DE2461198B2

DE2461198B2 - Verfahren zur Herstellung von PoIyesterfilamenten

Info

Publication number: DE2461198B2
Application number: DE2461198A
Authority: DE
Inventors: Jiro Ostu Nagatomo; Katsuya Shiga Tani; Hiroshi Otsu Yasuda
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1979-11-08
Also published as: DE2461198A1; US4105740A; JPS5124002B2; JPS5094231A

Description

- 1.58 log( In · !()·') + 4.18 ^ DR S ~ -^- '«gl I« · !<'"') + 5.93 .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filamentkabe! mit einer Streckgeschwindigkeit von 200 bis 600 m/min verstreckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß das Filamentkabel einstufig bei einer Temperatur von über 100⁰C verstreckt wird, wobei zum Erhitzen ein Wasserdampfstrahl in Kombination mit Heizplatten verwendet wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfilamenten durch Schnellspinnen einer Schmelze eines Polyesters, in dem mehr als 85 Mol-% der periodisch wiederkehrenden Einheiten aus Äthylenterephthalat bestehen, zu Filamenten mit einer Doppelbrechung Δ η von 0.020 bis 0,100 und nachfolgendes Verstrecken der Filamente.

Aus »Chemiefasern/Textilindustrie«, Juni 1973, Seiten 534 bis 537, ist ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Polyesterfilamenten bekannt, bei dem die Filamente bei einer f-Vinngeschwindigkeit zwischen 1000 und 4000 m/min zu einem Multifilamentgarn von 167 dtex/32 Filamenten gesponnen werden. Darin ist angegeben, daß eine Beziehun·-¹ besteht zwischen der Spinngeschwindigkeit und dei Doppelbrechung der dabei erhaltenen Polyesterfilamente sowie zwischen der Spinnorientierung (Doppelbrechung) der Filamente und dem beim nachfolgenden Streckprozeß erforderlichen Streckverhältnis. Über die Art und Weise des nachfolgenden Verstreckens wird in dieser Literaturstelle nichts ausgesagt.

Aus der US-Patentschrift 32 59 681 ist ein Verf?hren zur Herstellung eines verstreckten Polyesterkabels bekannt, bei dem mehrere 10 000 bis mehrere 100 000 von durch Verspinnen einer Polyesterschmelze hergestellten Polyesterfilamenten zu einem 10 bis 15 cm breiten Band mit einem Gesamttiter von mehreren 100 000 bis mehreren 1 000 000 den zusammengefaßt und dieses Kabel dann unter Hindurchführen durch ein Wasserbad von 50 bis 90°C verstreckt wird. Dabei wird mit einer geringen Spinngeschwindigkeit gearbeitet, die verhältnismäßig niedrigorientierten Filamenten (Δ /)<0,01) erzeugt, die zu dem zu verstreckenden Kabel zusammengefaßt werden. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist jedoch eine verhältnismäßig aufwendige Apparatur erforderlich, da beim Verstrek-

ji ken eines solchen Stranges bei Verstreckungsgeschwindigkeiten von 150 m/min und mehr sowohl die Verstreckungstemperatur als auch der Zuspannungsgradient an der teilweise in das wäßrige Bad eingetauchten Zuführungsrolle innerhalb enger Gren-

iii zen gehalten werden muß, um ein gleichmäßig verstrecktes und gleichmäßig anfärbbares Kabel zu erhalten. Schon bei geringfügiger Veränderung einer dieser beiden Variablen wird die Verstreckung des Kabels ungleichmäßig, so daß ein kommerziell nicht

ii akzeptables Garn erhalten wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand nun darin, ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe es möglich ist, nach dem Schnellspinnverfahien hergestellte Polyesterfilamentt bei hohen Streckge-

Ki schwindigkeiten von mehr als 150 m/min zu verstrecken, um dadurch bei geringem apparativem Aufwand eine hohe Produktivität zu erzielen, ohne daß dies auf Kosten der Gleichmäßigkeit der Verstreckung und der Anfärbbarkeit der dabei erhaltenen verstreckten FiIa-

4> mentegeht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gesponnenen Filamente zu einem Kabel mit einem Gesamttiter von über 100 000 den zusam-

>ii mengefaßt und bei Streckgeschwindigkeiten von mehr als 150 m/min mit einem Streckverhältnis DR verstreckt werden, das folgender Bedingung genügt:

- 1.58 log! In · K)¹) + 4.18 g I)R s - 2.32 log! In ■ I(V) + 5.93 .

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, durch Schnellspinnen einer Polyesterschmelze hergestellte Polyesterfilamente auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise bei Streckgeschwindigkeiten von mehr als 150 m/min zu verstrecken, wodurch eine hohe Produktivität erzielt wird, ohne daß dies auf Kosten der Gleichmäßigkeit der Verstreckung und der Anfärbbarkeit der dabei erhaltenen verstreckten Filamente geht. Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner gegenüber den bekannten vergleichbaren Verfahren den Vorteil, daß die erfindungsgemäß verwendeten, verhältnismäßig hochorientierten Polyesterfilamente mit einer Doppelbrechung von 0,02 bis 0,1 nicht so empfindlich sind gegenüber der angewendeten Verstreckungstemperatur und Zugspannungsgradienten an der teilweise in das wäßrige Verstreckungsbad eingetauchten Zuführungsrolle, so daß bei Durchführung des

ho erfindungsgemäßen Verfahrens die Verstreckung auch dann noch gleichmäßig ist, wenn eine oder beide der oben genannten Variablen bis zu einem gewissen Grade variiert werden. Das heißt, ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es

hi eine gleichmäßige Verstreckung auch bei geringer Schwankung der Verfahrensvariablen gewährleistet. Dies hat zur Folge, daß es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei geringem apparativem Aufwand möglich

ist, die Verstreckung bei einer höheren Temperatur durchzuführen als sie üblicherweise angewendet wird, und eine gleichmäßigere Verstreckung der Filamente auch bei geringer Schwankung der Verfahrensvariablen zu erzielen, so daß die dabei erhaltenen Endprodukte eine gleichmäßigere Anfärbbarkeit besitzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Filamentkabel mit einer Streckgeschwindigkeit von 200 bis 600 m/min verstreckt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Filamentkabel einstufig bei einer Temperatur von über 100°C verstreckt, wobei zum Erhitzen ein Wasserdampfstrahl in Kombination mit Heizplatten verwendet wird.

Bei den Polyestern, die erfindungsgemäß verwendbar sind, handelt es sich um Polyester, bei denen mehr als 85 Mol-% der periodisch wiederkehrenden Einheiten aus Äthylenterephthalat bestehen. Polyäthylenterephthalat ist bevorzugt, das aus Terephthalsäure oder einem funktionellen Derivat davon und Äthylenglykol hergestellt worden ist Die Polyester können jedoch auch Mischpolymerisate sein, bei denen tin Teil der Terephthalsäure oder eines funktionell Derivates davon durch wenigstens eine bifunktionelle Säure ersetzt ist, die beispielsweise ausgewählt wird aus der Gruppe Isophthalsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Azelainsäure, Naphthalsäure, p-Oxybenzoesäure, 2,5-Dimehtylierephthalsäure, Bis-p-carboxyphenoxyäthan 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 3,5-Di-(methoxycarbonyl)benzolsulfonsäure, aus ihren Alkalimetallsalzen und ihren funktionellen Derivaten als eine Säurekomponente in einer Menge von weniger als 15 Mol-%. Die Polyester können auch solche Mischpolymerisate sein, bei denen ein Teil von Äthylenglykol durch wenigstens einen zweiwertigen Alkohol ersetzt ist, der beispielsweise ausgewählt wird aus der Gruppe Diäthylenglykol, Propylenglykol, 1,4-Butandiol und l/l-Hydroxymethylcyclohexan als eine Glykolkomponente in einer Menge von weniger als 15 Mol-%, vorzugsweise weniger als IO Mol-%. Derartige Polyester können natürlich ein Antioxydans, ein Mattierungsmittel, ein Färbemittel, ein Mittel zur Flammfestmachung, ein Mittel zur Verbesserung der Aufnahmefähigkeit für Farben und dergleichen enthalten. Die grundmolare Viskosität solcher Polymerisate ist nicht speziell begrenzt. Es genügt. Polymerisate zu verwenden, die eine grundmolare Viskosität haben, wie sie im allgemeinen beim Kabelstrecken angewendet wird, beispielsweise eine grundmolare Viskosität von etwa 0,35 bis 0.70, gemessen bei 30'C in einem gemischten Lösungsmittel aus Phenol und Tetrachloräthan in einem Verhältnis von 6 :4. Unter »grundmolare Viskosität« ist hier die »Intrinsikviskosität« zu verstehen.

lis ist erfindungsgemäß erforderlich, daß die unverstreckten Filamente nach dem Spinnen eine Doppelbrechung Δ η im Bereich von 0,020 bis 0.100 haben. Zum Erzielen einer guten Verstreckbarkeit empfiehlt sich besonders ein Bereich von 0,025 bis 0,070. Wenn die Doppelbrechung der ungestreckten Filamente weniger als 0,020 beträgt, tritt häufig ein Fadenbruch infolge der Unordnung bzw. Regellosigkeit in der gebündelten Form des Kabels ein, so daß es schwierig ist, kommerziell brauchbare Produkte zu erhalten. Gleichzeitig wird es unmöglich, einen Fadenbruch infolge eines scharfen Anstiegs der Kabelspannung zu Beginn dts Hochgeschwindigkei istreckens und beim Wiederanlaufen nach einer Stillegung zu verhindern. Andererseits ist es schwierig, unverstreckte Filamente zu erspinnen, die eine oberhalb 0,100 liegende Doppelbrechung haben.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es erforderlieh, das Verstrecken bei dem durch die obige Formel veranschaulichten Streckverhältnis auszuführen. Für das Verstrecken können herkömmliche Verfahren angewendet werden, wie sie beim Polyesterkabelverstrecken angewendet werden, also ein einstufiges oder

ι» mehrstufiges Streckverfahren, bei dem heiße Platten, Dampf oder ein Heißluftstrom, die über den Phasenübergangspunkt zweiter Ordnung erhitzt sind, oder eine geeignete Kombination dieser Mittel verwendet werden (wird). Es ist besonders günstig, eine höhere

1i Strecktemperatur zwischen 120° C und 230° C anzuwenden. Wenn hoch-orientierte Filamente bei einer derart hohen Temperatur gestreckt werden, erfolgt eine Orientierungskristallisation gleichzeitig mit der Strekkung, wodurch man gestreckte Filamente mit niedrigem

2i) Schrumpfungsvermögen erhält, d; für die Verwendung als Gewebe geeignet sind und eir.s geringe Restdehnung haben.

Bei dem erfindungsgemäß angewendeten Streckverhältnis ist eine Fixierung zwischen der oberen Grenze

2Ί von — 2,32 log (Δ π χ ΙΟ³) + 5,93 und der unteren Grenze - 1,58 log (Any. 10^J) + 4,18 erforderlich. Eine Streckung bei einem größeren Verhältnis als der oberen Grenze führt zu einem häufigen Brechen der Filamente, wodurch die Produktqualität verschlechtert wird.

so Gleichzeitig tritt dadurch häufig eine Filamentverwirrung um Rollen auf, so daß der Arbeitswirkungsgrad verringert wird. Eine Streckung bei einem geringeren Verhältnis als der unteren Grenze gibt ungestreckte Restteile, eine größere Titer-Schwankung und größere

i> Färbungsungleichmäßigkeit.

In dem Diagramm der Zeichnung ist die Beziehung zwischen dem Streckverhältnis DR, das durch die vorstehend genannte Formel veranschaulicht ist, und der Doppelbrechung Δ η der Filamente vor dem

4ü Verstrecken dargestellt. Auf der Ordinate ist das Tlreckverhältnis in Vielfachen und auf der Abszisse ist die Doppelbrechung Δ π χ 10^! der Filamente vor dem Verstrecken in einem logarithmischen Maßstab aufgetragen. Der durch die gestrichelten Linien umgrenzte

r, Abschnitt ist der crfindungsgemuß angewendete Streckbereich.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Polyäthylenrerephthalat mit einer grundmolaren Viskosität η von 0,6, gemessen in einem gemischten Lösungsmittel aus Phenol und Tetrachloräthan im Verhältnis von 6 :4 bei 30°C, wird bei einer Spinntcm- >-. peratur von 290"C durch eine Spinndüse extrudiert, die 300 Extrusionsöffnungen aufweist, von denen jede einen Durchmesser von 0,25 mm hat und die kreisförmig angeordnet sind. Die extrudierten Filamente werden direkt unter de. Spinndüse durch einen Kühlluftstrom wi schnell abgekühlt, der mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,4 m/s von der ganzen, die Filamente umgebenden Fläche dagegengeblasen wird. Danach werden die gekühlten und verfestigten Filamente auf einer Spule aufgewickelt. Durch Variieren der Extrude sionsmenge des Polymerisats und der Aufwickelgeschwindigkeit erhält man sechs Arten von Filament-Garnen, nämlich die in Tabelle I genannten Proben Λ bis F.

Tabelle
Probe

A
B
C
D
Γ

Diese Filament-Garne werden jeweils zu einem

Polymerisat- Aufwickelge- Doppel- Kabel von 1 000 000 den zusammengefaßt. Die Kabel

extrusions- schwindigkeil brechung Λ η werden mit einer Streckgeschwindigkeit von 160 m/min

menge in in m/min des Filament- oder 200 m/min verstreckt, wobei heiße Platten mit

g/min Garns -. einer Temperatur von 90⁰C bei Streckungsverhältnis-

sen verwendet werden, die verstreckte Garne mit

178 1000 0,006 gleichen Festigkeiten und Dehnungen ergeben. Dann

208 1550 0,012 werden die Verstreckbarkeit und das Auftreten von

250 2000 0,021 Fadenbrüchen am Beginn und während des Stieckvor-

250 2500 0,028 n> ganges für jedes Kabel geprüft. Die Ergebnisse sind in

284 2900 0.037 Tabelle Il dargestellt.
291 3200 0,042

Tabelle Il

Probe

Streckverhältnis in
Vielfachen

Streckgeschwindigkeit 160 m/min

Fadenbrüche
am Beginn
des Streckens

Fadenbrüche
während des
Streckens

Streckgeschwindigkeit
200 m/min

Fadenbrüche
am Beginn
des Streckens

Fadenbrüche
während des
Streckens

C
D
E
F

3.70
3,00

2.50
2,20
2,00
1.80

vergleichsweise wenig

keine
keine
keine
keine

viel

vergleichsweise vfini

keine
keine
keine
keine

viel
mittel

keine
keine
keine
keine

viel
viel

keine
keine
keine
keine

Wie aus Tabelle II zu ersehen, treten bei dem herkömmlichen Kabel gewöhnlich im Gebrauch (Probe A) Fadenbrüche bei einer Geschwindigkeit von 160 m/min oder 200 m/min bei Beginn des Streckvorgangs durch die scharfe Spannungsänderung auf. Gleichzeitig stellen sich viele Fadenbrüche auch während des Streckvorgangs ein. Deshalb ist es unmöglich, kommerziell vorteilhafte Fasern zu erzielen. Bei dem Polyesterkabel der Probe B. die eine höhere Doppelbrechung als die allgemein verwendeten aufweist, deren Doppelbrechung jedoch niedriger ist als die untere Grenze von 0,020, ergeben sich ähnliche Schwierigkeiten beim Verstrecken wie bei den gewöhnlich verwendeten Polyesterkabeln. Im Gegensatz dazu sind die aus den hochorientierten Garnen gemäß der Erfindung zusammengesetzten Kabel entsprechend den Proben C und F vollständig frei von Fadenbrüchen zu Beginn und während des Streckvorgangs auch bei einer Verstrekkung mit einer derart hohen Geschwindigkeit, wobei man ein hochqualitatives gestrecktes Garn erhält, welches keine Fehler aufweist und kommerziell gesehen einwandfrei ist.

Beispiel 2

Die ungestreckten Proben C bis F von Beispiel t werden jeweils zu einem Kabel von 500 000 Denier gebündelt. Diese Kabei werden mit verschiedenen Streckverhältnissen verstreckt, wobei heiße Platten von 150⁼C verwendet werden, um die Verstreckbarkeit zu prüfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt. Die unverstreckten Proben C bis F sind solche Proben, die der Doppelbrechung genügen, die erfindungsgemäß festgelegt ist. Die Streckungsverhältnisse gemäß der Erfindung betragen für die Probe C 2,09 bis 2,86, für die Probe D 1,89 bis 2,56, für die Probe E 1,70 bis 2,59 sowie für die Probe F 1,62 bis 2.16.

Wie aus Tabelle III ersichtlich, ist in allen Fällen, in denen die Verstreckung innerhalb des Bereiches der η erfindungsgemäß festgelegten Verstreckungsverhältnisse durchgeführt wird, die Verstreckbarkeit gut, wobei kein Fadenbruch oder keine unverstreckten Restteile auftreten. Man erhält ein hochqualitatives verstrecktes Garn, das keine Fehler aufweist und vom kommerziellen

bO Gesichtspunkt aus betrachtet einwandfrei ist. Wenn jedoch die Verstreckung außerhalb des Bereichs der erfindungsgemäß angewendeten Streckungsverhältnisse durchgeführt wird, treten unverstreckte Restteile auf der Seite des niedrigen Streckverhältnisses auf,

b5 während auf der Sehe des höheren Streckverhältnisses viele Fädenbrüche auftreten. Es ist deshalb unmöglich, ein für den Handel brauchbares verstrecktes Garn zu erhalten.

Tabelle III	Probe	D	E	F
Streckver	Q
hältnis in		Großer Anteil	Großer Anteil	Großer Anteil
Vielfachen	Großer Anteil	von unverstreckten	von unverstreckten	von unverstreckten
1,5	von unverstreckten	Restteilen	Restteilen	Restteilen
	Restteilen	Großer Anteil	Großer Anteil	Ziemlich großer
	OroUer Anteil	von unverstreckten	von unverstreckten	Anteil von unver
1,6	von unverstreckten	Restteilen	Restteilen	streckten Restteilen
	Restteilen	Einige unverstreckte	gut	gut
	Großer Anteil	Restteile
1,8	von unverstreckten
	Restteilen	gut	gut	gut
	Einige unverstreckte
2.0	Restteile	gut	gut	Einige Fadenbrüche
	gut	gut	Einige Fadenbrüche	Viele Fadenbrüche
2.2	gut	Einige Fadenbrüche	Viele Fadenbrüche	Verstreckung
2.4	gut			unmöglich
2.6		Viele Fadenbrüche	Verstreckung unmöglich	Verstreckung
	gut			unmöglich
2.8		Verstreckung unmöglich	Verstreckung unmöglich	Verstreckung
	Einige Fadenbrüche			unmöglich
3.0

Pie folgenden Erläuterungen zeigen die Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Stapelfasern:

Die unverstreckte Probe F von Beispiel 1 wird zu einem Kabel von 700 000 Denier gebündelt. Das Kabel wird mit einem Streckverhältnis des Faktors 1,9 und mit einer Streckgeschwindigkeit von 250 m/min in Dampf von 150⁰C verstreckt, der gegen das Kabel von einem Dampfstrahlspalt gestrahlt wird, der quer zur Laufrichtung des Kabels angeordnet ist. Das Kabel wird dann

durch Hindurchführen durch einen Spalt zwischen heißen Platten von 180° C über einer Länge von 5 m wärmebehandelt. Danach wird dieses verstreckte Kabel mechanisch gekräuselt, wärmefixiert, geschmälzt und geschnitten. Die so erhaltenen Polyesterstapelfasern haben eine Festigkeit von 4,70 g/d, eine Dehnung von 24,5% und eine Schrumpfung durch Trockenerwärmung von 1,2%. Diese Fasern sind als Stapelfasern für gesponnenes Garn äußerst zufriedenstellend.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung von Polyesterfilamenten durch Schnellspinnen einer Schmelze eines Polyesters, in dem mehr als 85 Mol-% der periodisch wiederkehrenden Einheiten aus Äthylenterephthalat bestehen, zu Filamenten mit einer Doppelbrechung Δ π von 0,020 bis 0,100 und nachfolgendes Verstrekken der Filamente, dadurch gekennzeichnet, daß die gesponnenen Filamente zu einem Kabel mit einem Gesamttiter von über 100 000 den zusammengefaßt und bei Streckgeschwindigkeiten von mehr als 150 m/min mit einem Streckverhältnis DR verstreckt werden, das folgender Bedingung genügt: