DE2707066A1 - Fasern mit grossem durchmesser und niedrigem modul und daraus hergestellte, flaechenhafte flormaterialien - Google Patents

Description

PATENTAN,MX- LT<£ A. GRJNECKER

DI(I. 11*3

H. KINKIZLDEiY

W. STOCKMAIR

U pn ING A.-. IfUlL(J.,

* J * κ. SCHUMANN

DRFtRNAT »PL-*¹ IY^

P. H. JAKOB

Um³U-ING

G. BEZOLD

DTl HLRNAT- DWV-Ci-C W

BRUNSVICK COHPOHATION

One Brunswick Plaza, 8 München 22

Skokie. Illinois 60076

USA

18. Februar 1977 P 11 210-60/ku

Fasern mit großem Durchmesser und niedrigem Modul und daraus hergestellte, flächenhafte Flormaterialien

Die Nylonfaser ist eine der vielseitigsten und nützlichsten bis heute von Menschen geschaffenen Fasern. In ihrer Monofilamentform wird sie durch Kräuseln und Zusammendrehen bzw Zwirnen mit anderen massigen Monofilamenten in eine lockere bzw. massige Form unter Bildung eines Nylongarns überführt, das besonders für Teppiche geeignet ist. Diese Nylongarne bilden, wenn sie durch eine geeignete Unterlage gezogen werden und in ein Tuftedmaterial überführt werden, ein flächenhaftes Flormaterial, das eine sehr gute Abnutzungsbeständigkeit und einen guten Griff aufweist, d.h. es ist angenehm, es anzufassen.

Da sich in den vergangen Jahren die Kosten von Nylon wesentlich erhöht haben, sucht man nach einem Ersatzmaterial

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TeLEFON (O8O) 999863 TELEX 06-20 380 TELEGRAMME ΜΟΝΛΡΛΤ TELEKOPIERER

• 40-

mit niedrigen Kosten, dan ähnliche physikalische Eigenschaften aufweist wie Nylon. Polypropylengamo vmrden vor kurzem eingeführt,und bei einigen Anwendungen dienen sie als Ersatz für Nylonteppichgarne. Bis heute habon Teppiche, bai denen Polypropylen-Ober.v.oitengarne verwendet v/erden, nur mäßigen Eingang in den Markt gefunden. Polypropylengarne machen heuts etwa 5% der Oberflächengarne aus, die zur Herstellung von Teppichen verwendet werden.

Gegenstand der Erfindung sind neue, aus billigem polymerem Material hergestellte Monofilamentfasern. Die erfindungsgemäßen Fasern zeichnen sich dadurch aus, daß sie einen Elastizitätsmodul von etwa 352 bis etv/a 4220 kg/cm² (5000 bis 60 000 psi), ein Flächenträgheitsmoment (area moment of inertia) von etwa 16 640 (400) χ 10"¹^ bis etwa 291 200 (7000) χ 10"ⁱ⁴cm^Zf (in ) und einen Steifigkeitsparameter (wie er im folgenden definiert wird) von etwa 2,9 x 10~³ bis etv/a 2,9 χ 10 kg. cm² (1 χ 10"⁵ bis 1 χ 10~⁸ lb-in²) besitzen. Der Elastizitätsmodul wird durch Messung der Anfangsneigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve, die nach dem ASTM-Standardverfahren Nr.D2256-69 bestimmt wird, ermittelt. Dehnungsmessungen werden für die Warendichtelängenvariationen (gauge length variations) nach dem Verfahren, wie es in einer Arbeit mit dem Titel "A Method for Determining Tensile Strains und Elastic Modulus of Metallic Filaments", ASM Transactions Quarterly, Band 60, Nr. 4, Dezember 1967, Seiten 726-727, beschrieben ist, korrigiert.

Das HauptkriterjAim für die Auswahl eines polymeren Materials ist sein Elastizitätsmodul. Das beste Material, das bis heute gefunden wurde, ist ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt im Bereich von etwa 1 bis etwa 10 Gew.% und einem Schmelzindex von etwa 0,5 bis etwa 9. Dieses Material ergibt ein Monofilament mit dem gewünschten Elastizitätsmodul, und es ist außerdem relativ billig. Die fol-

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genden thormoplaötj.sehen Materialien ergeben ein Monofilament mit einem Elastizitätsmodul innerhalb des Bereiches von 352 bis 4220 lcß/cm² (5000 bis 60 000 psi):

(a) weichgemachtes Polyvinylchlorid,

(b) Polyäthylen mit niedriger Dichte,

(c) thermoplastischer Kautschuk,

(d) Äthylen-Äthylacrylat-Copolyraer,

(e) Äthylen-Butylen-Copolymer,

(f) Polybutylen und seine Copolymeren,

(g) Äthylen-Propylen-Copolymere, (h) chloriertes Polypropylen, (i) chloriertes Polybutylen oder

Gemischer dieser Thermoplasten.

Obgleich das Äthylcn-Vinylacetat-Copolymer den gewünschten Elastizitätsmodul besitzt, tritt bei diesem Material die Schwierigkeit auf, daß es einen relativ niedrigen Schmelzpunkt besitzt. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit und Erhöhung der Wärmeboständigkeit der Fasern werden die Moleküle des Copolymeren vernetzt. Das Vernetzen kann entweder während der Herstellung der Fasern oder anschließend erfolgen. Man kann bekannte Bestrahlungsverfahren verwenden, oder die PoIymermoloküle können Molekülteile enthalten, die bei ausgewählten Bedingungen mit anderen Molekülen reagieren und eine Vernetzung ergeben. Wie im folgenden näher erläutert wird, ist es bevorzugt, bestimmte Zusatzstoffe zu verwenden, durch die die Vernetzung wesentlich verbessert wird. Es soll nur eine Partialvernetzung erzielt werden, so daß das Material seine erforderlichen elastischen Eigenschaften beibehält. Normalerweise wird durch das Vernetzen der Schmelzpunkt des Materials erhöht, so daß er 93,3⁰C (200⁰F) beträgt oder darüber liegt.

Die erfindungsgemäßen Fasern ergeben ein sehr gutes Teppichgarn, wenn sie zusammen mit anderen erfindungsgemäßen

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Monofilamentfasern zusammengedreht bzw. verzwimt werden und ihnen auf diese Art Massen verliehen wird. Ein solches Garn bildet, wenn es in ein Tuftedmaterial oder auf andere Weise zu einem flächenhaften Flormaterial verarbeitet wird, ein Plüschfloroberflache mit einem Griff, der ähnlich ist, wie der von Floroberflächen, die aus bekannten Nylonteppichgarnen hergestellt werden. Es besitzt ebenfalls die anderen, für Teppichgarn erforderlichen physikalischen Eigenschaften.

Wenn in der vorliegenden Anmeldung von "flächenhaftem Flormaterial" gesprochen wird, sollen darunter auch flächenhafte Samt-, Velour- und Plüschmaterialien verstanden werden.

Physikalische Eigenschaften der Fasern

Die Faser besitzt einen guten Griff, ist als Bodenbelag beständig, läßt sich gut gebrauchen und kann gut in einen Tuftedteppich verarbeitet werden oder auf andere Weise unter Verwendung üblicher Teppichherstellungsverfahren verarbeitet werden. Alle diese Eigenschaften sind notwendig, um die Fasern gut bei Teppichen verwenden zu können. Weiterhin besitzt sie gute antistatische Eigenschaften und ist wegen ihres großen Durchmessers leicht zu säubern.

Griff bzw. Warengriff

Der Griff ist einfach die Angabe, wie sich die Faser anfühlt. Betrachtet man den Griff irgendeiner Faser, so muß man den spezifischen Textilaufbau, an dem der Griff bewertet wird, in Betracht ziehen. Da die Faser hauptsächlich als Teppichgarn verwendet werden soll, besitzt sie diejenigen physikalischen Eigenschaften, die der Faser in einem Floraufbau bzw. in einem Flormaterial einen guten Griff verleihen. Bei einer solchen Struktur wirken die Fasern unter Belastung wie eine senkrechte Säule. Mit anderen.Worten wird, wenn man die Faser berührt, eine nach abwärts gerichtete Kraft auf die

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• η.

senkrechten bzw. aufrechten Fasern ausgeübt. Bei einer kritischen Belastung worden die Fasern gestaucht oder werden sich biegen. Je härter oder steifer die Fasern sind, uinso größer ist die für das Biegen der Fasern erforderliche Belastung. Ein guter Griff ist assoziiert mit Fasern, die geschmeidig bzw. biegsam sind.

Obgleich auch andere Faktoren den Griff von flächenhaften Flornaterialien beeinflussen, ist der Hauptfaktor die Fasersteifißkeit, die eine Funktion dar Materialeigenschaften der Fasern, der Geometrie der Fasern und der Art, wie die Belastung auf die Faser wirkt, ist. Im allgemeinen gilt, daß man den Griff unterschiedlicher Fasern vergleichen kann, wenn man den Steifigkeitsparameter (K^) der Fasern vergleicht, wobei jede Faser einen einheitlichen Querschnitt besitzt und insgesamt aus dom gleichen Material besteht. Dieser Steifig« keitspararaeter ist das Produkt des Elastizitätsmoduls (E-) der Faser und des Flächenträgheitsmoments (1^) der Faser:

Κι ⁼ E.p x I-p·

Historisch gesehen, wurden die von Menschen entwickelten Fasern so entwickelt, daß die physikalischen Eigenschaften der Fasern ungefähr gleich sind wie die der in der Natur gefundenen Textilfaser^, z.B. Baumwolle oder Wolle. Natürliche Textilfasern sind im allgemeinen dünn, besitzen einen Durchmesser, der kleiner ist als etwa 50,8/u (2 mils), und einen hohen Elastizitätsmodul (E^), z.B. einen Modul, der größer ist als 14 100 kg/cm² (200 000 psi). Daher sind synthetische Fasern dünn und haben einen hohen Modul. Solche dünnen Fasern mit einem hohen Modul besitzen im allgemeinen einen Steifigkeitsparameter im Bereich zv/ischen etwa 2,9 x 10 ^J und etwa 2,9 x 10~⁸ kg.cm² (IxIO"⁵ und 1x10"⁸ lbs-in²). Im allgemeinen fühlen sich Fasern mit einem Steifigkeitsparameter innerhalb dieses Bereichs weich und geschmeidig an. Da bekannte Fasern

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einen relativ hohen Elastizitätsmodul besitzen, üblicherweise weit über 14 100 kg/cm (200 000 psi), müssen 3ie ein relativ niedriges Trägheitsmoment besitzen, da sie sich sonst zu steif anfühlen würden.

Bei normalen Belastungsbedingungen biegen sich Fasern um die neutrale Achse, wenn das Trägheitsmoment einen minimalen Wert besitzt. Das Trägheitsmoment (1^) um diese neutrale Achse wird entsprechend der folgenden Gleichung berechnet:

worin dA irgendeine Teilfläche des Faserquerschnitts ist und Y die Entfernung, die irgendeine solche Teilfläche von der neutralen Achse besitzt, bedeutet. Die obige Gleichung erläutert, daß das Trägheitsmoment der Faser eine Funktion der Konfiguration des Faserquerschnitt3 ist. Der Griff der Faser kann so geändert werden, indem man die Querschnittskonfiguration bzw. Querschnittsform der Faser ändert. Spezifische Beispiele von Fasern mit unterschiedlichen Querschnittskonfigurationen und besonderen Gleichungen für die Berechnung der Trägheitsmomente solcher Fasern sind in einer Literatlirstelle enthalten, die bei dem 47. Jahres treffen von ASTM, Band 44, (1944), veröffentlicht wurde.

Die Querschnittskonfiguration irgendeiner Faser ist nicht kritisch, solange das Trägheitsmoment innerhalb eines Bereichs von etwa 16 640 χ 10" bis etwa 291 200 χ 10" cm liegt (400 bis 7000 χ 10"" in ). Die erfindungsgemäßen Fasern besitzen bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt. Für Fasern mit einheitlicher, kreisförmiger Querschnittskonfiguration kann das Trägheitsmoment (I_f) aus der folgenden Gleichung berechnet vrerden:

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• f» ·

worin d der Faserdurchmesser ist. Zur Einstellung des erforderlichen Trägheitsmoments (1^) sollte eine solche Faser einen Durchmesser im Bereich von etv.'a 76 bis etwa 152/u (3 bis 6 mils), bevorzugt von etwa 102 bis etwa 127/U (4-5 mils), besitzen. Als Denier ausgedrückt, sollten die erfindungsgemäßen Fasern normalerweise einen Denierwert von 25 bis 150 für Fasern, hergestellt aus einem Material mit einem spezifischen Gewicht im Bereich-von etwa 0,90 bis etwa 1,4, besitzen.

In der folgenden Tabelle I werden die Steifigkeitsparameter (K^) der bekannten Nylon- und Polypropylenfasern und der erfindungsgemäßen Fasern verglichen. Alle Fasern besitzen kreisförmigen Querschnitt. Die K--Werte aller Fasern liegen im Bereich von etwa 2,9 bis 10"^ bis etv.'a 2,9 x 10 kg-

QC Qp

cm (1x10"^p bis 1x10 lb-in ). Der Durchmesser und dementsprechend der I_f-l/ert für die erfindungsgemäße Fasern (ImLD) ist wesentlich größer als der der bekannten Fasern. Der E_f-Yfert der erfindungsgemäßen Faser ist wesentlich niedriger als der der bekannten Fasern.

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Tabelle I VerEleichswerte für K_f für die bekannten Fasern und die

erfindungSKcmäßon Fasern

Faserart

d cm(in)

Λ I,

";7

[(2⁴)χ10-·^|Η]

E η

(lb/in²)

cm5

Nylon

Polypropylen

1mLD

0,0025	7	204	17 600	3,558
(0,001)	(4,908)	(250 000)	(1;,227)
0,0025	204	35 200	7.116
		(500 000)	(2 ,'454)
0,0038	1033	17 600	18,014
(0,0015)	(24,850)	(250 000)	(6,212)
0,0038	1033	35 200	36j032
		(500 000)	(12;425)
0,005	3267	17 600	56,941
(0,002)	(78,539)	(250 000)	(19;,635)
0,005	3267	21 100	68.329
		(300 000)	(23',562)
0,0076	16548	17 600	288,263
(0,003)	(397,607)	(250 000)	(99,402)
0,0076	16548	3 520	57.652
		(50 000)	(19,880)
0,0076	16548	1 760	28.826
		(25 000)	(9,940)
0,0076	16548	350 (5000)	5,765 (1,988)
0,0101	52300	3 520	182 ,209
(0,004)	(1256,637)	(50 000)	(62;831)
0,0101	52300	1 760	91 .106
		(25 000)	(31/416)
0,0101	52300	350	18,220
		(5000)	(6,283)
0,0127	127688	3 520	444,854
(0,005)	(3067,961)	(50 000)	(153,398)
0,0127	127688	1 760	222,427
		(25 000)	(76i699)
0,0127	127688	350	44.483
		(5000)	(15,339)
0,0152	264775	3 520	922,449
(0,006	(6361,725)	(50 000)	(318,086)
0,0152	264775	, 1 760.	46li224 .
0,0152	264775	350 (5000)	.92.2449
			(31^8086)
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Beständigkeit al3 Bodenbelag

Die Beständigkeit als Bodenbelag bzw. die Mattierungsbeständigkeit (der angelsächsische Aufdruck lautet "Matting Resistance") ist eine komplexe Erscheinung, die auf eine Kombination verschiedener Faktoren zurückzuführen ist einschließlich der Fähigkeit der Fasern, sich bei ihrer Deformierung v/iederherzustellen, d.h. den ursprünglichen Zustand wiederzuerlangen, und ihrer Fähigkeit zu vermeiden, daß sie sich miteinander verwirren. Wird eine Faser über ihre Fließbzw. Dehnungsgrenze gedehnt, so wird sie sich, bis sie bricht, plastisch deformieren. Während der Benutzung als Bodenbelag wird die Faser gebogen und Teile der Faser werden verlängert oder gedehnt. Für eine gute Bodenbelagsbeständigkeit ist ein Merkmal das, daß die Fasern, wenn sie gebogen werden, nicht bis zur Dehnungsgrenze gedehnt werden sollten. Mit anderen Worten soll die Faser, wenn die Kraft, die bewirkt, daß die Faser gebogen wird, aufhört, in ihre ursprüngliche Form oder in eine Form, die sehr nahe an der ursprünglichen Form liegt, zurückkehren. Die Art, v/ie die Biegekraft angewendet wird, wird die Wiederherstellung der Faser beeinflussen. Beispielsweise wird sich eine Faser anders wiederherstellen, wenn die Belastung nur momentan ausgeübt wird, verglichen mit einer Belastung, die während langer Dauer ausgeübt wird.

Die elastischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Faser und ihr großer Durchmesser bewirken, daß die Fasern als Bodenbelag beständig sind. Da die Faser einen großen Durchmesser besitzt, wird sie bei normalen Bodenbelagsverwendungsbedingungen stärker gedehnt werden als bekannte Fasern. Versuche haben gezeigt, daß die Fasern bis zu etwa 25% ihrer ursprünglichen Länge verlängert oder gedehnt werden können. Die Fasern können so hergestellt werden, daß sie sich unter Spannung permanent nicht um mehr als 10%, bevorzugt um nicht mehr als 5%, bei Dehnungen bis zu etwa 25% bei Dehnungsraten im Bereich von etwa

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5 bis etwa 50 min" deformieren. Bekannte Fasern werden be.r Normal verbrauch bis zu etwa 10% verlängert oder gedehnt. Di t die erfindungsgemäßen Fasern eine Bodenbelagsbeständigkeit sitzen, die äquivalent zu der bekannter Fasern ist, muß ih.¹ permanente Deformation bei 25% Dehnung etwa gleich sein wie die permanente Deformation bei 10% Dehnung bei den bekannten Fasern. In Tabelle II sind Werte aufgeführt, aus denen hervorgeht, daß dies der Fall ist. Die permanente Deformation wird gemäß dem ASTM Testverfahren D1774-72 mit Monofilamentfasern bestimmt.

Tabelle II

% Permanente Deformation Probe ca.259» Dehnung ca. 10% Dehnung

1mLD (0% Gel) 6,55

1mLD (31% Gel) 4,40

1mLD (36% Gel) 3,80

1mLD (50% Gel) 1,50

Polypropylen - 2,95

Nylon - 1,95

Die erfindungs gemäß en Fasern sind als Bodenbelag beständig, da sie sich nicht miteinander verwirren. Dies ist auf ihre großen Durchmesser zurückzuführen. Je kleiner der Faserdurchmesser ist und je enger die Fasern zusammengepackt sind, umso größer sind die Reibungskräfte, die die Fasern zusammenhalten oder in einem Fußbodenbelagzustand halten. Da die Teppiche unter Verwendung der erfindungsgemäßen Fasern im allgemeinen eine geringere Anzahl an Fasern/cm Teppichunterlage als bekannte Teppiche enthalten und da die Fasern einen größeren Durchmesser besitzen, sind die Reibungskräfte im wesentlichen niedriger als bei den bekannten Teppichen, und somit sind die erfindungsgemäßen Fasern als Fußbodenbelag stabil.

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Die erfindungsgernäßen Fasern wurden in Florteppichen verwendet, die einem Tetrapod (vierfüßigen)-Begehungstest unterworfen wurden, und mit einem Nylonteppich verglichen. In Tabelle III sind die Versuchsergebnisse aufgeführt. Aus diesen geht hervor, daß bei dynamischen Bodenbelagsbedingungen die erfindungsgemäßen Fasern Nylon entsprechen.

Tabelle III Ergebnisse des Tetrapod-BfrKehungsvorsuchs

Gesamte Florhöhe,/u χ 10 (mils) Probe Zyklen/O 6345 20130 85530 164000 444820 687620

EVA 116,5 117 115 110 107,7 99 101,5 (20Mrad) (466) (468) (460) (440) (431) (396) (406)

Nylon 112,5 109,7 110 111 111,7 109 101 (450) (439) (441) (444) (447) (437) (404)

Teppiche aus den erfindungsgemäßen Fasern und aus Nylonfasern werden ebenfalls statisch aufgeladen. Die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Fasern hergestellten Teppiche verhalten sich nicht ganz so gut wie die Teppiche aus Nylonfasern, sie sind jedoch zufriedenstellend.

Abnutzungsbeständigkeit

Zur Erzielung eines hohen Gebrauchswertes und zur Vermeidung einer übermäßigen Abnutzung, d.h. zur Vermeidung des Faserverlustes aus dem Teppich, müssen die Fasern ein Ziehen und ein wiederholtes Reiben aushalten können. Das Material der erfindungsgemäßen Fasern ist inhärent schwächer als das bei bekannten Fasern verwendete Material. Man müßte demnach erwarten, daß die Fasern einer Abnutzung nicht standhalten. Da die Fasern jedoch wesentlich dicker sind als die bekannten Fasern, ist mehr Material vorhanden. Bedingt durch dieses zusätzliche Material, nutzen sich die Fasern genau so gut ab wie bekannte Fasern.

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• le-

Teppiche nutzen sich hauptsächlich ab, wenn die Fasern verlorengehen, da sie brechen oder herausgezogen werden oder abgerieben v/erden. Viele unterschiedliche Arten von Kräften ziehen Fasern aus der Stützschicht bzw. Unterseite heraus. Die Fasern werden so beim Gebrauch Spannungen unterworfen. Die Spannung (^) ist die Zugkraft (F), die auf die Faser wirkt, dividiert durch die Querschnittsfläche (A) der Faser;

Da die Kräfte, die auf die bekannten Nylonfasern und die erfindungsgemäßen Fasern einwirken, in den meisten Fällen gleich sein v/erden, würde, wenn der Querschnitt der erfindungsgemäßen Fasern gleich wäre wie der der bekannten Fasern, die erfindungsgemäße Faser brechen oder nicht so gut im Gebrauch sein wie Nylonfasern.Dies ist jedoch nicht der Fall. Die erfindungsgemäßen Fasern besitzen einen wesentlich größeren Durchmesser als die bekannten Fasern und daher eine wesentlich größere Fläche. Obgleich die Spannung (ff), die die erfindungsgemäße Faser aushalten kann, ohne nachzugeben oder zu brechen, niedriger ist als die von Nylon, ergibt die größere Fläche (A) der erfindungsgemäßen Faser, multipliziert durch die Spannung ( σ*), eine äquivalente Kraft (F) für die Deformation oder das Brechen der Faser.

Bei der Abriebabnutzung bewirkt die Reibekraft, daß kleine Schmutzteilchen die Faser durchschneiden. Nylon, das ein hartes Material ist, wird von diesen Teilchen nicht so schnell durchgeschnitten. Im Gegensatz dazu ist das Material, das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Faser verwendet wird, wesentlich weicher als Nylon. Bei der Abriebsabnutzung werden daher Schmutzteilchen die erfindungsgemäßen Fasern mit weniger Schwierigkelten durchschneiden. Da jedoch mehr Material vorhanden ist, wird die erfindungsgemäße Faser sich genau so wie die relativ dünne Nylonfaser abnutzen.

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für das Tuften

Damit die Faser zum Tuften geeignet ist oder auf sonstige Art während der Verarbeitung gehandhabt v/erden kann, muß Gie eine bestimmte Unelastizität und Festigkeit besitzen. Ist die Faser zu elastisch, wirkt sie als Gummiband. Anstatt daß die Tuftnadeln die Fasern durch die Teppichunterlage zwingen, werden sie sich nur einfach ziehen. Bei der Freigabe der Nadel wird die Faser in ihren ursprünglichen Zustand zurückspringen, und es wird keino Noppe bzw. kein Büschel gebildet.

Es wurde gefunden, daß, wenn der Elastizitätsmodul 352 kg/cm (5000 psi) übersteigt, die Faser für das Tuften ausreichend unelastisch ist. Die Fasor sollte weiterhin ausreichend Festigkeit besitzen, so daß sie während des Tuftens oder anderer Teppichherstellungsverfahren nicht bricht. Es wurde gefunden, daß die Faser für die meisten Teppichherstellungsverfahren geeignet ist, wenn sie eine Bruchfestigkeit von mindestens

352 kg/cm (5000 psi) besitzt. Außerdem kann ein Schmiermittel zur Verminderung der Reibungskräfte, die zum Brechen führen, verwendet werden.

Flächenhaftes Flormaterial

Erfindungsgemäß wird ein flächenhaftes Flormaterial unter Verwendung der oben beschriebenen Moriofilamentfaser hergestellt. Die Honofilamentfaser wird nach bekannten Textilverfahren "massig gemacht" bzw. angehäuft, wie durch Knit-Deknit-Verfahren oder Stopfbüchsenverfahren. Etwa 15 bis 50 solcher Fasern werden miteinander verdreht und dann unter Bildung eines Teppichgarns lose zusammengebracht bzw. "massig gemacht". Die erfindungsgemäßen Fasern können weiterhin mit bekannten Fasern, wie kontinuierlichen Nylonfasern, vermischt werden. Bevorzugt sind 0,5 bis 2,0 Drehungen bzw. Twists/2,54 linearen cm Garn (per linear inch) vorhanden. Dieses Garn besitzt einen Denier im Bereich von 1500 bis 4000. Die Ausdrücke massig gemacht, aufgelockert, angehäuft, voluminös gemacht usw. werden synonym verwendet und entsprechen dem englischen Ausdruck "bulked".

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Obgleich sich das Garn aus den erfindungsgemäßen Fasern im wesentlichen von der Art von Garnen, die normalerweise bei Teppichherstellungsverfahren verwendet werden, unterscheidet, kann es durch übliche Teppichunterlagen unter Bildung eines flächenhafton Flormatorials getufted bzw. gezogen werden. Erfindungsgemäß wird ein solches flächenhaftes Flormaterial für vergleichsweise Teppichanwendungen wesentlieh weniger Fasern/cm Unterseite besitzen als bekannte, aus Nylongarn hergestellte Florteppiche. Für eine gute Bedeckung

wird die minimale Zahl von Monofilamentfasern 4000/6,45 cm"" Unterlage betragen, und die minimale Florhöhe sollte 0,32 cm (1/8 in.) sein. Im Gegensatz dazu beträgt die minimale Anzahl der Monofilamentfasern, die bei den bekannten Nylonteppichen verwendet werden, etwa 20 COO/6,45 cm Unterlage.

Da eine geringere Anzahl von Fasern/cm Teppichunterlage bei dem erfindungsgemäßen flächenhaften Florinaterial vorhanden ist, wird sich dieses flächenhafte Flormaterial etwas kühler anfühlen als flächenhaftes Nylon-Flormaterial. Der Grund dafür ist der, daß weniger tote Lufträume vorhanden sind,und dementsprechend ist das flächenhafte Textilmaterial ein schlechterer Isolator als bekannte Teppiche. Wenn die Hand diesen Teppich anfaßt, wird mehr Wärme von der Hand in den Teppich übergehen als bei bekannten Teppichen. Daher rührt der kühlere Griff.

Das erfindungsgemäße flächenhafte Flormaterial erzeugt ein etwas glatteres Gefühl als bekannte flächenhafte Nylon-Flormaterialien. Dies ist auf die verminderte Anzahl der

Fasern/cm Unterlage zurückzuführen. Da weniger Fasern vorhanden sind, wird der Reibungskoeffizient des erfindungsgemäßen flächenhaften Flormaterials geringer sein als der Reibungskoeffizient bei bekannten flächenhaften Nylon-Flormaterialien.

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• a*.

Der niedrigere Reibungskoeffizient und die schlechteren Isoliereigenschaften des erfindungsgemäßen flächenhaften Materials sind tatsächlich vorteilhaft, da dadurch die Teppichbrände bzw. -Verbrennungen vermindert werden. Toppichbrände bzw. -Verbrennungen werden durch schnelles Reiben der Haut gegen das Flormaterial erzeugt. Teppiche mit einem hohen Reibungskoeffizienten und guten Isoliereigenschaften verursachen schneller einen Teppichbrand. Der Grund 1st der, daß der höhere Reibungskoeffizient mehr Wärme ergibt, die, bedingt durch die Isoliereigenschaften des Teppichs, von der Haut nicht abgeleitet wird.

Verfahren zur Herstellung der Faser

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Faser wird das polymere Material unter Verwendung einer bekannten Vorrichtung extrudiert, wie in einer Arbeit von D. Poller und O.L. Riedy "Effect of Monofilament Die Characteristics on Processability and Extrudate Quality", 20th Annual SPE Conference, 1964, paper XXII-2, beschrieben wird. Das Polymermaterial wird durch eine Düse mit einer Fläche im Bereich von etwa 51,6 χ 10"^ bis 451,0 χ 10""-* cm (8 bis 70 χ 10 in ) gezogen. Bevorzugt liegt die Temperatur des geschmolzenen Polymeren unter etwa 288⁰C (55O⁰F). Bei der Extrudierstufe wird ein geschmolzenes Monofilament gebildet, das in flüssigem Zustand gestreckt wird, so daß sein Durchmesser auf einen Wert im Bereich von etwa 101 bis 508 #u (4 bis 20 mils), bevorzugt 178 bis etwa 229/U (7 bis 9 mils), verkleinert wird. Das gestreckte Monofilament wird dann schnell unter Bildung eines festen Monofilaments abgekühlt. Das Kühlen kann erreicht werden, indem man einfach das geschmolzene Monofilament in ein bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis etwa 65,6⁰C (150⁰F) gehaltenes Wasserbad einleitet. Das Monofilament wird dann in festem Zustand zur Verminderung seines Durchmessers auf einen Wert im Bereich von etwa 76,2 bis etwa 152/u (3 bis 6 mils) verstreckt. Diese Zieh- bzw. Verstreckstufe wird bei

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* it.

einer Temperatur unter etwa 37_f8°C (10O⁰F) durchgeführt. Das gezogene, feste Monofilament wird dann anschließend auf eine Temperatur über etwa 37,8⁰C, aber unter dem Schmelzpunkt des polymeren Materials, zum Wärmeabbinden der Faser erhitzt. Diese Erwärmungsstufe vxird durchgeführt, wenn das Monofilament unter Spannung steht, um zu verhindern, daß der Durchmesser des Monofilaments wesentlich schrumpft. Das Wärmeabbinden ist zur Erhöhung der Schrumpfbeständigkeit bzw. Knitterbeständigkeit der Faser bevorzugt. Bevorzugt wird die Faser vor dem Wärmeabbinden verdreht bzw. getwistet. Gegebenenfalls kann die Faser während des "Bulkingverfahrens" in der Wärme abbinden (Bulkingverfahren = Masse verleihen). Beispielsweise kann bei dem Knit-Deknitting-Verfahren der gewirkte bzw. gestrickte Schlauch in Spannung gehalten und erhitzt werden.

Zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit der Fasern ist es bevorzugt, die Moleküle des polymeren Materials teilweise zu vernetzen. Am meisten bevorzugt wird dies durch Bestrahlen der Fasern mit einem Elektronenstrahl entweder als Garn oder in Teppichform erreicht. Die Bestrahlungsdosis sollte ausreichen, die Moleküle in dem Grad zu vernetzen, daß sie einen Gelgehalt über 3096, aber unter 90$ besitzen. Der bevorzugte Gelgehalt beträgt 45 bis 55#. Der Gelgehalt der Äthylen-Vinylacetat-Faser wird nach dem folgenden Verfahren bestimmt.

Fasern werden um ein Metalldrahtsieb gewickelt und mit Lösungsmittel in heißem Xylol nahe am Siedepunkt während 24 h eluiert. Der Gelgehalt wird dann unter Verwendung der Formel _v

% Gel = rp χ 100
"o

berechnet, worin W_Q das Anfangsgewicht der Probe und W- das Bndgewicht nach der Elution bedeuten.

Zusätzlich zu dem Bestrahlen der Fasern kann das Vernetzen durch Zugabe von Peroxiden zu dem polymeren Material

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erreicht v/erden. Beispielsweise dient ein durch Peroxid auf die Polyäthylenkette· aufgepfropftes Vinylsilan als Vernetzungsmechanismus .

Erfindungsgemäß kann das polymere Material teilweise vor dem V/ärmeabbinden der gestreckten, festen Monofilamente vernetzt werden. Dies ermöglicht ein V/ärmeabbinden bzw. V/ärmehärten bei höheren Temperaturen und somit eine Erhöhung der Schrumpf- bzw. Einlaufbeatändigkeit. Bevorzugt wird das polymere Material bei der ersten Vernetzungsstufe in dem Ausmaß vernetzt, daß der Gelgehalt nicht über etwa 15?6 liegt. Bei der zweiten Vernetzungsstufe wird das polymere Material teilweise in dem Ausmaß vernetzt, daß der Gelgehalt nicht über 90% liegt.

Zur Verbesserung der Vernetzung werden innerhalb des polymeren Materials feine Teilchen aus Siliciumdioxid oder Titandioxid verteilt. Die Teilchengröße dieser Oxide» liegt

ο
im Bereich zwischen 100 A und 1/U, und die verwendete Menge liegt unter 1 Vol-%. Diese geringe Menge an Oxid verbessert die Ausbeute bzw. Wirksamkeit der Bestrahlungsstufe. Beispielsweise wird ein mit einer Dosis von 10 Negarad (MR) bestrahltes polymeres Material einen Gelgehalt von 25 bis 2S>% besitzen. Enthält dieses gleiche Polymer 0,2 VoI-Jo Siliciumdioxid und wird es mit der gleichen Dosis bestrahlt, so wird der Gelgehalt 40 bis 45% betragen. Die Erhöhung im Gelgehalt bedeutet eine wesentliche Erhöhung im Schmelzpunkt des polymeren Materials. Durch die Zugabe polyfunktioneller Monomerer wird die Vernetzung weiter verbessert. Beispielsweise kann man Triallylcyanurat oder Allylacylat allein oder zusammen mit den Oxiden als Zusatzstoffe zur Verbesserung der Vernetzung bei einer gegebenen Bestrahlungsdosis verwenden.

Im allgemeinen können die erfindungsgemäßen Fasern, bedingt durch den größeren Faserdurchmesser, mit Füllstoffen in höheren Mengen beladen werden als bekannte Teppichfasern.

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Insbesondere können zum Färben der erfindungsgeinäßen Fasern Pigmente verwendet v/erden. Solche Pigmente können innerhalb des geschmolzenen polymeren Materials vor dem Extrudieren dispergiert werden. Diese Pigmente werden üblicherweise eine Teilchengröße im Bereich von etwa 1 bis etwa 25/u besitzen. Die Menge an Pigment liegt normalerweise im Bereich von etwa 1/2 bis etwa 20%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung.

Erfindungsgemäß können zuerst Pellets mit einem Farbkonzentrat hergestellt werden. Diese Farbkonzentratpellets werden dann in dem Extruder mit nichtgefärbten Pellets vermischt. Die gefärbten und nicht gefärb ten Pellets v/erden dann geschmolzen und gut miteinander vermischt. Es ist weiterhin möglich, die Fasern mit einem Dispersionsfarbstoff zu färben. Bei bestimmten Bedingungen können diese Arten von Farbstoffen aus der Faser herausschwitzen. Durch das Vernetzen im Anschluß an das Färben wird dieser Farbstoff fixiert'.

Zusätzlich zu den Farbstoffen kann man in die Fasern Flammschutzmittel, antistatische Mittel oder Antischmutzmittel einarbeiten. Ein Flammschutzmittel von besonderem Interesse ist hydratisierte Magnesia, Hydratisierte Magnesia kann ihr Wasser bei einer Temperatur über etwa 260⁰C (500 F) schnell freigeben. Dies ermöglicht, daß die hydratisierte Magnesia mit geschmolzenem Äthylen-Vinylacetat-Copolymer ohne Freigabe ihres Wassers vermischt weiden kann, da dieses Copolymer bei Temperaturen unter 260⁰C extrudiert werden kann. Zur Faserherstellung werden polymere Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet. Im allgemeinen können daher in den erfindungsgemäßen Fasern, die das Polymer mit niedrigerem Schmelzpunkt enthalten, Zusatzstoffe verwendet werden, die gegenüber hohen Temperaturen empfindlich sind und die daher in bekannten Nylonfasern nicht verwendet werden können.

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Wegen des großen Durchmessers der Faser sind die Extrudier- und Kühlvorrichtungen, die bei der Herstellung von Fasern eingesetzt werden, billig. Die Ersparnisse für die Kosten der Vorrichtungen und die Verwendung von Polymeren mit niedrigen Kosten ergeben eine Faser, die, verglichen mit Nylon, relativ billig ist. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Fasern. Typische Vorrichtungen für die Herstellung der Fasern sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Extruders und des beim Spinnen der erfindungsgemäßen Fasern verwendeten Ziehwegs;

Fig. 1a eine Vorderansicht im Schnitt der Spinndüsenplatte;

Fig. 1b eine vergrößerte Teilansicht der Bohrungen in der Spimidüsenplatte;

Fig. 2 eine an sich bekannte Zieh-Aufwickel-Vorrichtung zum Ziehen oder Dehnen der Fasern bei Temperaturen unter 37,8°C (10O⁰F);

Fig. 3 eine Seitenansicht im Schnitt der Vorrichtung, die zum Erhitzen der Fasern unter Spannung verwendet wird; und

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Spannungs-Dehnungs-Kurven für verschiedene bekannte Fasern wie auch für die erfindungsgemäßen Fasern.

Im folgenden werden die Zeichnungen näher erläutert. Die erfindungsgemäßen Fasern werden unter Verwendung eines an sich bekannten Extruders 10 hergestellt. Der Extruder 10 umfaßt einen Speisetrichter 12, in den die Pellets aus polymerem Material gegeben werden, eine Extrudertrommel 14, wo die Pellets geschmolzen werden, und einen statischen Mischer 15 und eine Spinndüsenplatte 16, durch die das geschmolzene polymere Material durchgezwängt wird.

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Erfindungsgerno.ß wird das geschmolzene Polymere durch die Bohrlöcher oder Löcher mit einer Fläche im Bereich von 51,6 X.1O"⁵ bis 451,6 χ 1O"⁵ cm² (8 bis 70 χ 1O"⁵ in²) hindurchgezwungen. In Fig. 1a ist die Spinndüsenplatts 16 dargestellt, die drei Reihen 17a, 17b und 17o ausgerichteter Löcher umfaßt. Wie in FJg, 1b dargestellt ist, sind die Löcher, die die Mittelreihe 17b darstellen, in einem Winkel von etwa 60° versetzt, bezogen auf die Löcher in der oberen und unteren Reihe 17a bzw. 17c. Die Abstände zwischen der oberen Reihe 17a und der Mittelreihe 17b und der Bodenreihe 17c und der Mittelreihe 17b betragen etwa 0,165 cm (0,065 in). Die Abstände zwischen benachbarten Löchern in einer Reihe betragen etwa 0,190 cm (0,075 in). Die Löcher können gerade oder verjüngt in einem Winkel von etwa 15 bis 30° sein. Jedes Loch besitzt einen Durchmesser von 0,041 cm (0,016 in).

Das geschmolzene polymere Material verläßt die Spinndüsenplatte 16 in Form einer Vielzahl geschmolzener Ströme 18 aus Polymerem, die kontinuierlich in das Wasserbad 20 herabfließen. Wenn das geschmolzene Polymer in das Wasser in dem Bad 20 trifft, v/ird es schnell abgekühlt und ergibt eine kontinuierliche, feste Monofilamentfaser 21. Diese Faser wird um ein Paar von Leitrollen 22 und 24 und durch eine Leitplatte in den Spalt eines Paares von Walzen 28 und 30 geleitet. Diese Walzen 28 und 30 ziehen an der Faser und strecken die geschmolzenen Polymerströme 18 so, daß jeder Strom einen Durchmesser von etwa 152 bis etwa 381 /U (6 bis 15 mils) besitzt. Beim Verlassen der Walzen 28 und 30 gehen die festen Monofilaraente durch ein Faserleit/ünterbrechungssystem 32 und werden um Spulen 34 gewickelt, die auf einer Aufwickelvorrichtung 36 montiert sind.

Wenn die Spule 34a voll ist, wird sie von der Aufwickelvorrichtung 36 entfernt und auf die in Fig. 2 dargestellte Streck- bzw. Ziehaufwickelvorrichtung 38 gegeben. Die

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Führungsenden der Fasern 21 auf der Spule 3Aa v/erden abgewickelt, um zwei Streckgabeln 40 und 42 geleitet und um eine zweite Spule 44 aufgewickelt. Diese Gabeln bzw. Galetten 40 und 42 drehen sich mit unterschiedlichen angularen Geschwindigkeiten, so daß die Faser 21, die von der Spuele 34a abgewickelt wird, gezogen bzw. gestreckt wird. Dieser Ziehoder DehnungsVorgang wird boi Temperaturen unter 37,8⁰C (100⁰F) durchgefülirt. Die Faser 21 wird so gestreckt, daß sie einen Durchmesser im Bereich von 76,2 bis 152/u (3 bis 6 mils) besitzt.

Wie in Fig. 3 dargestellt, wird die Faser 21 von der zweiten Spule 44 dann in eine Heizvorrichtung 46 geleitet und auf eine Temperatur über 37»8⁰C, aber unter dem Schmelzpunkt der Faser 21 erhitzt. Wird zur Herstellung dec Faser ein Copolymer aus Äthylen und Vinylacetat verwendet, ho liegt die bevorzugte Temperatur in der Heizvorrichtung zwischen etwa 65,6 und etwa 93,3°C (150 und 200°F). Die Faser 21 von der Spule 44 wird zuerst durch ein Paar Streckwalzen 48 und 50 geleitet, die die Faser über einen Vorerhitzter 52 ziehen. Dann v/erden die Fasern in den Spalt einer Zufuhrbeschickuiigswalzenanordnung 54 geleitet. Die Fasern gehen durch die Heizvorrichtung 46 hindurch und über eine Beschickungswalze 56 werden sie zu der Aufwickelspule 58 geleitet. Die Spannung, die auf die Faser 21 bei ihrem Durchgang durch die Heizvorrichtung 46 einwirkt, ist ausreichend, damit ein Schrumpfen der Faser verhindert wird. Die Faser 21 wird jedoch nicht gestreckt, so daß ihr Durchmesser im Bereich von 76,2 bis 152/u (3 bis 6 mils) verbleibt.

Spannungs-Dehnun^s-Kurven

In Fig. 4 sind die Spannungs-Dehnungs-Kurven der erfindungsgemäßen Fasern und die von üblichen Teppichfasern dargestellt. Die Spannung und die Dehnung oder die Verlängerung werden entsprechend dem ASTM Standardverfahren D2256-69

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•3d.

bestimmt. Die Kurve Λ stellt die erfindungsgemäi3e Paser dar. Im Gegensatz zu den er.Cindungsgeinäßen Fasern besitzen die bekannten Fasern höhere Bruchfestigkeiten und dehnen sich bei höheren Spannungswerten wesentlich weniger. Die Zähigkeit oder Abnutzungsfähigkeit der Fasern steht in Zusammenhang mit der Fläche unter den Spannungs-Dehnungs-Kurven. Die Fläche unter dor Kurve Λ ist etwa gleich wie die Fläche xintor der Spannungs-Dehnungs-Kurven der bekannten Fanern. Die Fasern für die Spannungs-Dehnungs-Kurve A v/erden nach Beispiel 1 erhalten. Beispiele von anderen Fasern werden ebenfalls aufgeführt .

Beispiele von Fasern Beispiel 1.

Es werden einige Äthylen-Vinylacetat-Fasorn in Form von massigen, kontinuierlichen Filamentgarn, das 40 Filamente enthält, hergestellt. Während des Extrudierens werden keine Farbstoffe oder Zusatzstoffe verwendet. Die polymeren Pellets" werden von U.S. Industries, Inc. unter der Warenbezeichnung NA294 bezogen. Sie sind ein 5% Vinylacetat enthaltendes Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Schmelzindex von 2,0. Das Copolymer wird auf einem 1,50 cm (3/4 in) Einfachschneckenextruder durch eine 40 Löcher-Spinndüse extrudiert. Die Spinndüse besitzt Löcher mit einem Durchmesser von 0,033 cm (0,013")» die um 30° verjüngt sind. Die extrudierten Fasern werden in flüssiger Phase auf einen Durchmesser von 0,0185 cm (0,0073 in) gezogen und in parallelen Reihen auf einer Kühlwalze verfestigt. Das Temperaturprofil im Extruder nimmt von 171°C (34O⁰F) in der Speisetrichterzone auf 249⁰C (480°F) an der Ausgangszone zu. Die Extruderschneckengeschwindigkeit beträgt 15 U/min und die Schnecke wird mit 6,0 A angetrieben. Die Weggeschwindigkeit an der Aufnahmeseite beträgt 8,4 m/min (28 ft.) . Auf einer Pinlon-Vorrichtung wird das Garn dann gezogen/texturiert. Dazu wird das Garn mit einem Silikonappre-

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turmittel behandelt und dann gestreckt und texturiert. Das Streckverhältnis beträgt 3:1, wobei der Endfilamentdurcluaesaer 0,0104 bis 0,0109 cm (0,0041 bis 0,0043 in) (69 bis 76 den) beträgt. Das Garn wird c3ann auf einer 3 MeV Ele?itronenstrahlvorrichtung bei einer Dosis von 10 Mrad vernetzt. (Gelgehart durch Elution in Xylol = 28?S.) Die mechanischen Eigenschaften dier.or Faser sind die folgenden: Durchmesser 0,0104 cia (0,0041 in) (69 den); Grundstreckcpannung (Offset yield stress) (ΙΟ/ό) 614,6 kg/cm² (8780 pci) (0,74 gpd), Bruchfestigkeit 924 kg/cm² (13R00 psi) (1,13 gpd), Elastizitätsmodul 2499 kg/cm² (35700 psi) und Dehnung bis zum Bruch 85%.

Beispiel 2

Das in Beispiel 1 beschriebene Äthylen-Vinylacetat-Copolymer (5% Vinylacetat) wird zu Garn versponnen, das 20 kontinuierliche Filament« enthält. Zwölf Garnenden werden aus einer einzigen Spinndüse gesponnen. Dieser Versuch v/j.rd in einer technischen Monofilamentherstellungsanlage durchgeführt, wo die Extrusion und das Strecken auf einem V/eg bzw. nacheinander erfolgen. Das Garn wird auf einem 3,8 cm (1,5 in) Einfachschneckenextruder versponnen. Der Speisetrichter des Extruders wird mit NA294 Äthylen-Vinylacetat-Pellets (U.S.I. Chemicals) und einem hergestellten Farbkonzentrat gefüllt. Das Pellet-zu-Konzentrat-Gewichtsverhältnis beträgt 10:1. Die Farbkonzentratpellets enthalten 5 Gew.% hellgrünes Pigment (Harwick). Fasern werden durch eine technische Monofilamentdüse mit einem Durchsatz von 14,1 kg(31 Ib)/h gesponnen und in einem Wasserbad, das etwas Oberflächenappreturraittel in Emulsionsform enthält, abgeschreckt. Die Extruderschnecke wird mit 100 U/min betrieben, und die Getriebepumpe wird mit 30 U/min betrieben. Ein Fluid Dynamics ^-Filter (X13) ist zwischen der Getriebepumpe und der Spinndüse eingebaut. Ein Druckwandler, der vor dem Filter angebracht ist, zeigt einen Druck von 112 bis 126 kg/cm (16OO bis 1800 psi) während des ganzen Versuchs an. Das Temperaturprofil im Extruder ist das

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folgende: Zone 1 = 193°C (38O⁰F); Zone 2 = 227°C (44O⁰F); Ausgang = 227⁰C (440⁰F); Spinndüse = 227°C (440°F). Die Garne werden in parallelen Reihen in einer einzigen Stufe zwischen Galettv.'alzen auf ein 3,3:1 Verhältnis gezogen. Die Beschickungswalzen rotieren mit einer Geschwindigkeit von 23,7 m/min und die Aufnahmewalzen rotieren mit 78,3 m/min. Der Endgarndenier beträgt 2650 (etwa 132 den/fil). Die mechanischen Eigenschaften des Garns (nicht der einzelnen Fasern) werden bestimmt. Das Garn besitzt eine Zugfestigkeit von 0,87 g/den (714 kg/cm = 10200 psi); einen Elastizitätmodul von 3,4 g/den (1904 kg/cm^ = 27200 psi); und eine Dehnung bis zum Bruch von 113%. Dieses Garn wird auf andere Weise als in Beispiel 1 massig gemacht. Das Garn wird mit 0,75 Umdrehungen/2,54 cm gedreht und dann auf einer technischen Vorrichtung zu einem langen Schlauch gewirkt bzw. gestrickt. Dieser Schlauch wird dann mit Elektronenstrahlen in einer Dosis von 10 Mrad bestrahlt und aufgezogen. Das aufgezogene Garn besitzt eine wesentliche Kräuselung und kann anschließend unter Herstellung eines Teppichs dem Tuftedverfahren unterworfen werden. Der gemessene Gelgehalt des Garns beträgt 28%.

Beispiel 3

Fasern werden aus Äthylen-Vinylacetat-Copolymer (USI-Bezeichnung NA294 - 5% Vinylacetat und 95?» Polyäthylen niedriger Dichte, MI = 2) auf gleiche V/eise, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, ausgenommen, daß die in Tabelle IV aufgeführten Zusatzstoffe während des Extrudierens zugegeben werden. Diese Faser wird dann mit Elektronenstrahlen bestrahlt. Die folgenden Gelausbeuten werden in der gestreckten Faser (3:1 Streckverhältnis) nach 48 h Extraktion in heißem Xylol erhalten:

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Tabelle IV

Zusatzstoff Elektronenstrahl- Ge!gehalt _£Gew.^} dosis (Mrad) _J%}

keiner 10 28

SiO₂ (0,48) 10 44,1

TiO₂ (1,8) 10 48,7

TAC (1,0) 10 45,5

Die höheren Gelgehalte verbessern bestimmte Teppicheigenschaften, wie das RückprallvermcgGn und die Schrunipfungsbeständigkeit. Bei dienen Gelkonzentrationen sind die mechanischen Eigenschaften nicht wesentlich anders als die, die in Beispiel 1 aufgeführt sind.

Beispiel 4

Ein 9?έ Vinylacetat enthaltendes EVA-Copolymor mit einem Schinelzindex von 3,0 wird zu der neuen Art von Garn verarbeitet. Die Fasern v/erden durch Einarbeitung eines Pigments in einer Menge von 0,5% in die Schmelze gefärbt. Das Extrudieren erfolgt mit einem 2,54 cm Einfachschneckenextruder unter Verwendung einer Siebpackung (Mesh-Größen 40-60-60-40) und einer Spinndüse mit 40 Löchern mit einem Lochdurchmesser von 0,038 cm (0,015 in). Das Temperaturprofil im Extruder nimmt von- der Speisetrichterzone zur Ausgangszone von 171⁰C (340⁰F) auf 260°C (500°F) an der Düse zu. Die Schneckengeschwindigkeit des Extruders beträgt 20 U/min und die Schnecke wird mit 7,0 A angetrieben. Die Weggeschwindigkeit bei der Aufnahme beträgt 11,4 m (38 ft)/min. Bei diesen Bedingungen beträgt der Faserdurchmesser 0,022 cm (0,009 in). Das Garn wird dann auf einer Pinion-Vorrichtung gezogen/texturiert. Dazu wird das Garn mit einem Silikonappreturmittel behandelt und dann gezogen und texturiert. Das Streck- bzw. Ziehverhältnis wird auf 4:1 eingestellt, wobei der Endfilamentdurchmesser 0,0127 cm (0,005 in) (100 den) beträgt. Das Garn wird auf einer 3 MeV Elektronenstrahlvorrichtung in einer Dosis von 10 Mrad ver-

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netzt. Die mechanischen Eigenschaften der neuen Fasern sind die folgenden: Durchmesser - 0,0127 cm (0,005 in) (100 den); 1O?o Regeis tr eckspannung (offset yield stress) = 539 kg/cm (7710 psi); Zugfestigkeit - 721 kg/cm² (10300 psi); Elastizitätsmodul = 2751 kg/cm² (59300 psi); Dehnung bis zum Bruch = 79,4#.

Die Erfindung betrifft comit eine Faser, die in flächenhaften Floraaterialien, wie Teppichen, verwendet werden kann und die aus einem billigen Polymeren, z.B. Copolyiutr«n aus Äthylen und Vinylacetat, hergestellt wird. Diese Faser zeichnet sich durch einen Elastizitätsmodul von 352 bis 4220 kg/cm (5000 bis 60 000 psi), ein Flächenträgheitsmoicent von 16 640 χ 10"¹⁴ bis 291 200 χ 10"¹⁴ cm⁴ (400 bis 70ö0x10"ⁱ⁴in⁴) und einen Steifigkeitsparameter (wie er in der vorliegenden Anmeldung definiert wurde) von 2,9 x 10~* bis 2,9 x 10"^S kg-cm² (ix10~³ bis 1x10 lb-in ) aus. Für gute Bedeckung wird das aus solchen Fasern hergestellte, flächenhafte Flormaterial ein Minimum von 4000 Fasern/6,45 cm Unterlage und eine minimale Florhöhe von 0,32 cm (1/8 in) besitzen.

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Claims (47)

~ 2707060 Patentansprüche

1. Faser, dadurch gekennzeichnet, daß'"siο oin polymeres Material enthält imcl einen Elastizitätsmodul von 3532 bis 4220 kg/cm² (5000 Mg 60 000 psi), ein Flächcnträglieitsmoment von 16 640 χ 1O"^1Z| bis 291 200 χ 10"¹⁴ cn/¹" (400 bis 7000x10"¹^ in¹") und einen Steif.igkcltspararaeter von 2,9 x 10"* bis 2,9 x "10"⁸ kg-cm² (IxIO"*⁵ bis 1x10"⁸ lbs-in²) besitzt.

2. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Thermoplast ist.

3. Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle des Thermoplasten partiell vernetzt sind.

4. Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle in dem Maß vernetzt sind, daß der Gelgehalt über 30%, aber unter 90% liegt.

5. Faser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast nach der Vernetzung einen Schmelzpunkt von 93,3⁰C (200⁰F) oder höher besitzt.

6. Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Thermoplasten enthält: (a) woichgemachtes Polyvinylchlorid, (b) Polyäthylen niedriger Dichte, (c) thermoplastischen Kautschuk, (d) Äthylen-Äthylacrylat-Copolymer, (e) Ä'thylen-Butylen-Copolymer, (f) Polybutylen und seine Copolymeren, (g) Äthylen-Propylen-Copolymere, (h) chloriertes Polypropylen, (i) chloriertes Polybutylen oder (j) Gemische dieser Thermoplasten.

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7. Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 1/2 bis 20 Gew.% Zusatzstoffe innerhalb des polymeren Materials disporgiert sind.

8. Faser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstoffe eine Teilchengröße von 100 A* bis 25/u besitzen.

9. Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser in nicht-massigem Zustand einen allgemein kreisförmigen Querschnitt besitzt.

10. Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Durchmesser von 76,2 bis 152,4/u (3 bis 6 mils) besitzt.

11. Faser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser in "massigem Zustand" vorliegt.

12. Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Denier von 25 bis 150 bei einem Material mit einem spezifischen Gewicht im Bereich von 0,90 bis 1,4 besitzt.

13· Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von 1 bis 10 Gew.96 und einem Schmelzindex von 0,5 bis 9 ist.

14. Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß sie hydratisierte Magnesia enthält.

15· Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie Triallylcyanurat oder Allylacylat enthält.

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* 3.

16. Faser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie Oxide des Siliciums oder Titans enthält.

17. MonoiCilawentfoser aus polyrnerem Material, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden physikalischen Eigenschaften besitzt:

(a) einen Elastizitätsmodul von 352 bis 4220 kg/cm

(5000 bis 60 000 psi),

—14

(b) ein Flächenträgheitsnoment von 16 640 χ 10" bis

291 200 χ 1O~¹⁴ cm^/v (400 bis 700 χ 10"¹⁴ in⁴),

(c) einen Steifig3:eitsparanieter von 2,9 x 1O*-* bis 2,9 x 10~⁸ kg-cni² (1x10~⁵ bis 1x10~⁸ lbs-in²),

(d) einen Durchmesser von 76,2 bis 152,4/u (3-6 mils),

(e) daß sie sich unter Spannung nicht mehr als 10% bei einer Dehnung bis zu 25% bei Spannungsraten im Bereich von 5 bis 50 min" permanent verformt und

(f) eine Zerreißfestigkeit von mindestens 352 kg/cm (5000 psi) besitzt.

18. Faser nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetat-Gehalt von 1 bis 10 Gew.Jo und einem Schmelzindex von 0,5 bis 9 ist.

19. Faser nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material teilweise in dem Ausmaß vernetzt ist, daß der Gelgehalt über 30%, aber unter 90# liegt.

20. Faser nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser in nicht-massigem Zustand einen allgemein kreisförmigen Querschnitt besitzt.

21. Faser nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser einen Denier von 25 bis 150 besitzt.

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22. Verfahren zur Hernteilung der Monofilamente nach mindestens einom der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, (3aß man nacheinander die folgenden Stufen durchfülirt:

(a) das polymere Material durch eine Düse unter Bildung einer, geschmolzenen Monofilaincnts extrudiert,

(b) das geschmolzene Monofilament, während es noch in flüssigem Zustand ist, zur Verhinderung seines Durchmessers auf einem Vfert iiu Bereich von 101,6 bis 508,η (4 bis 20 mils) zieht bzw. streckt,

(c) das gezogene, geschmolzene Monofilament unter Bildung eines feston Monofilaments schnell abkühlt,

(d) das feste Monofilament zur Verminderung seines Durchmessers auf einen Wort im Bereich von 76,2 bis 152/u (3 bis 6 mils) zieht bzw. streckt und

(e) das gestreckte, feste Monofilament auf eine Temperatur über 37,8°C (100⁰F), aber unter seinem Schmelzpunkt erhitzt, während das Monofilament unter Spannung steht, um zu verhindern, daß der Durchmesser des Monofilaments wesentlich schrumpft.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene polymere Material Silicium- oder Titanoxide enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 22 und/oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von 1 bis 10 Gew.% und einem Schmelzindex von 0,5 bis 9 ist.

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrudierstufe bei einer Temperatur unter 288°C(550°F) durchgeführt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene polymere Material vor dem Extrudieren filtriert wird.

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27. Verfahren nach mindosUnis einem der Ansp?.u.iclte 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen erfolgt, indem man das geschmolzene I"o-io.filaraent in ein Yferijerbad einleitet.; das bei einer Temperatur im Bereich von Umgebimgr. taupe ra tür bis 65,6°C (15O⁰F) gehalten wird.

28. Verfahren nach Mindestens einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurcli gekennzeichnet, daß folgend auf die Si;\>fe (o) die Moleküle des polymeren Materials partiall vernetzt werden.

29· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle in dem Ausmaß vernetzt werden, daß der Gelgehalt über 30%, aber unter 90% liegt.

30. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stufen (d) und (e) die Moleküle des polymeren Materials teilweise in dew Ausmaß vernetzt werden, daß der Gelgehalt nicht über 15% liegt und daß auf die Stufe (e) folgend die Moleküle weiter vernetzt werden in dem Ausmaß, daß der Gelgehalt nicht, über 90% liegt.

31. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekonnzeichnet, daß in dem geschmolzenen polymeren Material Pigmente dispergiert sind.

32. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Stufe (e) folgend das Monofilament "massig gemacht" wird bzw. lose aufgeschüttet wird.

33· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß während des massig

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Wachens aas Monofilament auf eine Temperatur unter seinem Schmelzpunkt erhitzt wird.

34. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß während de.?, massig Machcns die Molekülο des polymeren Materials teilweise vernetzt v/erden.

35. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß während des massig Machens das Monofilauent auf eine Temperatur unter seinem Schmelzpunkt erhitzt wird und daß die Moleküle des polymeren Materials teilweise vornetzt v/erden.

36. Flächenhaftea Flormaterial, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Unterseite und an der Unterseite befestigte Garne, die sich daraus nach oben erstrecken, enthält, wobei die Garne eine Vielzahl von "massigen" kontinuierlichen Monofilamenten umfassen und die Monofilamente ein polymeres Material enthalten und einen Elastizitätsmodul von 352 bis

4220 kg/cm² (5000 bis 60 000 psi), ein Flächenträgheitsmoment

von 16 640 χ 10~¹⁴ bis 291 200 χ 10"¹⁴ cm⁴ (400-7000x10~ⁱ⁴in⁴) und einen Steifigkeitsparameter von 2,9 x 10 bis

2,9 x 10"⁵ kg»cm² (1x10~⁸ bis 1x10"⁵ lbs-in²) besitzen.

37. Flächenhaftes Flormaterial nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Garne einen F3.or mit einer minimalen Höhe von 0,32 cm (1/3 in) und einer minimalen Dichte von 4000 Monofilamenten/6,45 cm Unterseite bilden.

38. Flächenhaftes Flormaterial nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofilamente eine Zerreißfestigkeit von 352 kg/cm (5000 psi) oder höher besitzen.

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39. Flächcnhaftos FIomaterial nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle dos polymeren Materials

teilweise vernetzt sind.

40. Flächcnhaftes Flormaterial nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material Zusatzstoffe enthält, die die Vernetzung verstärken.

41. Flüchenhaftes Florraaterial nach einem der Ansprüche 36 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Äthylen-Vinylacctat-Copolymer* mit einem Vinylacetatgehait von 1 bis 10 Gev/.% und einem Schmelzindex von 0,5 bis 9 ist.

42. Flächenhaftes Flormaterial nach einem der Ansprüche 36 bis 41, dadurch geke:onzoichnot, daß das polymere Material di™ spergierte Pigmente enthält.

43. Flächanhaftes Flormaterial nach einem der Ansprüche 36 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsprozentgehalt an Pigmenten oder Zusatzstoffen im Garn, bezogen auf das gesamte Garngewicht, im Bereich von 0,5 bis 20% liegt.

44. Flächenhaftes Flormateriai nach einem der Ansprüche 36 bis 43» dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material hydratisierte Magnesia enthält.

45. Flächenhaftes Flormaterial nach einem der Ansprüche 36 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt vor dem "massig Machen" bzw. losen Aufschütten und einen Durchmesser von 76,2 bis 152/u (3 bis 6 rails) besitzen.

46. Flächenhaftes Flormaterial nach einem der Ansprüche 36 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß es die Monofilamente nach Anspruch 17 enthält.

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47. FltlchenJbaftcfi Florroatorj al nach einem dor Ansprüche

bio 46 j dadurch gokemiscichnet, daß die I-Ionoi'iJ.aiuonte massig f;omo.cht \/erdfn, indem die Mor.iof.!lf;:aerjte cesti'ickt bzv/. gcn/irkt die Monol'ilr^:cnt.e in ßostricktcr bzw. gewirkter Form t Vicrdön und. dann aufgezogen bzw. gewirkt werden.

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