DE2458071A1 - Verfahren zur herstellung von reissverschluessen - Google Patents

Description

Bayer Aktiengesellschaft 245307 τ

Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen

Sd t/As 509 Leverkusen, Bayerwerk

Verfahren zur Herstellung von Reißverschlüssen

Die Erfindung betrifft die Verwendung von gebrauchstüchtigen Polyestermonofilen für die Herstellung von Reißverschlüssen.

•Die Herstellung von Reißverschlüssen aus synthetischen Hoch- . polymeren (Thermoplasten) ist seit langem bekannt*· Dabei werden Monofile in einem bestimmten Abstand durch eine Prägevorrichtung breitgepreßt oder breitgeschlagen. Das Monofil kann nun z.B. in ein"Gewebestück eingewebt werden. Zwei Gewebestücke mit endständigen,, breitgeprägten Monofilen können nun mittels eines Schieb/ers ineinander verhakt werden, so. daß man einen Reißverschluß erhält. Das Monofil mit den im bestimmten Abstand breitgeprägten-Stellen kann auch zu einer Wendel'verformt werden. Zwei dieser Wendeln werden dann gegenseitig so ineinander verhakt, daß sie von den Prägestellen (Köpfen) zusammengehalten werden.

Für bestimmte Anwendungsbereiche verwendet man Heißverschlüsse aus Monofilen, die aus Polycaprolactam hergestellt werden. Dabei wird das Polycaprolactam mittels Spinnaggregaten durch feine Düsen zu Monofilen·verformt, in ein kaltes Wasserbad abgesponnen und zur Verbesserung der mechanischen und textiltechnischen Eigenschaften anschließend auf das Mehrfache seiner ursprünglichen Länge verstreckt.

Monofile aus Polycaprolactam sind sehr flexibel und lassen sich deshalb sehr gut zu Reißverschlüssen verarbeiten. Durch

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ihre fei :-£.-"? ι τ und wege:; ihrer groSen Quecfestigkeix neigen sie liiefart dazu, beim Prägen aufzuplatzen. Als weiterer großer Vorteil fest sich erwiesen, daß die Prägemaschinen wegen, der guten Flexibilität der Polycaprolactam-Monofile kaum Verschleißers cheinungen neigen.

Allerdings lassen sich Polycaprolactam-Monofile für die ReißverschltiSherstellung nur bis zu einem Durchmesser von ca. 0,60 EE verwenden. Bei größeren Durchmessern macht sich die Wasseraufnahmefähigkeit des Polycaprolactams unangenehm bemerkbar« Eie Reißverschlüsse quellen im Hegen oder bei hoher Luftfeuchtigkeit auf und lassen sich entweder gar nicht mehr oder nur unter großen Schwierigkeiten auf- oder zuziehen. Damit bleibt z.B. das Gebiet der Dekorationsreißverschlüsse an Tragetaschen und Stiefeln oder das Gebiet der Oampingartikel wie Zelte und Planen für Polycaprolactam-Monofile verschlossen.

Die Lösung dieses Problems hat man dadurch versucht, daß man für diese Einsatzgebiete Reißverschlüsse aus Polyäthylenterephthalat verwendet. Polyäthylenterephthalat wird ebenso wie Polycaprolaataia zu Monofilen verformt, in heißes Wasser abgesponnen uni zur Verbesserung der mechanischen und textiltechnischem Eigenschaften anschließend auf das Mehrfache seiner ursprünglieben Länge verstreckt. Dies geschieht wegen der besseren Wärssübertragung seist in einem Wasserbad von 95°C· Zur Erzielung einer besseren Dimensionsstabilität können die Monofile nock auf beheizten Galetten oder in heißer Luft fixiert v? erden.

Monofile aus Falyäthylenterephthalat zeichnen sich durch relativ hohe Festigkeit und gute Dimensionsstabilität in Gegenwart vqn Wasser aus» da sie maximal 0,6 fo Feuchtigkeit aufnehmen und daher nicht aufquellen. Das gleiche gilt natürlich auch

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für Reißverschlüsse aus Monofilen aus Polyäthylenterephthalat.

Allerdings zeilen sich hier auch einige Nachteile. Schon bei der Herstellung macht es Schwierigkeiten, ein rundes und kein ovale3 Monofil zu erhalten.

Wegen der überaus großen Steifheit der Polyäthylenterephthalat-Monofile muß man in ein Wasserbad abspinnen, dessen Temperatur über dem Glaspunkt (Umwandlungstemperatür 2. Ordnung) des PoIyäthylenterephthalates ringen muß, d.h. es muß in einem mehr oder weniger eng umgrenzten Temperaturbereich zwischen 70 und 80 C gearbeitet werden. Viel höher darf die Temperatur nicht sein, weil das Monofil sonst nicht genügend abkühlt und noch relativ plastisch bleibt, so daß es sich an der Umlenkrolle im Wasser noch verformt und oval wird. Auch bei der Verarbeitung der Polyäthylenterephthalat-rMonofile zu Reißverschlüssen treten Schwierigkeiten auf. Das zeigt sich z.B. darin, daß die Produktionsmascainen wegen der hohen Steifigkeit des Materials in unverhältnismäßig kurzer Zeit Verschleißerscaeinungen zeigen. Außerdem treten beim Prägen der Verhakungsstellen wiederholt Spleißstellen auf, d.h. der Draht platzt in Längsrichtung auf, weil er ungenügend flexibel ist und eine zu niedrige Querfestigkeit besitzt.

ils wurde nun gefunden, daß man die guten Eigenschaften des Polycaprolactam wie problemloses Abspinnen in kaltes Wasser und keine Gefahr von Ovalität sowie gute Elastizität und Weichheit, gute ^uerfestigkeit und ausgezeichnete Prägeeigenschaften, d.h. unter anderem geringer Verschleiß der Verarbeitungsmaschinen, mit den guten Eigenschaften des Polyäthylenterephthalates wie geringe Wasseraufnahme und damit ausgezeichnete Dimensionsstabilität in Gegenwart von Feuchtigkeit verbinden kann, wenn man Eeißverschlüsse aus Monofilen herstellt, die aus Poly butylenterephthalat niit einer relativen Lösungsvisko-

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sität von 1,80 bis 1,94, vorzugsweise 1,81 - 1,87 gesponnen wurden.

Monofile aus Polybutylenterephthalat mit einer relativen Lösungsviskosität von 1,80 - 1,94, vorzugsweise 1,81 - 1,87, werden hergestellt, indem man das Polymere in einem Extruder bei einer Temperatur von 250 - 260⁰C aufschmilzt, durch eine Düse in ein kaltes Wasserbad abspinnt und zur Verbesserung der mechanischen und textiltechnischen Eigenschaften anschließend auf das Mehrfache seiner ursprünglichen Länge verstreckt. Zur Erzielung der bestmöglichen Eigenschaften wird in einem bestimmten Verhältnis (etwa 1i3 bis 1*6) und in einem mehr oder weniger eng umgrenzten Temperaturbereich (zwischen 80 und 200⁰C) verstreckt. Feinere Drähte werden meistens auf beheizten Platten oder heißen Galetteri verstreckt, während man es vorzieht, die stärkeren Monofile wegen der besseren Wärmeübertragung in heißem Wasser zu verstrecken. Um den Kochschrumpf (gemessen nach 10 min in kochendem Wasser) von ca. 10 $ herabzusetzen, kann anschließend noch entweder in heißem Wasser, auf beheizter Galette oder in heißer Luft mit oder ohne Spannung fixiert werden. Monofile aus Polybutylenterephthalat mit einer relativen Lösungsviskoaität von 1,80 bis 1,94, vorzugsweise 1,81 bis 1,87 zeigen selbst bei so großen -Durchmessern wie 0,80 mm oder 1,05 mm keine Ovalität. Die Festigkeit liegt je nach Streckverhältnis zwischen 20 und 40 Rkm bei 40 bis 20 $> Dehnung. Das Wasseraufnahmevermögen der Polybutylenterephthalat-Monofile beträgt nur 0,6 $.

Sie sind in Gegenwart yon Feuchtigkeit völlig dimensionsstabil. Die Drähte fassen sich weich an, sind sehr flexibel und erscheinen äußerlich den Polycaprolactam-Drähten ähnlich.

Die Verarbeitung der Monofile aus Polybutylenterephthalat mit einer relativen Lösungsviskosität von 1,80 bis 1,94, vor-

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zugsweise 1,81 bis 1,87,Zu Reißverschlüssen erweist sich als äußerst günstig. Wegen der ausgezeichneten Querfestigkeit treten zum Beispiel beim Prägen keinerlei Spleißstellen auf. Die gute Flexibilität trägt dazu bei, daß die stark beanspruchten Teile der Verarbeitungsina schinen erst nach der doppelten Zeit ausgetauscht werden müsse.η wie bei der Verarbeitung von Monofilen aus Polyethylenterephthalat,

üs ist äußerst wichtig, daß das Polybutylenterephthalat-Ausgangsmaterial eine relative Lösungsviskosität von 1,80 bis 1,94» vorzugsweise 1,81 bis 1,87 besitzt. Ist die relative Lösungsviskosität niedriger als gefordert, was gleichbedeutend mit einem niedrigeren Molekulargewicht ist, so lassen sich die kürzeren Molekülketten beim Verstrecken leichter in Längsrichtung des Drahtes ausrichten, und je mehr Ketten in Monofillängsaehse liegen, desto niedriger wird auch die Querfestigkeit. Mono-file mit einer niedrigeren relativen Viskosität als 1,80 neigen daher bei der Reißverschlußherstellung beim Prägen wesentlich leichter dazu, in Längsrichtung aufzuplatzen. Außerdem ist bei einer relativen Lösungsviskosität von kleiner als 1,80" die Schmelzviskosität so niedrig, daß sich zum Beispiel stärkere Monofile mit einem Durchmesser von z.B. 0,65 mm und höher nich,t herstellen lassen. Einer rel₀ Lösungsviskosität von l,8o bis 1,94 entspricht eine Schmelzviskosität von 4800-10000 Poise bei 28o°C. Beim Austritt des Monofils aus der Düse ist die Schmelzviskosität so niedrig,daß es durch sein eigenes Gewicht zwischen Düse und Ümlenkrolle schneller ins Wasserbad läuft als es von der Abzugsmaschine gezogen wird.Setzt man die Umlenkrolle kurz unter die Düse,um das Gewicht zu verringern,so ist das Monofil an der Umlenkrolle noch plastisch und erhält einen

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völlig ovalei. Querschnitt ₉ cUiu es ist für die Reißverschlußherstellung ungeeignet« Verringert man. z.B. die Schmelztemperatur von 250 bis 26O°C auf 24O⁰G, so wird der Draht schuppig und rauh.

Ein Polybutylenterephthalat mit einer höheren relativen Lösungsviskosität als 1,94 bringt größere Verarbeitungsschwierigkeiten, d.h. wegen seiner hohen Schmelzviskosität läßt es sich kaum noch verspinnen« Die Spinnpumpen brechen laufend und wegen des hohen Druckes werden die Spinnkopfe undicht«, Auch ist der molekulare Abbau dieses hochviskosen Materials beim Spinnen so groß,, dais ι*»« erhaltene I&onofil die gleiche relative Lösungsvisko-sität hat, '."ie ein Draht, der aus einem Material mit einer relativen Lösungsviskosität zwischen 1_s80 bis 1,94 gesponnen wurde»

Ein MaS für die ausgezeichnete Elastizität der Monofile aus Polybutylenterephthalat ist zum Beispiel der sog. Elastizitätsgrad oder die elastisch® Erholung. Man stellt eine sog. Hysterese-Kurve auf, indem man Monofile bis zu 50 $ ihrer Festigkeit (gemessen in Rkm) belastet und dann wieder entspannt, üs kann dann im Kraft-Dehnungs-Diagramm die bleibende Dehnung bzw. die elastische Erholung gemessen werden* Die Figur» I zeigt derartige Hysterese-Kurven im Kraft-Dehnungsdiagramm. Pig«, la zeigt die Kurven für ein Monofil aus Polyalkylenterephthalat^ Ifc für Polybutylenterephthalat und Ic für Polycaprolactajn. Es wurde jeweils an einen im Verhältnis 1 : 4.0 verstreckten Monofil von 0,50 ram Durchmesser gemessen. Auf der Abszisse ist die Dehnung (in ^), auf der Ordinate die Kraft (in Kp) aufgetragen. Man erkennt, daß bei la ein Elastizitätsgrad (elastische Erholung) von ca. 30 %, bei Ib von ca. 80 % und bei Ic von ca. 90 % erzielt wird.

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•V-

Ein weiteres Maß für Steifigkeit und Querfestigkeit ist die sogenannte Knickhruchzahl. Dabei wird ein Monofil in zwei Metallklejnmen eingespannt und nach 50 mm mit zwei weiteren Klemmen auf 10 i<> seiner Reißkraft verzogen. Diese letzten beiden Klemmen biegen nun den Draht jeweils 90 nach HiIkS₇ dann 90° nach rechts. Angegeben wird, nach wieviel Verbiegungen nach rechts und links das Monofil abbricht.

Diese beiden Messungen wurden an Drähten mit gleichem Durchmesser durchgeführt (0,70 mm). Das Ergebnis zeigt die Tabelle:

rel. ' elast. Knick-

Material Viskosität Erholung bruchzahl

Polybutylenterephthalat 1,85 80% 770

Polyäthylenterephthalat 1,83 28 % 338

Polycaprolactam 3,00 87 % 726

Lösung in m-K.res.ol, 25°C

Es ist zu erkennen, daß sich Monofile aus Polybutylenterephthalat ähnlich elastisch wie solche aus Polycaprolactam verhalten, während Monofile aus dem.wesentlich steiferen Polyäthylenterephthalat· bei der Hysterese-Kurve eine sehr starke-bleibende Verformung erleiden und wegen der ungenügenden Querfestigkeit sehr früh abbrechen.

Monofile aus Polbutylenterephthalat mit einer relativen Viskosität von 1,80 bis 1,94, vorzugsweise von 1,81 bis 1,87 lassen sich problemlos in kaltes Wasser abspinnen, zeigen keine Ovalität, besitzen gute Elastizität, Weichheit und ausgezeichnete Querfestigkeit, sind dimensionsstabil gegenüber Feuchtigkeit und lassen sich ausgezeichnet prägen, so daß die

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Verschleißerscheinungen an den Verarbeitungsmaschinen sehr gering sind.

Im fiahmen der vorliegenden Patentanmeldung wurden die angegebenen relativen Lösurysviskositäten, wenn nicht anders angegeben, bestimmt durch Messung an einer 1 ^igen Lösung des Polymeren in o-Chlorp'henol bei 25 C im Vergleich zu reinem o-Chlorphenol.

Beispiel

Ej₇η Polybutylenterephthalat mit der relativen Viskosität von 1,85 wird in einem Extruder bei 255 C aufgeschmolzen, durch eine Düse mit einem Durchmesser von 2,0 mm gepreßt, in ein Wasserbad von 17 C abgesponnen» anschließend in einem Wasserbad von 95⁰C im Verhältnis von 1s4,1 verstreckt, in heißer Luft von 195 C unter Spannung fixiert und anschließend aufgewickelt. Das Monofil ist völlig rund und zeigt bei einem Durchmesser von 0,75 mm eine maximale Durchmesserschwankung von + 2,0 ^.

Die Festigkeit beträgt 31 Rkm bei 29 $> Dehnung. Der Kochschrumpf erreicht T $. Nimmt man von diesem Monofil eine Hysterese-Kurve auf, indem man es bis 15»5 Rkm belastet und dann wieder entspannt, so beträgt die elastische Erholung 82 fo. Die Knickbruchzahl,' gemessen wie oben beschrieben, liegt bei 755· Eine Verformung oder Längung des Monofils in Gegenwart von Feuchtigkeit wird nicht beobachtet. Eine Verarbeitung dieses Monofils auf einer Heißverschlußmaschine ergibt einen Reißverschluß mit ausgezeichneten Eigenschaften. Man erhält einen weichen, flexiblen Reißverschluß, der auf 200 Prägestellen keine Spleißstellen zeigt. Verschleißerscheinungen konnten nach 4 Tagen an der Verarbeitungsmaschine nioht festgestellt werden.

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Verwendet man dagegen ein Polybutylenterephthalat mit einer relativen Viskosität vpn 1,75 und stellt nach dem oben genannten Verfahren daraus ein Monofil her, so zeigt dessen Querschnitt ein ovales B:j-ld, Die lange Achse hat eine Länge von 0,80 mm, die kurze von 0,73 mm. Dieses Monofil ist deshalb trotz der gleichen Eigenschaften in Festigkeit und Dehnung nicht für die Reißverschlußherstellung geeignet.

Wird der Draht trotzdem verarbeitet, so platzt er beim Prägen auf. Auf 200 Prägestellen ^rden 15 Spleißstellen gezählt.

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Claims (3)

.JA, Patentansprüche "

1. Verwendung von Monofilen aus Polybutylenterephthalat mit einer relativen Lösungsviskosität 'V _ve-\ » gemessen an einer

l^igen Lösung des Polymeren in o-Chlorphenol bei 25⁰C, von l,8o bis 1,94 zur Herstellung von Reißverschlüssen.

2. Verfahren zur Herstellung von Reißverschlüssen durch Prägung und Verformung von Monofilen aus hochmolekularen Thermoplasten, dadurch gekennzeichnet, daß als Thermoplast ein Polybutylenterephthalat mit einer relativen Lösungsviskosität y , gemessen an einer 1 /algen Lösung des Polymeren in o-ChlSfpnenol bei 25°C, von 1,80 bis 1,94, verwendet wird.

3. Verfahren zur Herstellung von Reißverschlüssen durch Prä-r gung und Verformung von verstreckten Monofilen aus hochmolekularen Thermoplasten, dadurch gekennzeichnet, daß man Monofile verwendet, die durch Verspinnen von Polybutylenterephthalat mit einer relativen Lösungsviskosität ft -. ,' gemessen an einer 1 $igen Lösung des Polymeren in o-Chlorphenol bei 25 C von 1,80 bis 1,94, und Verstrecken der erhaltenen Monofile im Verhältnis 1:3 bis 1:6 und gegebenenfalls fixieren erhalten worden sind.-

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