sich erheblich von demjenigen eines Wollfaserproduktes
unterscheidet.
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Da ferner die Bedingungen bezüglich des erneuten Verstreckens oder
des erneuten Wärmeentspannens im Falle der Probefasern, die durch die Nummern 6
und 7 gekennzeichnet sind, von dem erfindungsgemäß bevorzugten Bereich abweichen,
sind ihre Griff e sowie Kräuselungseigenschaften wesentlich geringer als im Falle
von Acrylverbundfasern, die nach dem erfindungsgemäßen Vorfahren hergestellt worden
sind, oder Wollfasern.
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Natürlich sind die angenehmen Eigenschaften der Endprodukte auch erheblich
verschlechtert.
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Tabelle I Bedingungen des er- elastische Erholung neuten Verstreckens
der Kräuselung (%) Temperatur Grundkräu- Kräu- Kräu- Kräuaugen- Verzöger-Probe Verstrek-
Verstrek- der erneu- selungs- selungs- selungs- selungsblick- te Erho-Nr. kungstempe-
kungsver- ten Wärme- frequenz, produkt, reprodu- entliche lung ratur, °C hältnis
entspannung zierbar- wicklungs-Cf Ci Erho-(°C) keit (%) kraft lung (mg/d) 1 - -
120 21,6 28,5 72,2 4,5 22 48 2 60 1,25 120 10,3 26,1 75,3 3,1 25 51 3 65 1,18 120
9,4 20,0 74,6 3,0 24 51 4 80 1,18 120 9,4 20,0 74,8 3,0 24 50 5 100 1,10 120 10,7
21,2 73,1 3,0 24 51 6 65 1,18 95 11,2 21,3 13,4 1,7 25 52 7 80 1,42 120 11,2 16,2
73,4 1,6 14 33 8 45 eine erneute Verstreckung ist unmöglich wolle - - - 9,0 20,0
75,6 - 31 55
Acrylsynthesefasern, die aus einer Monokomponente
bestehen, werden vnter den gleichen Bedingunen, wie sie in Beispiel 1 beschrieben
worden sind, hergestellt, mit der Ausnahme, daß die vorstehend erwähnten Komponenten
A und B einzeln verspornen werden. Die irreversiblen Quellgrade sowie die anfänglichen
Young'schen lioduli in herßem Wasser bei 95 °C der Acrylnitrilpolymeren dieses Beispiels
sowie die irreversiblen Quellungsgrade sowie die anfänglichen Young'schen Moduli
in heißem Wasser bei 95 oG der Fasern werden gemessen.
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Dabei stellt man fest, daß die irreversiblen Quellungsgrade der beiden
Komponenten Ä und B 2,61 bzw. 1,55 betragen, während die anfänglichen Young'schen
Moduli in heißem Wasser bei 95 0C der entsprechenden Komponenten aus der folgenden
Tabelle II hervorgehen.
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Tabelle II Komponente zur Her- 4 5 Probe Nr. stellung der Innenseite
der schrauben-Komponente A Komponente B artigen Kräuselung 1 A 1,76 0,73 2 A 1,73
0,69 3 A 1,79 0,71 4 A 1,74 0,72 5 A 1,79 0,71 6 A 1,25 0,61 7 B 1,69 0,71 Aus der
Tabelle II ist zu ersehen, daß im Falle der durch die Ziffern 2, 3, 4 und 5 charakterisierten
Acrylverbundfaserproben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt
worden
sind, die Komponente A mit einem höheren anfänglichen Young'schen Modul EW95 in
heißem Wasser bei 95 °C die Innenkomponente der schraubenartigen Kräuselung bildet.
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Andererseits werden im Falle der Acrylverbundfaserprobe 7, bei welcher
die Temperatur der erneuten Verstreckung sowie das Verstreckungsverhältnis von der
bevorzugten Arbeitsweise gemäß vorliegender Erfindung abweichen, durch die erneute
Wärmeentspannungsbehandlung die Innen- uni Außenschichten der schraubenartigen Kräuselung
gegeneinander ausgetauscht, wobei die Komponente B mit geringerem anfänglichen Young'schen
Modul EW95 in heißem Wasser bei 95 °C die Innenkomponente der schraubenartigen Kräuselung
bildet, so daß die Kräuselungsentwicklungskraft sowie die elastische Erholung der
Kräuselung des Endproduktes jeweils niedriger sind.