DE2858687C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kräuselfähigen Elementarfadens sowie ein Mehrfadengarn entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 5, vgl. US 34 97 585.

Es ist bekannt, selbstkräuselnde Garne durch Kombinieren zusammenlaufen­ der Ströme mit unterschiedlicher Düsenstreckung und Kühlen der kombinier­ ten Ströme zu einem Elementarfaden herzustellen, gefolgt von einem Streck­ vorgang. Ein derartiges Verfahren aus dem Stand der Technik ist in der US-PS 33 87 327 beschrieben. Weiterhin ist aus der US-PS 34 97 585 ein Verfahren bekannt, bei welchem zwei strömungstechnisch unterschiedliche Schmelzeströme zusammengeführt und zu einem Elementarfaden ausgezogen werden. Um aus diesem Faden einen gekräuselten Faden zu machen, ist es gemäß der Lehre der US-PS 34 97 585 erforderlich, den so gewonnenen Faden mit asymmetrisch unterschiedlichen Schrumpfungseigenschaften zusätzlich zu verstrecken oder gegebenenfalls nach dem Verstrecken auch noch unter Er­ wärmung zu entspannen.

Aus der DE-OS 22 63 302 ist das Spinnen eines Garns mit Y-förmigem Quer­ schnitt bekannt, welches dann zu einem Garn mit zufälligen Abschnitten von verstrecktem und unverstrecktem Garn verstreckt wird; bei diesem Garn handelt es sich um ein "flaches", nicht gekräuseltes Garn, aus dem durch Falschdraht-Texturierung ein leinenartiges, fülliges Kräuselgarn erhält­ lich ist; aufgrund der Falschdraht-Texturierung umgeben in den so erhal­ tenen Kräuselgarnen die verstreckten Abschnitte infolge leichten Schmel­ zens der unverstreckten Abschnitte die letzteren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Garn sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, dessen Kräuselung sich ohne zusätz­ liche Verstreckung bei Erhitzung entwickelt. Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren bzw. bei einem gattungsgemäßen Mehrfadengarn durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 5 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4 sowie 10, wobei es sich bei Anspruch 10 trotz unterschiedlicher Patentkategorie um einen echten Unteranspruch zu den Ansprüchen 1-4 han­ delt.

Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren mit Stromgeschwin­ digkeiten durchgeführt, die weit über denen liegen, wie sie in der US-PS 33 87 327 und der US-PS 34 97 585 genannt sind. Vorteilhaft erfolgt das Ab­ ziehen des kombinierten Elementarfadens vom kombinierten Strom mit einer Geschwindigkeit, die 2500 m/min übersteigt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Garns gemäß Patentanspruch 5 sind Gegen­ stand der Ansprüche 6 bis 9.

Es wird somit gemäß der vorliegenden Erfindung z. B. ein Polyesterpolymer durch zwei aufeinander zulaufende Kapillaren mit unterschiedlichen Geschwin­ digkeiten extrudiert, um zusammenzufließen und einen kombinierten Strom zu bilden. Der Strom wird zur Bildung eines Elementarfadens gekühlt, der mit hoher Geschwindigkeit abgezogen wird, um ein Garn zu ergeben, das sich bei Erhitzung selbst kräuselt.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Ansicht eines Vertikalschnitts einer Spinndüse, die gemäß der Erfindung verwendet werden kann,

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

Fig. 3 ein Diagramm der Schrumpfung, die über der Spinngeschwin­ digkeit aufgetragen ist,

Fig. 4 eine Ansicht eines Querschnitts eines nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren erhaltenen Elementarfadens,

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

Fig. 6 ein Diagramm, das die Veränderung des Titers längs eines repräsentativen Elementarfadens, der gemäß dem Verfahren nach der Erfindung erhalten wird, darstellt,

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

Die Erfindung wird insbesondere beispielsweise durch Verwendung eines Polyesterpolymers verdeutlicht, wobei darauf hingewiesen wird, daß ge­ wisse Gesichtspunkte der Erfindung auf die Klasse der schmelzspinnfähi­ gen Polymere allgemein anwendbar sind. Der Begriff "Polyester", wie er hier verwendet ist, bedeutet faserbildende Polymere, von denen minde­ stens 85 Gew.-% durch die Reaktion eines zweiwertigen Alkohols mit Terephthalsäure gebildet werden kann. Polyester wird in typischer Wei­ se entweder durch unmittelbare Esterbildung von Äthylenglycol mit Tere­ phthalsäure oder durch Umesterung zwischen Äthylenglycol und Dimethyl­ terephthalat gebildet.

Die Fig. 1 und 2 stellen das Ausführungsbeispiel eines Spinndüsenaufbaus dar, der verwendet werden kann, um alle Gesichtspunkte der Erfindung zu realisieren. Die Spinndüse umfaßt eine große Anbohrung 20, die in der oberen Oberfläche 21 der Spinndüsenplatte 22 ausgebildet ist. Eine kleine Anbohrung 24 ist am Boden und auf der einen Seite der großen Anbohrung 20 ausgebildet. Eine große Kapillare 26 erstreckt sich vom Boden der großen Anbohrung 20 an der Seite, die der kleinen 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 Anbohrung 24 mit der Oberfläche 28. Die Kapillaren 26 und 30 sind jeweils um 4° gegenüber der Vertikalen geneigt und schließen so­ mit 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 auf­ weist. Die Kapillare 26 weist einen Durchmesser von 0,419 mm und eine Län­ ge von 3,81 mm auf, während die Kapillare 30 einen Durchmesser von 0,259 mm und eine Länge von 0,726 mm aufweist. Ein Steg 32 trennt die Kapillaren 26 und 30 an der Stelle, an der sie an der Oberfläche 28 austreten, und weist eine Breite von 0,142 mm auf. Die Platte 22 weist eine Dicke von 14,07 mm auf. Die Kapillaren 26 und 30 bilden zusammen mit den Anbohrungen 20 und 24 eine kombinierte Düse zum Spinnen verschiedenartiger, neuartiger und und zweckmäßiger Elementarfäden, die erhältlich sind gemäß dem Verfahren ent­ sprechend der Erfindung, wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird.

Fig. 3 ist ein Diagramm und zeigt, wie sich die Schrumpfung des Polyester- Elementarfadens mit der Spinngeschwindigkeit für zwei kennzeichnende Fäl­ le 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 abfällt, wenn man Spinndüsenkapillaren verwendet, die Durch­ messer von 1,6 mm aufweisen und wenn man gleichzeitig 34 derartige Ele­ mentarfäden ausspinnt und falschdraht-strecktexturiert, um ein texturier­ tes Garn mit 165 dtex zu erhalten. Die ausgezogene Kurve zeigt, daß die Schrumpfung bei höheren Geschwindigkeiten abfällt, wenn man Spinndüsenkapil­ laren verwendet, die Durchmesser von 0,38 mm aufweisen, und wenn man gleichzeitig 34 derartiger Elementarfäden ausspinnt und falschdraht- strecktexturiert, um ein texturiertes Garn mit 165 dtex zu erhalten. Die Verwendung unterschiedlicher Kapillarendurchmesser erzeugt nach links und nach rechts von den dargestellten Kurven eine Schar zwischenliegender Kurven. Die Kurven können auch (für einen vorgegebenen Kapillardurchmes­ ser) durch Verändern des Polymerdurchsatzes verschoben werden. In anderen Worten, die Kurven können durch Verändern der Düsenstreckung verschoben werden, die das Verhältnis der Garngeschwindigkeit unmittelbar nach der Verfestigung zur mittleren Geschwindigkeit des geschmolzenen Polymers in der Kapillare ist. Es ist somit möglich, eine kombinierte Düsenöffnung zum Spinnen eines Verbund-Elementarfadens aus einem einzigen Polymer vor­ zusehen, wobei eine Seite des Elementarfadens eine viel höhere Schrum­ pfung 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 aus­ wählt, in dem ein Einzel-Elementarfaden, der durch Abkühlung des einen Einzelstromes erhalten würde, eine Schrumpfung aufwiese, die um mindestens 10 Prozentpunkte höher liegt als die eines Einzel-Elementarfadens, der durch Abkühlung des anderen Einzelstromes erzielt würde. Unter den Spinn­ bedingungen, die in Fig. 3 dargestellt sind, und bei einer Spinngeschwin­ digkeit von etwa 4500 m/min würden die Einzelströme Schrumpfungen auf­ weisen, die sich um etwa 25 Prozentpunkte unterscheiden. Das Zusammen­ führen dieser geschmolzenen Ströme in eine aneinandergelagerte Ausbil­ dung führt zu einem hochgradig gekräuselten Elementarfaden in seiner noch nicht ausgesponnenen Form, ohne daß es notwendig wäre, das Garn zum Entwickeln der Kräuselung zu strecken, wie dies bei den eingangs erwähnten US-Patentschriften der Fall ist. Ein derartiges Zusammenführen kann unter Verwendung eines Spinndüsenaufbaus vorgenommen werden, der ähnlich dem ist, der in Fig. 1 geoffenbart ist.

Vorteilhafterweise ist die Spinndüse derart ausgebildet, daß einer der Einzelströme in seiner Kapillare eine Geschwindigkeit aufweist, die das 2,0- bis 7fache (vorzugsweise das 3,5- bis 5,5fache) der Geschwindig­ keit des anderen Stromes in seiner Kapillare aufweist. Weitere Vorzüge werden erzielt, wenn der schnellere der beiden Ströme eine kleinere Quer­ schnittsfläche aufweist als der langsamere der Ströme, insbesondere hin­ sichtlich der Kräuselung und des stabilen Spinnvorganges. Die Leistungs­ fähigkeit wird erhöht, wenn die Spinngeschwindigkeit derart gewählt wird, daß der kombinierte Elementarfaden eine Schrumpfung unter 30% aufweist und wird optimiert, wenn die Schrumpfung kleiner ist als 10%.

Wesentlich bei der Erfindung, die auf die gesamte Klasse der schmelzspinn­ fähigen Polymere anwendbar ist, ist, daß sich die Ströme außerhalb der Spinndüse schneiden bzw. kreuzen. Als spezielles Beispiel wird ein ge­ schmolzenes Polyesterpolymer mit einem für normale Textilien üblichen Molekulargewicht bei einer Temperatur von 290°C durch eine Spinndüse zugemessen, die 34 kombinierte Düsenöffnungen der oben erläuterten Art aufweist. Der Polymerdurchsatz wird so eingestellt, daß Elementarfäden erzeugt werden, die durchschnittlich 4,4 dtex pro Elementarfaden aufwei­ sen, und zwar bei einer Spinngeschwindigkeit von 4750 m/min, wobei die geschmolzenen Ströme auf herkömmliche Weise in Elementarfäden durch quer­ gerichtete Kühlluft abgekühlt werden.

Unter diesen Spinnbedingungen tritt eine bemerkenswerte Erscheinung auf, die in Fig. 5 dargestellt ist. Infolge der Geometrie des Spinndüsenauf­ baus weist das Polymer, das durch die kleineren Kapillaren 30 strömt, eine höhere Geschwindigkeit auf als das, das durch die größeren Kapilla­ ren strömt. Die Geschwindigkeit und Geschwindigkeitsgrößen bzw. Träg­ heitsmomente der einander paarweise zugeordneten Ströme, die aus jeder kombinierten Düsenöffnung austreten, und der Winkel, unter dem die Strö­ me außerhalb der Spinndüse zusammenlaufen, sind derart gewählt, daß sich die langsameren Ströme 34 im wesentlichen gradlinig nach den Punk­ ten, an denen die einander paarweise zugeordneten Ströme einander das erste Mal berühren und aneinander haften, voranbewegen, während jeder der kleineren und schnelleren Ströme 36 sinusförmige Schleifen nach vorne und nach hinten zwischen aufeinanderfolgenden Punkten 38 bildet, an de­ nen ein Anhaften an den zugeordneten größeren Strömen stattfindet. Die­ se Wirkung kann ohne weiteres unter Verwendung einer Stroboskopbeleuch­ tung beobachtet werden, die auf die Ströme unmittelbar unterhalb der Spinndüsenstirnfläche 28 gerichtet wird. Wenn sich die geschmolzenen Ströme von der Spinndüse weg beschleunigen, dann wird der langsamere Strom zwischen den Anhaftpunkten 38 dünner, und die Schleifen des schnel­ leren Stromes werden geradegerichtet, bis der schnellere Strom in kon­ tinuierliche Berührung mit dem langsameren Strom gebracht ist. Der lang­ samere 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 ergebende kombinierte Strom wird dann noch etwas weiter ausgezogen bzw. verfeinert, bis er durch die querströmende Kühlluft zu einem Elementarfaden 40 ver­ festigt wird.

Jeder verfestigte Elementarfaden 40 weist unrunde Querschnittsbereiche auf, die sich wiederholt längs seiner Längenerstreckung verändern, und weist, nachdem er unter einer geringen Zugspannung erwärmt wurde, spiral­ gekräuselte S- und Z-gezwirnte Abschnitte mit veränderlicher Teilung auf, wobei die Abschnitte in den Bereichen großer Querschnittsfläche weniger eng gekräuselt sind als in Bereichen kleiner Querschnittsfläche. Wie qualitativ in Fig. 6 dargestellt ist, verändert sich die Querschnitts­ fläche des Elementarfadens bei Anwendung der oben erwähnten Spinnbe­ dingungen wiederholt mit einer 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 Düsenöffnungen, Temperaturabstufungen quer zur Spinndüse und anderen ähnlichen Abweichun­ gen von genau der gleichen Behandlung für jeweils zwei einander paarwei­ se zugeordnete Ströme wird eine Spinndüse mit mehreren Spinndüsenöffnun­ gen in typischer Weise etwas unterschiedliche Wiederholungshäufigkeiten unter den vielen sich ergebenden Strömungen und Elementarfäden aufweisen. Ein Beispiel hiervon ist qualitativ in Fig. 7 dargestellt, wo gezeigt ist, daß verschiedene Düsenöffnungen etwas unterschiedliche Wiederholungs­ häufigkeiten erzeugen, wie es durch stroboskopische Beobachtung der kom­ binierten Ströme unmittelbar unterhalb der Spinndüsenstirnfläche bestimmt wurde. Bei dem sich ergebenden Mehrfadengarn weisen die Elementarfäden unrunde Querschnitte auf, die um mehr als 10% längs der Längenerstreckung der Elementarfäden variieren, sowie abwechselnde S- und Z-gezwirnte, spi­ ralgekräuselte Abschnitte, wobei von Elementarfaden zu Elementarfaden so­ wohl die Unterschiede in den Querschnittsflächen als auch die spiralge­ kräuselten Abschnitte phasenverschoben sind.

Das Mehrfadengarn weist verschiedenartige Fälle der Anwendung und end­ gültigen Benutzung auf. Wenn es zu einem Stoff gewebt wird, dann weist der Stoff einen angenehmen, neuartigen Effekt auf, der in mancher Hinsicht an einen Stoff erinnert, der Garne enthält, die aus Stapelfasern gespon­ nen sind. Andere neuartige Wirkungen können ohne weiteres durch gering­ fügige Abänderungen der Spinndüse und der Spinnbedingungen erzielt wer­ den.

Für manche dieser Wirkungen ist es von Vorteil, daß sich die Elementar­ fäden in ihrer Querschnittsfläche wiederholt längs ihrer Längenerstrec­ kung um mehr als ±25% (vorzugsweise um mehr als ±30%) ändern. Die Wirkungen treten insbesondere hervor, wenn das Garn eine Ungleichmäßig­ keit mit einem Uster-Wert von mindestens 2,5% U aufweist. Die Uster- Messung ist unter Verwendung eines Uster-Gleichmäßigkeitsprüfers, Modell C vorgenommen, zusammen mit einem Integrierer ITG-101 für dieses Instrument. Die Garngeschwindigkeit beträgt 182,8 m/min^-1, der Betriebs­ artwähler ist auf Normal eingestellt, und der Empfindlichkeitswähler ist auf 12,5% eingestellt. Der prozentuale U-Wert wird vom Integrator nach einer Probenlaufzeit von 5 Minuten abgelesen.

Die Schrumpfung im Sinne dieser Beschreibung wird durch das in diesem Absatz beschriebene Verfahren bestimmt. Ganz allgemein wird die ursprüng­ liche Länge L₀ eines Probengarns bestimmt, während sich das Garn unter einer Zugspannung von 0,1 g/den befindet. Das Garn wird dann einer Zug­ spannung von 0,0025 g/den ausgesetzt und für 5 Minuten in einen Ofen mit 120°C gebracht. Das Garn wird dann aus dem Ofen entnommen, wieder einer Zugspannung von 0,1 g/den ausgesetzt, und seine Länge L₂ wird bestimmt. Die prozentuale Schrumpfung entspricht

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines kräuselfähigen Elemen­ tarfadens, wobei

• (a) aus geschmolzenem Polymeren mit faserbildendem Moleku­ largewicht mittels einer Spinndüse zwei Einzelströme erzeugt werden, die sich mit unterschiedlicher Geschwin­ digkeit voranbewegen,
• (b) die Einzelströme zu einem kombinierten Strom zusammenge­ führt und abgekühlt werden,

dadurch gekennzeichnet,

• (c) daß die beiden Ströme an einer Stelle unterhalb der Spinndüsen-Stirnfläche zusammengeführt werden,
• (d) daß die Geschwindigkeiten und Bewegungsgrößen der Ströme sowie der Winkel, unter denen die Ströme zusammenlaufen, derart gewählt werden, daß der langsamere der Ströme sich nach einer Stelle, an der sich die Ströme das erste Mal berühren und aneinander anhaften, im wesentlichen geradli­ nig weiterbewegt, und der schnellere Strom zwischen auf­ einanderfolgenden Punkten, an denen er am langsameren Strom anhaftet, vor dem Abkühlen nach vorne und hinten sinusförmige Schlaufen bildet,
• (e) und daß der sich ergebende kombinierte Strom zu einem Ele­ mentarfaden abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor dem Abkühlen der langsamere Strom aus­ gezogen wird, wobei die sinusförmigen Schlaufen geradegerichtet werden und der schnellere Strom in kontinuierliche Berührung mit dem langsameren Strom gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der langsamere Strom im Quer­ schnitt größer ist als der schnellere Strom.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Herstellung eines Mehrfadengarnes mit veränderlichem Titer gleichzeitig mehrere Paare geschmolze­ ner Ströme, durch eine entsprechende Anzahl kombinierter Düsen­ öffnungen durch eine gemeinsame Spinndüse extrudiert und dieser von einer gemeinsamen Polymerquelle zugeführt werden, und daß die Geometrien der kombinierten Düsenöffnungen und die Spinnbe­ dingungen derart gewählt werden, daß die sich ergebenden Ele­ mentarfäden aufeinanderfolgende dicke und dünne Bereiche auf­ weisen, die von Elementarfaden zu Elementarfaden phasenverscho­ ben sind.

5. Mehrfadengarn, hergestellt aus mehreren insbesondere gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 erhält­ lichen Einzelfäden, wobei die Einzelfäden unrunde Querschnit­ te und abwechselnd S- und Z-gezwirnte spiralgekräuselte Ab­ schnitte aufweisen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Querschnitte der Einzelfäden sich wiederholt in der Fläche um mehr als ±10% längs der Längenerstreckung der Einzelfäden ändern, daß die Anordnung von Einzelfaden zu Einzelfaden phasenverschoben ist, sowohl bei den Änderungen der Querschnittsfläche, als auch bei den spiralgekräuselten Abschnitten, und daß die S- und Z-gezwirnten, spiralgekräu­ selten Abschnitte einander mit unterschiedlichem Steigungs­ winkel folgen, wobei die Abschnitte in den Bereichen mit gro­ ßen Querschnittsflächen weniger eng gekräuselt sind als in den Bereichen mit kleinen Querschnittsflächen.

6. Garn nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Garn eine Ungleichmäßigkeit mit ei­ nem Usterwert von mindestens 2,5% U aufweist.

7. Garn nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Querschnitte wiederholt in ih­ rer Fläche um mehr als ±25% längs der Längenerstreckung der Elementarfäden ändern.

8. Garn nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Querschnitte wiederholt in ih­ rer Fläche um mehr als ±50% längs der Längenerstreckung der Einzelfäden ändern.

9. Garn nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elementarfäden aus einem einzigen geschmolzenen Polymeren gebildet sind.

10. Spinndüsenplatte zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 4, 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).