DE2550081B1

DE2550081B1 - Verfahren zur herstellung eines bikomponentenfadens

Info

Publication number: DE2550081B1
Application number: DE19752550081
Authority: DE
Inventors: Erich Kessler; Heinz Linhart; Erhard Dipl-Chem Dr Siggel; Gerhard Wick
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo GmbH
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1975-11-07
Publication date: 1977-04-28
Also published as: IT1066604B; GB1543423A; JPS5285513A; JPS6031925B2; FR2330783A1; FR2330783B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bikomponentenfadens, dessen eine Komponente eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden, unterbrochenen Hohlräumen aufweist, wobei in der Schmelze eines synthetischen Polymeren vor dem Verspinnen ein gegenüber der Schmelze inertes Gas oder eine inerte, gasbildende Substanz gelöst oder dispergiert wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DT-OS 14 35 481 bekannt. Durch spezielle Temperaturführung unterhalb der Spinndüse soll es dabei möglich sein lediglich im Kern der sich bildenden Fäden ein Aufschäumen zu bewirken, während in der Mantelzone der Schäumvorgang durch Kühlung verhindert wird. Die entstehenden Fäden besitzen mithin einen undurchlässigen Mantel, der den mit — nach der Verstreckung der Fäden langgestreckten — Hohlräumen durchsetzten Kern fest umschließt.

Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist einmal die Tatsache, daß nur eine äußerst genaue Temperaturführung zu einer Bikomponentenstruktur (mit geschäumtem Kern und nicht geschäumtem Mantel) führen kann. Bei ungenügender Kühlung entsteht ein durch und durch geschäumter Faden mit Monokomponentenstruktur, d.h. ein einfacher Schaumfaden. Zum anderen bietet dieses bekannte Verfahren nicht die Möglichkeit, außer der Kern-Mantel-Struktur mit geschäumtem Kern andere technisch interessante Bikomponentenstrukturen herzustellen, beispielsweise Kern-Mantel-Strukturen mit massivem Kern und geschäumtem Mantel, wobei der Kern auch eine exzentrische Lage zur Fadenachse besitzen kann, oder Seite-an-Seite-Strukturen. Damit bietet das bekannte Verfahren auch keine Möglichkeiten, kräuselfähige Bikomponentenstrukturen herzustellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile dieses bekannten Verfahrens zu beseitigen. Insbesondere sollen Bikomponentenfaden mit starker Kräuselfähigkeit bei geringem Gewicht und definierter Festigkeit hergestellt werden. Dabei soll das Herstellungsverfahren spinntechnisch einfach und sicher sein, insbesondere beim Spinnen der Fäden diesen zugleich eine potentielle Kräuselfähigkeit mitgegeben werden.

Diese Aufgabe wird beim eingangs angeführten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Schmelze des synthetischen Polymeren aufteilt, hierauf einem Teilstrom der Schmelze bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Schmelze dieses Teilstroms, eines Silikonöls und das inerte Gas oder die inerte gasbildende Substanz unter solchen Bedingungen zumischt, daß der Volumenanteil des Gases, bezogen auf das Gesamtvolumen der Schmelze dieses Teilstromes, kleiner als 10% ist, und dann die Teilströme separat einem Bikomponentenspinnkopf zuführt.
Durch das Zumischen von Silikonöl werden die Verspinnbarkeit des Polymeren wesentlich verbessert, die Laufzeiten der Spinndüsen wesentlich erhöht und vor allem sichergestellt, daß die Hohlräume gleichmäßig verteilt vorliegen und in relativ engen Bereichen liegende Durchmesser besitzen. Die erfindungsgemäß hergestellten Fäden weisen in definierten Bereichen eine Vielzahl von nebeneinander- bzw. hintereinanderliegenden, im verstreckten Zustand etwa nadeiförmigen Hohlräumen auf, die einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und einen Durchmesser (in einem Faden textlien Titers) von in der Regel zwischen etwa 0,5 μηι und 6 μπι, bei höheren Einzeltitern aber auch bis etwa 10 μηι oder mehr besitzen.

Die Zumischung des Silikonöls und des Gasbildners erfolgt zweckmäßigerweise zwischen einer der Aufschmelzvorrichtung nachgeschalteten Druckpumpe und einer dem Spinnkopf vorgeschalteten Dosier- oder Spinnpumpe, wobei der Schmelzedruck vorzugsweise zwischen 50 und 200 bar, insbesondere zwischen 80 und 160 bar liegt.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, zwischen 0,1 und 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Schmelze des betreffenden Teilstroms, an Silikonöl zuzumischen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit praktisch allen fadenbildenden Polymeren, wie Polyamid 66, Polyamid 6, Polyäthylenterephthalat oder Copolymeren davon, Polypropylen oder anderen Polyolefinen durchführen. Wird Polyäthylenterephtha-

Iat verwendet, so werden vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,3 Gew.-°/o an Silikonöl zugemischt, beim Verspinnen von Polycaprolactam zwischen 0,2 und 0,4 Gew.-%.

Unter den handelsüblichen Silikonölen haben sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens solche mit einer Viskosität von 3 bis 40OcP (bei 20⁰C) besonders geeignet erwiesen. Besonders günstig sind nichtstabilisierte Silikonöle mit einer Viskosität von 3 bis 5OcP (bei 2O⁰C); höherviskose Silikonöle müssen zweckmäßigerweise mit bekannten Stabilisatoren, beispielsweise mit Cer-Verbindungen, stabilisiert werden.

Die Silikonöle können an sich bekannte Nukleierungsmittel, wie feinkörniges Titandioxyd, Kaolin, Talkum od. dgl. enthalten.

Die Menge an Gas, die der Schmelze beigemischt wird, kann in verhältnismäßig weiten Grenzen variiert werden. Es ist jedoch darauf zu achten, daß die Vermischung des Gases mit der Schmelze unter Bedingungen stattfindet, bei denen das Gas zu einem großen Teil in der Schmelze gelöst bzw. fein dispergiert wird. Die Bedingungen der Schmelze, die dabei eine Rolle spielen, sind im wesentlichen die Temperatur und der Druck. Durch Erhöhen der beigemischten Gasmenge wird die Dichte der entstehenden Fäden herabgesetzt. Es ist deshalb auf diese Art und Weise möglich, die Dichte der entstehenden Fäden durch Regulierung der zudosierten Menge in verhältnismäßig weiten Bereichen zu variieren. Die Menge des zugegebenen Gases kann beispielsweise durch Verändern des Druckes, mit dem das Gas in die Schmelze eingespeist wird, durch den Druck oder die Verweilzeit der Schmelze an der Gaszuführungsstelle variiert werden. Vorzugsweise soll der Volumenanteil des Gases, bezogen auf das Gesamtvolumen der Schmelze des Teilstroms, kleiner als 5% sein.

Die Dichte der Fäden kann auch dadurch variiert werden, daß man unterschiedliche Gase verwendet. Eine weitere Möglichkeit, die Dichte der Fäden zu variieren, besteht darin, daß man als inertes Gas eine Mischung zweier oder mehrerer Gase verwendet und dabei die Anteile der einzelnen Gase im Gasgemisch variiert. So ist es auf besonders einfache Weise möglich, bestimmte Dichten zu erhalten, indem man alle übrigen Bedingungen, wie Druck, Temperatur, Fördergeschwindigkeit, Verweilzeit im Mischer usw. konstant hält und nur den Anteil eines Gases im zudosierten Gasgemisch variiert Beispielsweise kann man sehr vorteilhaft unter der Verwendung von Kohlendioxyd-Stickstoff-Gemischen geeignete Dichten einstellen. Auch ist es möglich, zwei oder mehrere Gase an hintereinanderliegenden Stellen zuzuführen.

Geeignete gasbildende Substanzen sind organische Lösungsmittel. Ähnlich wie beim zugemischten Gas bilden sie, wenn die Schmelze an der Spinndüse austritt, im Faden die erfindungswesentlichen Hohlräume. Als Gasbildner kommen u. a. niedrig siedende Kohlenwasserstoffe, wie Pentan oder Hexan, bei Zimmertemperatur gasförmig vorliegende Kohlenwasserstoffe, wie Butan, und halogenierte Paraffine, insbesondere Fluorkohlenwasserstoffe, wie Tetrachlorfluoräthan od. dgl. infrage.

Die Spinnbedingungen sind im wesentlichen die gleichen wie beim Verspinnen der keine Hohlraumbildner enthaltenden Schmelze. Es kann deshalb — mit Ausnahme der zu ergänzenden Leitungen für die Zuführung des Silikonöls und des Gasbildners sowie eines zu ergänzenden Mischers — auf konventionelle Spinnapparaturen, insbesondere konventionelle Bikomponentenspinnköpfe zurückgegriffen werden.

Alle erfindungsgemäß hergestellten Bikomponentenfaden lassen sich besonders problemlos verspinnen und mit Streckverhältnissen verstrecken, die nur geringfügig unter denen eines keine Hohlräume enthaltenden, sonst aber aus gleichen Polymeren bestehenden Fadens mit nur einer Komponente liegen. Erfindungsgemäß zu verwendende Streckverhältnisse liegen bei mit etwa 1200 m/min abgezogenen Bikomponentenfaden bei etwa 1 :3,0 bis 1 :3,2 für Polyäthylenterephthalat und 1 :2,5 bis 1 :2,6 für Polycaprolactam.

Auch ist es ohne Schwierigkeiten möglich, neben Bikomponentenfaden mit kreisrundem Querschnitt solche mit anders profiliertem, beispielsweise, rechteckigem, fünf- oder sechseckigem, ovalem oder dreilappigem Querschnitt herzustellen.

Die Anwesenheit der vielen Hohlräume in der einen Komponente des Bikomponentenfadens verleiht dieser Komponente bereits sich von denen der anderen Komponente hinreichend unterscheidende physikalische Eigenschaften, um eine ausreichende potentielle Kräuselfähigkeit zu begründen. Diese Kräuselfähigkeit kann erheblich erhöht werden, wenn die Fäden unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Spinndüse einer asymmetrischen thermischen Behandlung unterworfen werden, beispielsweise einer starken einseitigen Abkühlung oder Erwärmung.
Außerdem läßt sich die Kräuselfähigkeit über die Auswahl der Bikomponentenstruktur erheblich beeinflussen.

Um ein geringes Fadengewicht zu erzielen und dabei trotz eines hohen Hohlraumanteils eine relativ hohe Festigkeit bei glatter Fadenoberfläche zu bekommen, kann beispielsweise ein Bikomponentenfaden mit Kern-Mantel-Struktur hergestellt werden, bei dem diejenige Komponente, welche die Vielzahl von nebeneinanderliegenden, selbständigen, unterbrochenen Hohlräumen enthält, die Kernkomponente ist.

Dabei kann die Kernkomponente einen Hohlraumanteil von etwa 20 bis 80% besitzen. (Unter Hohlraumanteil wird das prozentuale Verhältnis des von den Hohlräumen gebildeten Gasvolumens zum Gesamtvolumen der diese Hohlräume enthaltenden Komponente verstanden.) Die Lage des Hohlräume enthaltenden Kerns in der Mantelkomponente kann dabei konzentrisch oder exzentrisch sein. Der Flächenanteil der Kernkomponente an der Gesamtfläche des Fadenquerschnitts kann dabei in weiten Grenzen variieren. Er liegt vorzugsweise se zwischen 20 und 60%, je nach gewünschten Festigkeitseigenschaften des Bikomponentenfadens.

Wegen der Asymmetrie des Querschnitts ist ein Bikomponentenfaden mit Seite-an-Seite-Struktur geeignet, bei dem diejenige Komponente, welche die Vielzahl von nebeneinanderliegenden, selbständigen, unterbrochenen Hohlräumen enthält, einen Hohlraumanteil von etwa 5 bis 60% aufweist und einen Flächenanteil an der Gesamtfläche des Fadenquerschnitts von zwischen 20 und 60%, vorzugsweise von 45 bis 55% ausmacht

Ebenfalls geeignet ist ein Bikomponentenfaden mit einer Kern-Mantel-Struktur, bei dem diejenige Komponente, welche die Vielzahl von nebeneinanderliegenden, selbständigen, unterbrochenen Hohlräumen enthält, die Mantelkomponente ist, einen Hohlraumanteil von etwa 5 bis 60% aufweist und einen Flächenanteil an der Gesamtfläche des Fadenquerschnitts von zwischen 20 und 60%, vorzugsweise von 45 bis 55% ausmacht.

Es lassen sich auch Bikomponentenfaden der zuletzt beschriebenen Art herstellen, bei denen die Hohlräume an der Fadenoberfläche wenigstens teilweise in aufgeplatzter bzw. aufgerissener Form vorliegen. Solche Fäden haben bezüglich ihrer Oberflächenstruktür, ihrer Feuchteaufnahmefähigkeit und ihrem Griff große Ähnlichkeit mit Naturfasern, insbesondere mit Baumwolle.

Bei Bikomponentenfaden mit vollem Kern und einem Hohlräume aufweisenden Mantel kann es vorteilhaft sein, den Kern in der Mantelkomponente exzentrisch anzuordnen, um kräuselfähige Fäden zu erreichen.

Die potentielle dreidimensionale Kräuselung der Fäden kann im Faden oder in der Faser ausgelöst werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert Darin zeigen die schematischen Darstellungen der

F i g. 1 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Spinnapparatur,

Fig.2 einen erfindungsgemäß hergestellten Kern-Mantel-Faden mit Hohlräumen im Kern,

Fig.3 einen erfindungsgemäß hergestellten Kern-Mantel-Faden mit exzentrisch in einem mit Hohlräumen versehenen Mantel liegenden massiven Kern,

F i g. 4 einen erfindungsgemäß hergestellten Seite-anSeite-Faden,

Fig.5 einen erfindungsgemäß hergestellten Kern-Mantel-Faden mit zum Teil aufgeplatzten Hohlräumen in der Mantelkomponente und

Fig.6 einen erfindungsgemäß hergestellten Kern-Mantel-Faden mit Sechseck-ProfiL

F i g. 1 zeigt eine Spinnapparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche folgende konventionelle Elemente besitzt: Eine Aufschmelzvorrichtung 1 — hier ein Extruder; eine Schmelzeleitung 2, in der die Schmelze einem Verteilerstück 3 zugeführt wird; Schmelzeleitungen 4; 5, in denen die Schmelze-Teilströme über Spinnpumpen 7; 12 separat dem Bikomponentenspinnkopf 8 zugeführt werden, durch dessen Spinndüse 9 sie zu Bikomponentenfaden 10 vereinigt und ausgepreßt werden.

Zusätzlich zu diesen konventionellen Elementen benötigt die erfindungsemäß zu verwendende Vorrichtung zwischen dem Verteilerstück 3 und der Spinnpumpe 12 eine Druckpumpe 6, zwei Leitungen 13; 15 mit Regeleinrichtungen 14; 16 zur Zuführung des Silikonöls und des Gases bzw. der gasbildenden Substanz (wobei die Reihenfolge der Zugabe keine Rolle spielt) sowie einen diesen beiden Leitungen 13; 15 nachgeschalteten Mischer 11, der für eine homogene Untermischung des Silikonöls und des Gases bzw. der gasbildenden Substanz sorgt.

Anstelle der Druckpumpe 6, des Mischers 11 und der Spinnpumpe 12 kann (nicht dargestellt) ein zwischen zwei Spinnpumpen eingebauter Kettenmischer verwendet werden, wie er in der gleichzeitig hinterlegten Patentanmeldung P 25 50 069.0-23 beschrieben ist.

Die Bikomponentenfaden 10 können asymmetrisch abgeschreckt, verstreckt und — gegebenenfalls nach einer Schrumpfbehandlung — aufgewickelt werden (nicht dargestellt).

Die F i g. 2 bis 6 stellen erfindunggemäß hergestellte Bikomponentenfaden mit verschiedenen Profilen und/oder Anordnungen der Komponenten dar.

In F i g. 2 wird ein Hohlräume 19 enthaltender Kern 18 von einem massiven Mantel 17 umgeben. Der Faden weist auch in verstrecktem Zustand eine glatte Oberfläche auf, zeichnet sich aber durch einen Hohlraumanteil der Kernkomponente von etwa 20% aus.

In F i g. 3 ist ein erfindungsgemäß hergestellter Faden dargestellt, bei dem ein exzentrisch liegender Kern 20 von einem Hohlräume 22 aufweisenden Mantel 21 umgeben ist. Dieser Faden weist gute Kräuseleigenschaften auf.

Desgleichen ist der in F i g. 4 dargestellte Faden mit Seite-an-Seite-Struktur stark kräuselfähig. Neben der massiv den Fadenquerschnitt ausfüllenden Komponente 23 liegt die Hohlräume 24 aufweisende Komponente 25.

F i g. 5 und 6 zeigen Fäden mit Kern-Mantel-Struktur, wobei die Kerne 26; 30 von Hohlräume 28, 29, 32, 33 aufweisenden Mänteln 27; 31 umhüllt sind. Ein Teil der Hohlräume 29; 33 ist, soweit er an der Oberfläche liegt, während des Spinnens aufgeplatzt bzw. aufgerissen. Diese Fäden besitzen also eine offenporige Oberflächenstruktur und damit baumwollähnliche Eigenschaften.

Das in F i g. 6 dargestellte Beispiel eines Fadenquerschnitts ist sechseckig (mit rundem Kern). Andere Profile, beispielsweise drei-, vier- oder fünfeckige, ovale und rechteckige, sind ebenso einfach herstellbar.

Aufgrund der Hohlräume besitzen die erfindungsgemäß hergestellten Bikomponentenfaden eine geringe Dichte und viele der an Hohlfäden zu beobachtenden Vorteile. Andererseits besitzen sie aufgrund ihres Anteils an keine Hohlräume aufweisendem Polymeren gute Spinn- und Verstreckbarkeit und eine hohe Festigkeit.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Bikomponentenfaden, dessen eine Komponente eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden, unterbrochenen Hohlräumen aufweist, wobei in der Schmelze eines synthetischen Polymeren vor dem Verspinnen gegenüber der Schmelze inertes Gas oder eine inerte, gasbildende Substanz gelöst oder dispergiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelze des synthetischen Polymeren aufteilt, hierauf einem Teilstrom der Schmelze bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Schmelze dieses Teilstroms, eines Silikonöls und das inerte Gas oder die inerte gasbildende Substanz unter solchen Bedingungen zumischt, daß der Volumenanteil des Gases, bezogen auf das Gesamtvolumen der Schmelze dieses Teilstromes, kleiner als 10% ist, und dann die Teilströme separat einem Bikomponentenspinnkopf zuführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 0,1 bis 0,4 Gew.-°/o, bezogen auf das Gewicht der Schmelze des Teilstroms, eines Silikonöls zumischt.

3. Verfahren nach Anspruch 2 zur Herstellung eines Bikomponentenfadens aus Polyäthylenterephthalat, dadurch gekennzeichnet, daß man 0,1 bis 0,3 Gew.-°/o, bezogen auf das Gewicht der Schmelze des Teilstroms, eines Silikonöls zumischt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Bikomponentenfadens aus Polycaprolactam, dadurch gekennzeichnet, daß man 0,2 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Schmelze des Teilstroms, eines Silikonöls zumischt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonöl eine Viskosität von 3 bis 400 cP bei 20⁰C besitzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonöl ein unstabilisiertes Silikonöl mit einer Viskosität von 3 bis 5OcP bei 20°Cist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Silikonöl und das gegenüber der Schmelze im wesentlichen inerte Gas bzw. die inerte, gasbildende Substanz unter solchen Bedingungen zumischt, daß der Volumenanteil des Gases, bezogen auf das Gesamtvolumen der Schmelze des Teilstroms, kleiner als 5% ist.