DE2835706C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines selbstkräuselnden Elementarfadens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, vgl. US-PS 34 97 585.

Es ist bekannt, selbstkräuselnde Garne durch Kombinieren zu­ sammenlaufender Ströme mit unterschiedlicher Düsenstreckung und Kühlen der kombinierten Ströme zu einem Elementarfaden herzustellen, gefolgt von einem Streckvorgang. Derartige Ver­ fahren sind Stand der Technik und beispielsweise in den US- PS 33 87 327 und 34 97 585 beschrieben. Die letztgenannte Patentschrift betrifft insbesondere ein Verfahren, bei wel­ chem zwei strömungstechnisch unterschiedliche Schmelzeströme zusammengeführt und zu einem Elementarfaden ausgezogen wer­ den. Um aus diesem Faden einen gekräuselten Faden zu machen ist es gemäß Spalten 3, Zeilen 25 bis 30 erforderlich, den so gewonnenen Faden mit asymmetrisch unterschiedlichen Schrump­ fungseigenschaften über dem Querschnitt zu verstrecken oder gegebenenfalls nach dem Verstrecken auch noch unter Erwärmung zu entspannen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, das bekannte Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß eine ein­ wandfreie Kräuselung auch ohne einen gesonderten Verstreckungs­ vorgang erreicht wird.

Diese Aufgabe wird nun durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Für den Fachmann war aus dem vorstehend genannten Stand der Technik nicht ersichtlich, daß dieses Ziel, nämlich die Schaf­ fung eines gekräuselten Garns in einem einzigen Spinnvorgang durch eine erhebliche Erhöhung der Abziehgeschwindigkeit er­ reicht werden kann. Nach der US-PS 34 97 585 wird mit Abzieh­ geschwindigkeiten von etwa 180 m/min bzw. 940 m/min gearbei­ tet, wohingegen das erfindungsgemäße Verfahren mit Abziehge­ schwindigkeiten arbeitet, die mehr als 3mal so groß sind als die höchste in der US-Patentschrift genannte Abziehgeschwin­ digkeit. Jedoch reicht es nicht aus, lediglich die Abziehge­ schwindigkeit in bestimmter Weise zu wählen, sondern es ist außerdem erforderlich, das Verhältnis der Geschwindigkeiten der beiden Einzelströme - oder anders ausgedrückt, die Spinn­ streckungen, z. B. durch unterschiedliche Kapillardurchmesser - gezielt zu variieren, um den angestrebten Effekt zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung umfaßt daher ein Verfahren zur Her­ stellung eines selbstkräuselnden Elementarfadens, bei welchem aus geschmolzenem Polyester mit faserbildenden Molekularge­ wicht zwei Einzelströme erzeugt werden, die sich mit unter­ schiedlicher Geschwindigkeit voranbewegen, die Einzelströme zu einem kombinierten Strom zusammen und nebeneinander geführt werden, der kombinierte Strom zu einem kombinierten Elementar­ faden abgekühlt wird, und der kombinierte Elementarfaden vom kombinierten Strom abgezogen wird, wobei die Abziehgeschwin­ digkeit 3000 m/min übersteigt und die Abziehgeschwindigkeit und das Verhältnis der Geschwindigkeit der Einzelströme der­ art gewählt sind, daß ein Einzel-Elementarfaden, der durch Ab­ kühlung eines der genannten Einzelströme gewonnen ist, eine Schrumpfung aufweist, die mindestens 10%-Punkte höher liegt als die Schrumpfung eines Einzel-Elementarfadens, der durch Abkühlung des anderen Einzelstroms gewonnen ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist einer der Einzelströme eine Geschwindigkeit auf, die das 2- bis 7fache, oder auch das 3,5- bis 5,5fache der Geschwindig­ keit des anderen Stroms beträgt. Gemäß einem anderen Gesichts­ punkt der Erfindung weist der eine Einzelstrom bevorzugt eine kleine­ re Querschnittsfläche auf als der andere Einzelstrom. Bevor­ zugterweise wird die Abziehgeschwindigkeit derart ausgewählt, daß die Schrumpfung des kombinierten Elementarfadens kleiner als 30%, oder auch kleiner als 10% ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Schmelze bei unterschiedlicher Düsenstreckung durch zwei Spinn­ düsenkanäle ausgepreßt, die derart zusammenlaufen, daß sie an einer Stelle ineinander übergehen, die im wesentlichen mit der Stirnfläche der Spinndüse zusammenfällt, um eine kombinierte Düsenöffnung zu bilden, wobei die Kanäle mindestens im Bereich dieser Stirnfläche unterschiedliche Querschnittsflächen auf­ weisen, wobei die Abzugsgeschwindigkeit und die Düsenstreckung so gewählt sind, daß ein Elementarfaden, der lediglich aus dem größeren Kanal ausgesponnen ist, eine Schrumpfung aufweist, die mindestens 10%-Punkte niedriger ist als die eines Elemen­ tarfadens, der lediglich aus dem kleineren Kanal ausgesponnen wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, vgl. Unteranspruch 8, eine Spinndüsenplatte vorgesehen, die eine kombinierte Spinndüsen­ öffnung, die eine Kapillare mit großer Querschnittsfläche und eine Kapillare mit kleiner Querschnittsfläche aufweist, wobei die Kapillaren eine Verbindung zwischen der Stirnfläche der Spinndüsenplatte und der entgegengesetzten Seite der Spinndüsenplatte herstellen und in Richtung zur Stirn­ fläche aufeinanderlaufen, wobei die Längen der Kapillaren derart gewählt sind, daß die Kapillare mit der kleinen Quer­ schnittsfläche der Polymerströmung einen geringeren Wider­ stand entgegensetzt als die Kapillare mit der großen Quer­ schnittsfläche.

Es wird somit gemäß der vorliegenden Erfindung ein Polyester­ polymeres durch zwei aufeinander zulaufende Kapillaren mit un­ terschiedlichen Geschwindigkeiten extrudiert, um zusammenzu­ fließen und einen kombinierten Strom zu bilden. Der Strom wird zur Bildung eines Elementarfadens gekühlt, der mit hoher Ge­ schwindigkeit abgezogen wird, um ein Garn zu ergeben, das sich bei Erhitzung selbst kräuselt.

In den Zeichnungen ist

Fig. 1 die Ansicht eines Vertikalschnitts eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels einer Spinndüse, die gemäß der Er­ findung verwendet werden kann;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Spinndüse der Fig. 1 von unten her mit Blickrichtung nach oben;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Schrumpfung in Abhängigkeit von der Spinngeschwindigkeit zeigt;

Fig. 4 eine Ansicht eines Querschnitts eines Elementar­ fadens;

Fig. 5 eine Seitenansicht der geschmolzenen Ströme, die aus der Spinndüse gemäß Fig. 1 austreten;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Veränderung des Titers ei­ nes Elementarfadens darstellt; und

Fig. 7 ein Diagramm, das die Verteilung der in Fig. 5 dargestellten Schwankungen für eine repräsentative Spinndüse mit mehreren Düsenöffnungen darstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet Polyesterpolymere, d. h. faserbildende Polymere, von denen mindestens 85 Gewichts­ prozent durch Reaktion eines zweiwertigen Alkohols mit Tere­ phthalsäure gebildet werden kann. Polyester wird in typischer Weise entweder durch unmittelbare Veresterung von Ethylengly­ kol mit Terephthalsäure oder durch Umesterung zwischen Ethyl­ lenglykol und Dimethylterephthalat gebildet.

Die Fig. 1 und 2 stellen das bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Spinndüsenaufbaus dar, der verwendet werden kann, um das erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren. Die Spinndüse um­ faßt eine große Anbohrung 20, die in der oberen Oberfläche 21 der Spinndüsenplatte 22 ausgebildet ist. Eine kleine Anboh­ rung 24 ist am Boden und auf der einen Seite der großen Anboh­ rung 20 ausgebildet. Eine große Kapillare 26 erstreckt sich vom Boden der großen Anbohrung 20 an der Seite, die der klei­ nen Anbohrung 24 gegenüberliegt, und verbindet den Boden der großen Anbohrung 20 mit der unteren Oberfläche 28 der Platte 22. Eine kleine Kapillare 30 verbindet den Boden der Anboh­ rung 24 mit der Oberfläche 28. Die Kapillaren 26 und 30 sind jeweils um 4° gegenüber der Vertikalen geneigt und schließen somit einen Winkel von 8° ein. Die Anbohrung 20 weist einen Durchmesser von 1,588 mm auf, während die Anbohrung 24 einen Durchmesser von 0,787 mm besitzt. Die Kapillare 26 weist ei­ nen Durchmesser von 0,419 mm und eine Länge von 3,81 mm auf, während die Kapillare 30 einen Durchmesser von 0,259 mm und eine Länge von 0,726 mm besitzt. Ein Steg 32 trennt die Ka­ pillaren 26 und 30 an der Stelle, an der sie an der Oberflä­ che 28 austreten, und weist eine Breite von 0,142 mm auf. Die Platte 22 hat eine Dicke von 14,07 mm. Die Kapillaren 26 und 30 bilden zusammen mit den Anbohrungen 20 und 24 eine kombi­ nierte Düse zur Herstellung verschiedener neuartiger und zweck­ mäßiger selbstkräuselnder Elementarfäden.

Fig. 3 ist ein Diagramm und zeigt, wie sich die Schrumpfung des Polyester-Elementarfadens mit der Spinngeschwindigkeit für zwei kennzeichnende Fälle der Düsenstreckung verändert. Die gestrichelte Kurve zeigt, daß die Schrumpfung von etwa 65% bei etwa 3100 m/min bis auf etwa 5% bei etwa 4500 m/min ab­ fällt, wenn man Spinndüsenkapillaren verwendet, die Durchmes­ ser von 1,6 mm aufweisen, und wenn man gleichzeitig 34 derar­ tiger Elementarfäden ausspinnt und Falschdraht-strecktextu­ riert, um ein texturiertes Garn mit 165 dtex zu erhalten.

Die ausgezogene Kurve zeigt, daß die Schrumpfung bei höheren Geschwindigkeiten abfällt, wenn man Spinndüsenkapillaren ver­ wendet, die Durchmesser von 0,38 mm aufweisen, und wenn man gleichzeitig 34 derartige Elementarfäden ausspinnt und Falschdraht-strecktexturiert, um ein texturiertes Garn mit 165 dtex zu erhalten. Die Verwendung unterschiedlicher Ka­ pillarendurchmesser erzeugt nach links und nach rechts von den dargestellten Kurven eine Schar zwischenliegender Kurven. Die Kurven können auch (für einen vorgegebenen Kapillardurch­ messer) durch Verändern des Polymerdurchsatzes verschoben wer­ den. Mit anderen Worten, die Kurven können durch Verändern der Düsenstreckung verschoben werden, die das Verhältnis zur mittle­ ren Geschwindigkeit des geschmolzenen Polymers in der Kapilla­ re ist. Es ist somit möglich, eine kombinierte Düsenöffnung zum Spinnen eines Verbund-Elementarfadens aus einem einzigen Polymeren vorzusehen, wobei eine Seite des Elementarfadens eine viel höhere Schrumpfung aufweist als die andere Seite. Dies wird dadurch vorgenommen, daß man die Einzelkapillaren zum Erhalten unterschiedlicher Düsenstreckungen auswählt und auch die Spinngeschwindigkeit innerhalb des Bereiches auswählt, in dem ein Einzel-Elementarfaden, der durch Abkühlung des ei­ nen Einzelstroms erhalten würde, eine Schrumpfung aufwiese, die um mindestens 10%-Punkte höher liegt als die eines Einzel- Elementarfadens, der durch Abkühlung des anderen Einzelstroms erzielt würde. Unter den Spinnbedingungen, die in Fig. 3 dar­ gestellt sind, und bei einer Abziehgeschwindigkeit von etwa 4500 m/min würden die Einzelströme Schrumpfungen aufweisen, die sich um etwa 25%-Punkte unterscheiden. Das Zusammenfüh­ ren dieser geschmolzenen Ströme in eine aneinandergelagerte Ausbildung führt zu einem hochgradig gekräuselten Elementar­ faden, ohne daß es notwendig wäre, das Garn zum Entwicklen der Kräuselung zu strecken, wie dies bei den eingangs erwähnten US-Patentschrif­ ten der Fall ist. Ein derartiges Zusammenführen kann unter Verwendung eines Spinndüsenaufbaus vorgenommen werden, der ähnlich dem ist, der in Fig. 1 gezeigt ist, oder die Spinn­ düse kann die beiden Ströme am Austritt oder unmittelbar vor dem Austritt der Ströme aus der Oberfläche 28 zusammenführen. In jedem Fall vereinen sich die beiden Ströme an einer Stel­ le, die im wesentlichen mit der Stirnfläche der Spinndüse zusammenfällt.

Vorteilhafterweise ist die Spinndüse derart ausgebildet, daß einer der Einzelströme in seiner Kapillare eine Geschwindig­ keit aufweist, die das 2,0- bis 7fache (vorzugsweise das 3,5- bis 5,5fache) der Geschwindigkeit des anderen Stroms in sei­ ner Kapillare aufweist. Weitere Vorteile werden erzielt, wenn der schnellere der beiden Ströme eine kleinere Querschnitts­ fläche aufweist als der langsamere der Ströme, insbesondere hinsichtlich der Kräuselung und des stabilen Spinnvorgangs. Die Leistungsfähigkeit wird erhöht, wenn die Spinngeschwindig­ keit derart gewählt wird, daß der kombinierte Elementarfaden eine Schrumpfung unter 30% aufweist, und wird optimiert, wenn die Schrumpfung kleiner ist als 10%.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch mit Spinndüsen durchführbar, bei denen sich die Ströme außerhalb der Spinndüse schneiden bzw. kreuzen. Als spezielles Beispiel wird ein geschmolzenes Polyesterpolymeres mit einem für normale Textilien üblichen Molekulargewicht bei einer Temperatur von 290°C durch eine Spinndüse zugemessen, die 34 kombinierte Düsenöffnungen aufweist. Der Polymerdurch­ satz wird so eingestellt, daß Elementarfäden erzeugt werden, die durchschnittlich 4,4 dtex pro Elementarfaden aufweisen, und zwar bei einer Spinngeschwindigkeit von 4750 m/min, wobei die geschmolzenen Ströme auf herkömmliche Weise in Elementar­ fäden durch quergerichtete Kühlluft abgekühlt werden.

Unter diesen Spinnbedingungen tritt eine bemerkenswerte Er­ scheinung auf, die in Fig. 5 dargestellt ist. Infolge der Geometrie des Spinndüsenaufbaus weist das Polymere, das durch die kleinen Kapillaren 30 strömt, eine höhere Geschwindig­ keit auf als das, welches durch die größeren Kapillaren strömt. Die Geschwindigkeit und Geschwindigkeitsgrößen bzw. Trägheits­ momente der einander paarweise zugeordneten Ströme, die aus jeder kombinierten Düsenöffnung austreten, und der Winkel, un­ ter dem die Ströme außerhalb der Spinndüse zusammenlaufen, sind derart gewählt, daß sich die langsameren Ströme 34 im wesentlichen geradlinig nach den Punkten, an denen die einan­ der paarweise zugeordneten Ströme einander das erste Mal berühren und aneinander haften, voranbewegen, während jeder der kleineren und schnelleren Ströme 36 sinusförmige Schlei­ fen nach vorne und nach hinten zwischen aufeinanderfolgenden Punkten 38 bildet, an denen ein Anhaften an den zugeordneten größeren Strömen stattfindet. Diese Wirkung kann ohne weite­ res unter Verwendung einer Stroboskopbeleuchtung beobachtet werden, die auf die Ströme unmittelbar unterhalb der Spinndü­ senstirnfläche 28 gerichtet wird. Wenn sich die geschmolzenen Ströme von der Spinndüse weg beschleunigen, wird der langsame­ re Strom zwischen den Anhaftpunkten 38 dünner, und die Schlei­ fen des schnelleren Stroms werden geradegerichtet, bis der schnellere Strom in kontinuierliche Berührung mit dem langsa­ meren Strom gebracht ist. Der langsamere Strom wird zwischen den Punkten des ersten Anhaftens dünner als an diesen Punkten, so daß der resultierende kombinierte Strom einen Querschnitt aufweist, der an den Punkten des ersten Anhaftens größer ist als in den Bereichen zwischen diesen Punkten. Der sich erge­ bende kombinierte Strom wird dann noch etwas weiter ausgezo­ gen bzw. verfeinert, bis er durch die querströmende Kühlluft zu einem Elementarfaden 40 verfestigt wird.

Jeder verfestigte Elementarfaden 40 weist unrunde Querschnitts­ bereiche auf, die sich wiederholt längs seiner Längenerstrec­ kung verändern. Wie qualitativ in Fig. 6 dargestellt ist, ver­ ändert sich die Querschnittsfläche des Elementarfadens bei An­ wendung der oben erwähnten Spinnbedingungen wiederholt mit ei­ ner Wiederholungshäufigkeit von etwa 1 pro m, obwohl dies durch Abwandeln der Spinnbedingungen und der Geometrie der Spinndüsenkanäle verändert werden kann.

Infolge geringer Unterschiede zwischen kombinierten Düsenöff­ nungen, Temperaturabstufungen quer zur Spinndüse und anderen ähnlichen Abweichungen von genau der gleichen Behandlung für jeweils zwei einander paarweise zugeordnete Ströme wird eine Spinndüse mit mehreren Spinndüsenöffnungen in typischer Weise etwas unterschiedliche Wiederholungshäufigkeiten unter den vielen sich ergebenden Strömungen und Elementarfäden auf­ weisen. Ein Beispiel hiervon ist qualitativ in Fig. 7 darge­ stellt, wo gezeigt ist, daß verschiedene Düsenöffnungen etwas unterschiedliche Wiederholungshäufigkeiten erzeugen, wie es durch stroboskopische Beobachtung der kombinierten Ströme un­ mittelbar unterhalb der Spinndüsenstirnfläche bestimmt wurde.

Aus den erfindungsgemäß erhaltenen, selbstkräuselnden Elemen­ tarfäden hergestellte Garne zeigen nach dem Weben einen ange­ nehmen, neuartigen Effekt, der in mancher Hinsicht an einen Stoff erinnert, der Garne enthält, die aus Stapelfasern ge­ sponnen sind. Andere neuartige Wirkungen können ohne weiteres durch geringfügige Abänderungen der Spinndüse und der Spinn­ bedingungen erzielt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines selbstkräuselnden Elementarfadens, wobei

• (a) aus geschmolzenem Polyester mit faserbildendem Mole­ kulargewicht zwei Einzelströme erzeugt werden, die sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit voranbewegen,
• (b) die Einzelströme zu einem kombinierten Strom zusammen und nebeneinander geführt werden,
• (c) der kombinierte Strom zu einem kombinierten Elementar­ faden abgekühlt wird,
• (d) und der kombinierte Elementarfaden vom kombinierten Strom abgezogen wird,

dadurch gekennzeichnet,

• (e) daß die Abziehgeschwindigkeit 3000 m/min übersteigt,
• (f) und daß die Abziehgeschwindigkeit und das Verhältnis der Geschwindigkeiten der Einzelströme derart gewählt sind, daß ein Einzel-Elementarfaden, der durch Abküh­ lung eines der genannten Einzelströme gewonnen ist, eine Schrumpfung aufweist, die mindestens 10%-Punkte höher liegt als die Schrumpfung eines Einzel-Elementar­ fadens, der durch Abkühlung des anderen Einzelstroms gewonnen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer der Einzelströme eine Geschwindig­ keit aufweist, die das zwei- bis siebenfache der Geschwindig­ keit des anderen Stroms beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer der Einzelströme eine Geschwindig­ keit aufweist, die das 3,5- bis 5,5fache der Geschwindigkeit des anderen Stroms beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der eine Einzel­ strom eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als der ande­ re Einzelstrom.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abziehgeschwindigkeit derart gewählt ist, daß die Schrumpfung des kombinierten Elementarfadens kleiner ist als 30%.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abziehgeschwindigkeit derart gewählt ist, daß die Schrumpfung des kombinierten Elementarfadens klei­ ner ist als 10%.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Schmelze bei unterschiedlicher Düsenstreckung durch zwei Spinndüsenkanäle ausgepreßt wird, die derart zusammenlaufen, daß sie an einer Stelle ineinander übergehen, die im wesentli­ chen mit der Stirnfläche der Spinndüse zusammenfällt, um eine kombinierte Düsenöffnung zu bilden, wobei die Kanäle mindestens im Bereich dieser Stirnfläche unterschiedliche Querschnittsflä­ chen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsgeschwindigkeit und die Düsenerstreckung so gewählt sind, daß ein Elementarfaden, der lediglich aus dem größeren Kanal ausgesponnen ist, eine Schrumpfung aufweist, die minde­ stens 10%-Punkte niedriger ist als die eines Elementarfadens, der lediglich aus dem kleineren Kanal ausgesponnen wird.

8. Spinndüsenplatte zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer kombinierten Spinndüsen­ öffnung, die eine Kapillare mit großer Querschnittsfläche (26) und eine Kapillare mit kleiner Querschnittsfläche (30) auf­ weist, wobei die Kapillaren eine Verbindung zwischen der Stirn­ fläche (28) der Spinndüsenplatte (22) und der entgegengesetz­ ten Seite (21) der Spinndüsenplatte (22) herstellen und in Richtung zur Stirnfläche (28) aufeinanderlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Kapillaren derart gewählt sind, daß die Kapillare mit der kleinen Quer­ schnittsfläche (30) der Polymerströmung einen geringeren Wi­ derstand entgegensetzt als die Kapillare mit der großen Quer­ schnittsfläche (26).