DE3040971A1

DE3040971A1 - Trockengesponnene polyacrylnitrilhohlfasern und -faeden und ein verfahren zu ihrer herstellung

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Publication number: DE3040971A1
Application number: DE19803040971
Authority: DE
Inventors: Kurt 4047 Dormagen Bernklau; Hans-Karl 4040 Neuß Burghartz; Toni 4047 Dormagen Herbertz; Hermann-Josef 4048 Grevenbroich Jungverdorben; Ulrich Dr. Reinehr
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1980-10-30
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1982-06-24
Also published as: EP0051203B1; EP0051203A1; US4457885A; JPH0128124B2; DE3164456D1; US4483903A; JPS57106714A

Description

BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk

Zentralbereich lJ«<_nn*

Patente, Marken und Lizenzen 29. 0kU98ö

Trockengesponnene Polyacrylnitrilhohlfasern und -fäden und ein Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Herstellung von Hohlfasern nach dem Schmelzspinnverfahren oder der Naßspinntechnologie ist schon seit vielen Jahren bekannt. Die in zahlreichen Patenten angegegebenen Verfahren lassen sich im wesentlichen auf 3 Methoden zurückführen.

Bei der ersten Methode verspinnt man ein geschmolzenes Polymeres, beispielsweise einen Polyester, aus Düsen mit nebeneinander liegenden Segmentbögen. Durch Aufblähung des geschmolzenen Polymeren unterhalb der Düse und Ineinanderfließen der Segmentbogenenden in fortlaufender Form werden synthetische Hohlfasern erzeugt. Bei der zweiten Methode verwendet man eine Hohlraumnadel, die im Mittelpunkt der Düsenlochöffnung plaziert sein muß, wobei man gasförmige Stoffe oder Füllmittel durch die Hohlraumnadel pumpt. Das Polymere fließt um die Nadel und das Gas füllt den Hohlraum im Zentrum aus und stabilisiert die Form bis das Polymere abgekühlt ist. Auf diese Weise werden besonders Viskosehohlfäden

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hergestellt, wobei als lumenfüllendes Medium beispielsweise Ricinusöl verwendet wird. Bei der dritten Methode schließlich reicht ein fester Stift in die Düsenlochöffnung. Hierbei handelt es sich im allgemeinen um einen schwierigen Spinnprozeß, da das Polymere in eine geschlossene Form übergehen will. Das Verfahren ist besonders für Querschnittsmodifikationen geeignet, es muß jedoch Luft am Stiftende zugeführt oder Vakuum angelegt werden, um hohlraumhaltige Fasern zu erzeugen.

Hohlfaden und -fasern haben inzwischen vielerlei Einsatzgebiete gefunden. So werden sie z.B. zur Meerwasserentsalzung, zur Reinigung von Flüssigkeiten und Gasen, als Ionenaustauscher, für Umkehrosmose, Dialyse und Ultrafiltration (künstliche Nieren) sowie wegen ihres niedrigen Gewichtes und hohen Bausches für KomforLkleidung verwendet. Besonders die Stoffreinigung, z.B. von Industriegasen, ist in letzter Zeit in den Vordergrund gerückt. Zusammenfassende Artikel über Herstellung und Bedeutung von synthetischen Hohlfasern befinden sich in Encyclopedia of Polymer Science and Technology 15, (1971), Seite 258-272, in Acta Polymerica 2Q_, (1979), Seite 343-347 und in Chemical Engineering, Febr. 1980, Seite 54-55.

Bisher hat es auch nicht an Versuchen gefehlt, Acrylhohlfasern nach einem Trockenspinnprozeß aus einer Spinnlösung herzustellen. Wegen der dabei auftretenden Probleme ist jedoch bis heute kein technisches Verfahren zur Herstellung von Acrylhohlfasern nach dieser Technologie bekannt geworden.

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Unter Hohlfasern werden hier Fasern verstanden, die einen in Längsrichtung im Innern der Faser angeordneten durchgehenden kontinuierlich fortlaufenden Kanal aufweisen.

Während man Acrylnitrilpolymere nach der Naßspinntechnologie verhältnismäßig einfach nach einer der vorgenannten Methoden in Hohlfasern überführen kann, führt dies bei einem Trockenspinnprozeß infolge eines anderen Fadenbildungsmechanismus zu erheblichen Schwierigkeiten.

Beim Naßspinnprozeß wird die Fadenbildung durch Koagulation der Spinnlösung in einem wäßrigen Fällbad, das ein Lösungsmittel für Polyacrylnitril enthält, vorgenommen, wobei man Fällbadkonzentration, -temperatur und zusätzliche Koagulierungsmittel, wie beispielsweise wäßrige SaIzlösungen, in weiten Grenzen variieren kann. So beschreibt beispielsweise die DE-OS 2 346 011 die Herstellung von Acrylhohlfasern nach Methode 2 für ein Naßspinnverfahren mit wäßrigem DMF als Fällbad und die DE-OS 2 321 460 für wäßrige Salpetersäure als Fällbad, wobei man aus Düsen mit ringförmigen öffnungen spinnt und eine Flüssigkeit als inneres Fällmittel in den Mittelteil der ringförmigen Öffnung einleitet.

Versucht man die Methoden 1 bis 3 auf ein Trockenspinnverfahren anzuwenden, so stößt man auf erhebliche Schwierigkeiten, da beim Spinnen aus einer Spinnlösung erst ein Teil des Lösungsmittels nach Austritt aus der Düsenöffnung verdampfen muß, um eine Fadenbildung und -verfestigung zu erreichen. Wegen des hohen tech-

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nischen Aufwandes und der schwierigen Prozeßführung im Falle der Herstellung von Acrylhohlfasern durch. Trockenspinnen aus Spinnlösungen wurden die Methoden 2 und 3 nicht weiterverfolgt.

Versucht man nach Methode 1 aus Profildüsen mit nebeneinander liegenden Segmentbögen nach dem Trockenspinnverfahren Hohlfasern zu erzeugen, so erhält man in der Regel nur hanteiförmige bis unregelmäßige, bizarre Querschnitte, die in ungleichmäßiger Form Luftein-Schlüsse aufweisen. Steigert man die Polymerfeststoffkonzentration, um durch Erhöhung der Strukturviskosität das vorgegebene Hohlraumprofil zu erhalten, so treten unerwartete Probleme auf. Der Erhöhung des Feststoff gehaltes sind infolge Gelierung, Fließfähigkeit und Handhabung derartiger Spinnlösungen Grenzen gesetzt. So kann man beispielsweise ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung 93,6 % Acrylnitril, 5,7 % Acrylsäuremethylester und 0,7 Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 81 nur bis zu einer Feststoffkonzentration von maximal 32 Gew.-% in einem Spinnlösungsmittel wie Dimethylformamid lösen und zu Fäden verspinnen. Versucht man, den Feststoffgehalt weiter anzuheben, so gelieren derartige Spinnlösungen beim Abkühlen schon bei Temperaturen um 50 bis 8O⁰C, so daß ein siörungsfreies Spinnen unmöglich wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, wegen der vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten derartiger Hohl-

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β *

- r-

fasern und -fäden, ein solches Trockenspinnverfahren zur Herstellung von Acrylnitrilhohlfasern zur Verfügung zu stellen.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man auch mit einem Trockenspinnverfahren Polyacrylnitrilhohlfäden spinnen kann, wenn man Spinnlösungen mit einer Viskosität, die einen bestimmten Wert überschreitet, einsetzt, Düsen mit schleifenförmigen Düsenlöchern verwendet, die bestimmten Abmessungen unterliegen und die Spinnluft in bestimmter Weise auf die Fäden einwirken läßt.

Gegenstand der Erfindung sind daher trocken gesponnene Polyacrylnitrilhohlfäden. Geeignete Acrylnitrilpolymere zur Herstellung von diesen Fäden und daraus erhältlichen Fasern sind Acrylnitrilhomo- und -copolymerisate, wobei die Copolymerisate wenigstens 50 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 85 Gew.-% einpolymerisierter Acrylnitrileinheiten enthalten.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Polyacrylnitrilhohlfäden und -fasern, dadurch gekennzeichnet, daß man die fadenbildenden synthetischen Polymere nach einem Trockenspinnprozeß aus einer Lösung durch eine Düse mit schleifenförmigen Düsenlöchern verspinnt, wobei die Lösung eine Viskosität von mindestens 120 Kugelfallsekunden, gemessen bei 80⁰C oder von von mindestens 75 KugelfallSekunden, gemessen bei 100⁰C, auf-

2 weist, wobei die Düsenlochflache kleiner als 0,2 mm , die Schenkelbreite der schleifenförmigen Düse maximal 0,1 mm ist und die Überlappung der

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-χ-

beiden Schenkelenden der schleifenförmigen Düse vom Mittelpunkt der Düse gemessen einen Winkel von 10 bis 30° bildet und wobei die Spinnluft in Querrichtung zum Fadenabzug auf die Fäden einwirkt und die Luftrichtung mit einer Geraden, die durch die Schenkelöffnung geht, einen Winkel von 80 bis 100° bildet.

Dem Spinnen schließen sich die üblichen weiteren Verfahrensschritte des Polyacrylnitriltrockenspinnverfahrens an.

10 Die Viskosität in Kugelfallsekunden, gemessen bei 80 oder bei 100⁰C, wurde nach der Methode von K. Jost, Reologica Acta, Band 1 (1958), Seite 303, bestimmt. Vorzugsweise ist die Düsenlochflache kleiner als 0,1

2
mm und die Schenkelbreite zwischen 0,02 bis 0,06 mm.

2 Bei Düsenlochflachen größer 0,2 mm wird ein Verfließen der Querschnittsform festgestellt. Man erhält unscharfe knollenartig bis formlos deformierte, bizarre Gebilde.

Spinnlösungen der angegebenen Viskosität, die auch eine höhere Konzentration des fadenbildenden Polymeren als sonst üblich enthalten, werden nach DE-OS 2 706 erhalten, indem man entsprechend konzentrierte Suspensionen des fadenbildenden Polymeren, die leicht förderbar sind, im gewünschten Lösungsmittel herstellt und diese Suspensionen durch kurzzeitiges Erhitzen auf Temperaturen bis knapp unterhalb des Siede-

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punktes des verwendeten Spinnlösungsmitteln in viskositätsstabile Spinnlösungen überführt.

Die Suspensionen zur Herstellung solcher Spinnlösungen erhält man, indem man das Spinnlösungsmittel nötigenfalls mit einem Nichtlöser für das zu verspinnende Polymere versetzt und anschließend unter Rühren das Polymere zufügt.

Als Nichtlöser im Sinne der Erfindung kommen alle Stoffe in Frage, die für das Polymere ein Nichtlösungsmittel sind und sich mit dem Spinnlösungsmittel in weiten Grenzen mischen lassen.

Die Siedepunkte der Nichtlöser können sowohl unterhalb als auch oberhalb des Siedepunktes des verwendeten Spinnlösungsmittels liegen. Derartige Substanzen, welche in festem oder flüssigem Aggregatzustand vorliegen können, sind beispielsweise Alkohole, Ester oder Ketone sowie ein- und mehrfach substituierte Alkylether und Ester mehrwertiger Alkohole, anorganische oder organische Säuren, Salze und dergleichen. Als bevorzugte Nichtlöser werden einmal wegen seiner einfachen Handhabung und Entfernung im Spinnschacht ohne Rückstandsbildung und Rückgewinnung Wasser und zum anderen Glycerin, Mono- und Tetraethylenglykol sowie Zucker eingesetzt.

Bei Verwendung von Nichtlösern, deren Siedepunkt unterhalb des Siedepunktes des Spinnlösungsmittels liegt,

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erhält man Acrylhohlfasern, die sich von den bekannten kompakten Typen durch ein erheblich gesteigertes Wasserrückhaltvermögen auszeichnen. Bei Verwendung von Nichtlösern, deren Siedepunkt über dem der Spinnlösungsmittel liegt, erhält man, wie bereits in DE-OS 2 554 124 beschrieben, Acrylfasern mit einem hohen Wasserrückhaltevermögen. Diese Fasern zeichnen sich durch besondere Trageeigenschaften aus. Während im ersten Falle der Nichtlöser im Spinnschacht entfernt wird, muß im zweiten Falle der Nichtlöser im Anschluß an den Spinnprozeß in einem weiteren Verfahrensschritt aus der verfestigten Faser ausgewaschen werden.

Im Falle der Verwendung von Wasser als Nichtlöser konnten bei Einsatz des auf Seite 2 erwähnten Acrylnitrilcopolymerisates vom K-Wert 81 ab einer Feststoffkonzentration der Spinnlösung von 36 Gew.-% Hohlfasern nach dem Trockenspinnverfahren aus den genannten Düsen erhalten werden.

Der Wasseranteil derartiger Suspensionen aus Polyacrylnitril und Dimethylformamid liegt im Bereich zwischen 2 bis 10 %, bezogen auf die Gesamtsuspension. Unterhalb 2 Gew.-% Wasserzugabe erhält man keine fließfähige, transportfähige Suspension mehr, sondern einen dicken, trägen Brei. Beträgt der Wassergehalt andererseits mehr als 10 Gew.-%, so zerplatzen die Fäden beim Spinnprozeß unterhalb der Düse wegen des hohen Wasserdampfpartialdruckes beim Austritt aus den Düsenlöchern. Der prozentuale Wasserteil in der

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Spinnlösung beeinflußt nicht die Profilgebung an der Düse. Entscheidend ist allein die Polymerfeststoffkonzentration. Bei Feststoffgehalten bis zu 40 % haben sich Wasseranteile von 2 bis 3 % als optimal erwiesen, um noch fließfähige transportable Suspensionen bei Raumtemperatur zu erhalten. Verwendet man anstelle von Wasser einen anderen Nichtlöser, wie Propanol oder Butanol, so kommt man zu den gleichen Ergebnissen. Für Acrylnitrilcopolymerisate mit K-Werten kleiner als 81 lassen sich natürlich auch noch höher konzentrierte Spinnlösungen herstellen. So kann man beispielsweise aus einem Acrylnitrilcopolymerisat aus 92 % Acrylnitril, 6 % Acrylsäuremethylester und 2 % Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 60 eine Suspension aus 45 % Copolymerisat-Feststoffgehalt, 4 % Wasser und 51 % Dimethylformamid herstellen, die eine Viskosität von 142 Kugelfallsekunden, gemessen bei 8O⁰C, aufweist, die noch bei Raumtemperatur fließfähig ist und durch Lösen und Verspinnung aus einer spezieilen Profildüse in Hohlfasern überführt werden kann. Andererseits kann man bei Verwendung von Polymerisaten mit höheren K-Werten auch bei niedrigerer Feststoffkonzentration als die angegebenen 36 %igen Spinnlösungen vom K-Wert 81 beim Trockenspinnen aus spezieilen Profildüsen zu Hohlfasern gelangen. Entscheidend für die Formgebung an der Profildüse ist allein die Höhe der Viskosität.

Im Falle der Verwendung von Monoethylenglykol als Nichtlöser konnten bei Verwendung des auf Seite 2 erwähnten Acrylnitrilcopolymerisates Spinnlösungen

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per

Feststoffkonzentrationen von 36 Gew.-% oder größer hergestellt werden, deren Viskositäten wenigstens 75 Kugelfallsekunden, gemessen bei 100⁰C, betrugen. Aus diesen Spinnlösungen wurden Hohlfäden und -fasern erspönnen, die sich nach dem Auswaschen des Nichtlösers und der üblichen Nachbehandlung durch hohe Wasserrückhaltevermögen auszeichneten. Der Nichtlöseranteil derartiger Suspensionen aus Polyacrylnitril, Dimethylformamid und Monoethylenglykol, muß, wie in DE-OS

10 2 554 124 bereits mitgeteilt, mindestens 5 Gew.-%, bezogen auf Lösungsmittel und Feststoff, betragen, damit die Fäden und Fasern ein Wasserrückhaltevermögen von mindestens 10 % aufweisen. Wie aus Tabelle II hervorgeht, beeinflußt der prozentuale Gehalt an

15 Nichtlöser in der Spinnlösung die Profilgebung an

der Düse nicht. Entscheidend ist vielmehr, daß eine Mindestviskosität der Spinnlösung vorliegt. Bei Feststoff gehalten bis 40 Gew.-% haben sich Nichtlöseranteile von 5 bis 10 Gew.-% als optimal erwiesen, um Acrylhohlfasern mit einem Wasserrückhaltevermögen von größer als 10 % zu erhalten. Die den in Längsrichtung im Inneren der Faser angeordneten durchgehenden kontinuierlich fortlaufenden Kanal umgebende Feststoffmasse weist eine Kern/Mantel-Struktur auf.

Die Stärke des Fasermantels läßt sich durch das Verhältnis Polymerfeststoff zu Nichtlöseranteil in weiten Grenzen variieren. Entsprechend den Ausführungen bei der Verwendung von Wasser als Nichtlöser gilt auch bei der Verwendung von Nichtlösern, deren Siedepunkt oberhalb des Siedepunktes des Spinnlösungsmittels liegt, daß Acrylnitrilcopolymerisate mit K-Werten klei-

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ner als 81 in höherer Konzentration und Acrylnitrilcopolymerisate mit K-Werten größer als 81 in geringerer Konzentration in der Spinnlösung die geforderte Mindestviskosität ergeben.

Die Ermittlung der Mindestviskosität kann bei zwei unterschiedlichen Temperaturen, nämlich bei 80⁰C und 100⁰C, vorgenommen werden. Diese Maßnahme trägt der Tatsache Rechnung, daß einerseits die Bestimmung der Viskosität bei Spinnlösungen die als Nichtlöser Wasser enthalten, wegen der Verdampfung des Wassers bei 100⁰C schwierig ist, während hingegen in die Bestimmung der Viskosität bei anderen Spinnlösungen, die als Nichtlöser eine Substanz enthalten, deren Siedepunkt über der des Spinnlösungsmittels liegt, bei 8O⁰C wegen auftretender Gelierneigung problematisch werden kann. Die Bestimmung der Viskosität wasserhaltiger Spinnlösungen kann jedoch auch bei 100⁰C vorgenommen werden, wenn in geschlossenem System gearbeitet wird.

Solange die zu verspinnende Spinnlösung einen endliehen Kugelfallsekundenwert ergibt, ist die Herstellung von Acrylhohlfasern aus dieser Spinnlösung im Prinzip möglich. Aus wirtschaftlichen Gründen jedoch lassen sich bei herkömmlichen Spinnanlagen Spinnlösungen mit Viskositäten über 300 Kugelfallsekunden, gemessen bei 80 oder 100⁰C, nicht mehr unproblematisch verarbeiten, so daß sich hieraus eine natürliche Obergrenze des Viskositätsbereiches ergibt.

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Als Spinnlösungsmittel kommen neben Dimethylformamid auch die noch höher siedenden Lösungsmittel wie Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, Ethylencarbonat und N-Methy!pyrrolidon und ähnliche in Frage.

Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Herstellung von Acrylhohlfasern nach einem Trockenspinnprozeß gemäß der Erfindung stellt die Prozeßführung der Spinnluft während der Fadenbildung sowie die spezielle Geometrie, Größe und Anordnung der Düsenlöcher der für die Her-

^₀ stellung von Acrylhohlfasern geeigneten Spinndüsen dar. Es hat sich gezeigt, daß zur Erzeugung von runden, in der Form einheitlichen Hohlfasern mit untereinander gleichen Hohlraumanteilen eine Spiral- oder Schleifendüse gemäß der Fig. 1 besonders vorteilhaft ist, wo-

IJ- bei der Überlappungswinkel der beiden Schenkelenden der spiralförmigen Düsenlöcher 10 bis 30°, Vorzugs weise 20°, betragen. Ist das Schenkelende der spiralförmigen Düsenlöcher verlängert, beträgt beispielsweise der Überlappungswinkel der beiden Schenkelenden 55° (vgl. Fig. 4) oder weist die Schenkelöffnung der spiralförmigen Düsenlöcher eine andere Stellung als die Querlage zum SpinnSchachtmittelpunkt auf (vgl. Fig. 3), so werden keine in Form und Hohlraumanteil gleichmäßigen Hohlfasern erhalten. Je nach Spinndüsengeometrie und Anordnung der Schenkelöffnung zum Spinnschachtmittelpunkt entstehen bohnenförmige und andere unerwünschte Querschnittsformen. Neben dieser speziellen Düsenlochgeometrie und Anordnung spielt die Art und Weise der Luftzuführung

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an die Profilfäden zur Ausbildung von Hohlfasern eine entscheidende Rolle. Nur durch gezielte Anströmung der Fäden mit Spinnluft vom Spinnschachtmittelpunkt aus werden einheitliche Hohlfasern erhalten. Bei andersartiger Luftanströmung der Fäden, beispielsweise von innen und außen her, erhält man Undefiniert bizarre Faserquerschnitte mit wechselnden Hohlraumanteilen. Offenbar ist es entscheidend, daß die Spinnluft nicht zentral auf die Schenkelöffnungen der Proig fildüse trifft, sondern in Querrichtung unter einem Winkel von 80 bis 100°, vorzugsweise 90°, Zutritt findet (vgl. Fig. 2). Trifft die Spinnluft direkt in die Schenkelöffnungen ein (vgl. Fig. 3), so blähen die Fäden stark auf, um anschließend unter dem Einfluß des Verzuges zu kollabieren. Man erhält unstete Querschnittsformen und wechselnde Hohlraumteile.

Neben der speziellen Prozeßführung der Spinnluft während der Fadenbildung sowie der speziellen Geometrie und Anordnung der Düsenlochöffnungen der zu verwendenden Profildüsen spielt auch noch die Größe des Düsenlochdurchmessers und die Düsenlochflache, wie angegeben, eine wichtige Rolle. Es hat sich gezeigt, daß im Falle von speziellen geometrischen Konfigurationen scharfe Konturen der Fadenquerschnitte nur bis zu einer bestimmten Schenkelbreite in Abhängigkeit von der gesamten Düsenlochflache erspinnbar sind. Unter Schenkelbreite einer Profildüse wird hier der Abstand zwischen der äußeren Begrenzung der vorgegebenen Profilform in mm, nicht jedoch der Abstand zur Düsenlochmitte hin, verstanden.

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Die erfindungsgemäßen Fasern zeichnen sich neben den bereits erwähnten Eigenschaften für Dialyse und Ultrafiltrationszwecke besonders noch durch ihx hohes Wasserrückhaltevermögen aus. Textile Flächengebilde aus der-

5 artigen Fasern besitzen, wie bereits in der DE-OS

2 719 019 erwähnt, einen guten Tragekomfort. Das Wasserrückhaltevermögen beträgt in allen Fällen, wo eine geschlossene, in sich einheitliche Hohlfaser mit konstantem Hohlraumanteil vorliegt, mindestens 10 %. Bei nicht einheitlichen Hohlfaserquerschnittsformen sowie teils offenen, teils geschlossenen Formen werden je nach Hohlraumanteil schwankende Werte für das Wasserrückhaltevermögen ermittelt. Das Wasserrückhaltevermögen wird in Anlehnung an die DIN-Vorschrift 53 814 (vgl. Melliand Textilberichte 4_, 1973, Seite 350) bestimmt.

Die Faserproben werden 2 Stunden in Wasser getaucht,

das 0,1 % Netzmittel enthält. Danach werden die Fasern

2 10 Minuten mit einer Beschleunigung von 10 000 m/sec zentrifugiert und die Wassermenge gravimetrisch ermittelt, die in und zwischen den Fasern zurückgehalten wird. Zur Bestimmung des Trockengewichtes werden die Fasern bis zur Feuchtekonstanz bei 105⁰C getrocknet. Das Wasserrückhaltevermögen (WR) in Gew.-% ist:

^mf ~ ^mtr

25 WR = — x 100

m,
tr

nu = Gewicht des feuchten Fasergutes m, = Gewicht des trockenen Fasergutes

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Derartige Hohlraumfasern neigen infolge ihrer Struktur bei Belastung mit hohen Temperaturen zu Querschnittsdeformationen. Wird beispielsweise ein endloses Hohlraumkabel bei Temperaturen oberhalb 16O⁰C getrocknet, so platzen einzelne Hohlraumkapillaren unter Entstehung von unregelmäßigen, teils offenen Faserquerschnitten und hohen Kurzfaseranteilen auf. Bei der Nachbehandlung der erfindungsgemäßen Fasern hat sich folgende Nachbehandlungsfahrweise als optimal erwiesen:

Waschen-Strecken-Präparieren-Kräuseln-Schneiden-Trocknen bis maximal 140⁰C. Bevorzugte Trocknungstemperatur ist 110 bis 13O⁰C. Werden die erfindungsgemäßen Acrylhohlfasern, wie eben erwähnt, nachbehandelt, so erhält man in sich geschlossene, gleichförmige Hohlraumfasern

15 mit untereinander gleichen Hohlraumanteilen.

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- ja -

Beispiel 1

59 kg Dimethylformamid (DMF) werden mit 3 kg Wasser in einem Kessel bei Raumtemperatur unter Rühren vermischt. Anschließend werden 38 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 93,6 % Acrylnitril, 5,7 % Acrylsäuremethylester und 0,7 % Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 81 unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension wird über eine Zahnradpumpe in einen mit einem Rührwerk versehenen Spinnkessel gepumpt.

Dann wird die Suspension, die einen Feststoffgehalt von 38 Gew.-% und einen Wassergehalt von 3 Gew.-%, bezogen auf Gesamtlösung, aufweist, in einem doppelwandigen Rohr mit Dampf von 4,0 bar erhitzt. Die Verweilzeit im Rohr beträgt 7 Minuten. Die Temperatur der Lösung am Rohrausgang ist 138⁰C. Im Rohr befinden sich mehrere Mischkämme zur Homogenisierung der Spinnlösung. Die Spinnlösung, welche eine Viskosität von 176 Kugelfallsekunden bei 90⁰C aufweist, wird nach Verlassen der Aufheizvorrichtung ohne Zwischenkühlung filtriert und

20 direkt dem Spinnschacht zugeführt.

Die Spinnlösung wird aus einer 36-Lochdüse mit spiralförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Die Düsenlöcher sind auf einer Ringdüse so angeordnet, daß die öffnungen der Profildüse quer zur Luftanbla-

25 sung hin ausgerichtet sind (vgl. Fig. 2). Die Düsen-

2
lochfläche beträgt 0,08 mm und die Schenkelbreite 0,06' mm. Die Schachttemperatur liegt bei 160⁰C und die Lufttemperatur be-trägt 150⁰C. Die durchgesetzte Luftmenge, welche in unmittelbarer Nähe der Spinndüse auf das aus

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a * (t

dieser austretende Fadenbündel in Querrichtung zum Fadenabzug einseitig von der Spinnschachtmitte aus nach allen Seiten ausströmt, beträgt 30 m /h. Die Abzugsgeschwindigkeit liegt bei 125 m/min. Das Spinngut vom Titer 790 dtex wird auf Spulen gesammelt und zu einem Band vom Gesamttiter 158 000 dtex gefacht. Das Faserkabel wird anschließend in Wasser von 80⁰C gewaschen, in kochendem Wasser 1:4 verstreckt, mit antistatischer Präparation versehen, gekräuselt, zu Stapelfasern von 60 mm Länge geschnitten und anschließend auf einem Siebbandtrockner bei 120⁰C getrocknet. Die Hohlfasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex besitzen, haben eine Reißfestigkeit von 2,7 cN/tex und eine Reißdehnung von 31 %. Das Wasserrückhaltevermögen beträgt 37,6 %. Zur mikroskopischen Beurteilung der Querschnittsgeometrie wurden die Faserkapillaren in Methacrylsäuremethylester eingebettet und quergeschnitten. Die im differentiellen Interferenzkontrastverfahren hergestellten lichtmikroskopischen Aufnahmen zeigen, daß die Probenquerschnitte eine vollkommene gleichmäßige runde Hohlraumstruktur besitzen. Der Hohlraumanteil liegt bei ca. 50 % der gesamten Querschnittsfläche.

In der folgenden Tabelle I werden anhand weiterer Beispiele die Grenzen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Acrylhohlfasern nach dem Trockenspinnverfahren aufgezeigt. In allen Fällen wird wieder ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 1 verwendet und in eine Spinnlösung, wie dort beschrieben, überführt. Variiert wurden die Feststoffkonzentration sowie die Art und der pro-

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zentuale Anteil des Nichtlösers für Polyacrylnitril. Gesponnen wurde aus einer 36-Lochdüse mit Schleifenform (vgl» Fig. 1) mit in Fig. 2 angegebenen Lochanordnung. Die Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Angaben aus Beispiel 1. Die Viskositäten wurden in Kugelfallsekunden bei 8O⁰C gemessen.

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tr* (D	Tabelle I	Nichtlöser für PAN
A 20 663	Nr.	Wasser
	1	Wasser
	2	Wasser
	3	Wasser
	4	Wasser
	5	Wasser
	6	Wasser
	7	Wasser
	8	Wasser
	9

10

11 12

Butanol

Butanol Butanol

Visk. (Kugelfallsek.) bei 80⁰C	Chem. Zusaimensetzung % der Spinnlösung PAN Nichtlöser DMF	3	63
41	34	3	62
73	35	3	61
120	36	3	59
176	38	3	57
243	40	4	61
75	35	5	60
79	35	4	60
124	36	10	60
105	30

Faserquerschnitt

Konturenscharfe

106

127 233

35

36 38

4 4

Bohnenform

Hohlfaser + Bohnenform Hohlfaser

Hohlfaser Hohlfaser

Hohlfaser nenform Hohlfaser nenform Hohlfaser

+ Boh-

kein Spinnen mögl. - Zerplatzen der Fäden Hohlfaser + Bohnenform Hohlfaser

Hohlfaser

keine Hohlfaser keine Hohlfaser

in Ordnung in Ordnung in Ordnung keine Hohlfaser

keine Hohlfaser in Ordnung

keine Hohlfaser

in Ordnung in Ordnung

* ζ * ι > ι ι t

CD

CO

Beispiel 2

a) Ein Teil der Spinnlösung aus Beispiel 1 wird wie dort beschrieben aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1 und 2) trocken versponnen, wobei unter sonst gleichen Spinnbedingungen lediglich die durchgesetzte Spinnluft von 30 m /h sowohl von außen als auch von innen her in unmittelbarer Nähe der Spinndüse auf das aus dieser austretende Fadenbündel in Richtung des Fadenabzuges einwirken kann. Das Spinngut wird auf Spulen gesammelt und wie in Beispiel 1 beschrieben zu einem Band vom Gesamttiter 158 000 dtex gefacht und zu Fasern vom Endtiter 6,7 dtex nachbehandelt. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen keine einheit-

15 liehe Form und wechselnde Hohlraumanteile. Ca..

50 % der Faserquerschnitte sind vollkommen kompakt.

b) Ein weiterer Teil der Spinnlösung aus Beispiel 1 wird wie dort beschrieben aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern gemäß Fig. 1 und 2 trocken versponnen, wobei unter sonst gleichen Spinnbedingungen lediglich die durchgesetzte Spinnluft von 30 m /h von außen statt von innen her in Querrichtung auf das austretende Fadenbündel in unmittelbarer Nähe der Spinndüse einwirken kann.

Das Spinngut wird wieder wie in Beispiel 1 beschrieben gesammelt, gefacht und zu Fasern vom Endtiter 6,7 dtex nachbehandelt. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen wiederum keine einheitliche Form und wechselnde Hohlraumanteile. Ca. 60 % der Faserquer-

30 schnitte waren vollkommen kompakt.

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Beispiel 3

Ein Teil des gefachten Hohlfaserkabels aus Beispiel 1 vom Gesamttiter 158 000 dtex wurde in Wasser von 80⁰C gewaschen, in kochendem Wasser 1:4-fach verstreckt, mit c antistatischer Präparation versehen und bei 16O⁰C in einem Trommeltrockner unter Spannung getrocknet. Anschließend wurde gekräuselt und zu Stapelfasern von mm Länge geschnitten. Die Hohlfasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex aufweisen, haben ein Wasserrückhaltever-

IQ mögen von 14,1 %. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen neben ca. 30 % in der Form einheitlichen runden Hohlfasern ca. 70 % in der Form kollabierte Fasern mit schwankenden Hohlraumanteilen, teilweise halbmondförmige, bis sichelförmige Gebilde sowie Hohlfasern mit mehreren Bruchstellen im Querschnitt. Offenbar entsteht beim Trocknen von Hohlfaserkabeln bei hohen Temperaturen ein überdruck der in dem Hohlraum eingeschlossenen Luft, so daß es zum Aufplatzen der Hohlfasern unter Kollabierung der Querschnittsstruktur kommt. Das Aufplatzen der Hohlfasern kündigt sich im Trockner durch knirschende Geräusche an.

Beispiel 4

Ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 1 wurde wie dort besehrieben gelöst, filtriert und aus einer 36-Lochdüse mit spiralförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 3) trocken versponnen. Die Düsenlöcher sind im Gegensatz zu Beispiel 1 jedoch so angeordnet, daß die öffnung der Schenkel genau

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zum Spinnschachtmittelpunkt hin ausgerichtet ist, so daß die Spinnluft zentral vom SpinnschachtZentrum her (Luftanströnungswinkel =0°) in die Düsenlochöffnungen einströmen kann. Die Überlappung der Schenkelenden der Düsenlöcher beträgt wiederum 20 °, die Düsenlochflache

2
0,08 mm und die Schenkelbreite 0,06 mm. Die übrigen Spinn- und Nachbehandlungsdaten entsprechen den Angaben von Beispiel 1. Die Hohlfasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex aufweisen, haben ein Wasserrückhaltevermögen von 16,4 %. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen ungleichmäßig verformte schlauch- bis schleifenartige kollabierte Hohlfasern mit wechselnden Hohlraumanteilen sowie teilweise völlig kompakte QuerSchnittsstrukturen.

Beispiel 5

Ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 1 wurde wie dort beschrieben gelöst, filtriert und aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Abh. 4) trocken versponnen. Das eine Schenkelende der schleifenförmigen Düsenlöcher ist im Vergleich zu der Profildüse aus Beispiel 1 so verlängert, daß der Überlappungswinkel der Schenkelenden 55° beträgt, wodurch die Luftanströmung nicht mehr quer zu den Schenkelöffmangen der Profildüse, sondern unter einem Winkel von 125° erfolgt (vgl. Fig. 5). Die Düsenlochflache be-

2 25 trägt 0,095 mm und die Schenkelbreite 0_r06 mm. Die

übrigen Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Angaben von Beispiel 1. Die Fasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex besitzen, haben ein Wasserrückhaltevermögen von 10,7 %. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen keine

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-35-

geschlossene Hohlraumform, es liegen halbmondförmige bis gekrümmte Gebilde vor.

Beispiel 6

Ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 1 wurde wie dort beschrieben gelöst, filtriert und aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 3) trocken versponnen. Das eine Schenkelende der schleifenförmigen Düsenlöcher ist wie in Beispiel 5 beschrieben so

-Q verlängert, daß der Überlappungswinkel der Schenkelenden 55° beträgt. Die Düsenlöcher sind im Gegensatz zu Beispiel 5 jedoch so angeordnet, daß die Öffnungen der Schenkelenden der Profildüse einen Winkel von 35° zur Richtung der Spinnluft vom Spinnschachtmittelpunkt aus bilden, so daß die Spinnluft von innen her nur schräg in die Düsenöffnungen strömen kann (vgl. Fig. 6).

Die Düsenlochflache beträgt 0,095 mm und die Schenkelbreite 0,06 mm. Die übrigen Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Angaben von Beispiel 1. Die Hohlfasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex besitzen, haben ein Wasserrückhaltevermögen von 20,5 %. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen überwiegend geschlossene, jedoch in der Struktur ungleichmäßig verformte schlauch- bis schleifenartige Gebildet.

Beispiel 7

a) Ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 1 wurde wie dort be-

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schrieben gelöst, filtriert und aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Die Düsenlochanordnung und der Uberlappungswinkel der beiden Schenkelenden entsprechen den Angaben von Beispiel 1, so daß der Luftanströmungswinkel zwischen Spinnschachtmittelpunkt und Profildüsenöffnung wieder 90° beträgt. Im Gegensatz zu Beispiel 1 beträgt die Schenkelbreite der Profildüse 0,10 mm statt 0,06 mm und die Düsenlochflache = 1,33 mm . Die übrigen Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Angaben von Beispiel 1. Die Hohlfasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex besitzen, haben ein Wasserrückhaltevermögen von 35,3 %. Die Probenquerschnitte der Fasern sind vollkommen gleichmäßig und rund, der Hohlraumanteil· liegt wieder bei ca. 50 % der gesamten Querschnittsfläche.

b) Ein Teil der Spinnlösung aus Beispiel 7 wird wie in Beispiel 1 beschrieben aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Düsenlochanordnung, uberlappungswinkel der Schenkelenden und Luftanströmungswinkel entsprechen wiederum den Angaben aus Beispiel 1. Die Schenkelbreite der Profildüse be-

₇c 2

trägt 0,12 mm und die Düsenlochflache 0,16 mm..

Die Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Daten von Beispiel 1. Es entstehen Hohlfasern, die in der Form jedoch nicht einheitlich sind. Neben vollkommen runden Hohlfasern erhält man auch schleifenförmige und in der Form schlauch-

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ORIGINAL INSPECTED

artig kollabierte Querschnittsformen mit geringerem Hohlraumvolumen. Das Wasserrückhaltevermögen liegt bei 23,1 %.

c) Ein weiterer Teil der Spinnlösung aus Beispiel 7 wird wie in Beispiel 1 beschrieben aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Düsenlochanordnung, Überlappungswinkel und Luftanströmungswinkel entsprechen den Angaben aus Beispiel 1. Die Schenkelbreite der Profildüse beträgt 0,15 mm und die Dü-

senlochflache 0,20 mm . Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Daten von Beispiel 1. Es werden keine Hohlfasern mehr erhalten. Es tritt ein Verfließen der Profilform ein unter Bildung von kompakten unregelmäßigen ovalen bis bizarren Querschnittsstrukturen. Das Wasserrückhaltevermögen liegt bei 6,3 %.

Beispiel 8

kg DMF werden mit 4 kg Wasser in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend werden 45 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 92 % Acrylnitril, 6 % Acrylsäuremethy!ester und 2 % Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 60 unter Rühren bei Raumtemperatur züdosiert. Die Suspension, die eine Feststoffkonzentration von 45 % aufweist, wird, wie in Beispiel 1 beschrieben gelöst, filtriert und aus einer schleifenförmigen Profildüse mit 36-Loch gemäß Fig. 1 und 2 trocken versponnen.

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ORIGINAL INSPECTED

Die Viskosität der Spinnlösung beträgt 142 Kugelfallsekunden bei 8O⁰C. Die weiteren Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Ausführungen von Beispiel 1. Die Probenquerschnitte der Hohlfasern, die einen Endtiter von 8,0 dtex aufweisen, zeigen ein vollkommen gleichmäßiges rundes Profil mit ca. 50 % Hohlraumanteil. Das Wasserrückhaltevermögen ist 39 %.

Beispiel 9

57 kg Dimethylformamid (DIlF) werden mit 6 kg Monoethylenglykol in einem Kessel bei Raumtemperatur unter Rühren vermischt. Anschließend werden 37 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 93,6 % Acrylnitril, 5,7 % Acrylsäuremethylester und 0,7 % Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 81 unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension wird über eine Zahnradpumpe in einen mit einem Rührwerk versehenen Spinnkessel gepumpt. Dann wird die Suspension, die einen Feststoffgehalt von 37 Gew.-% aufweist, in einem doppelwandigen Rohr mit Dampf von 4,0 bar erhitzt. Die Verweilzeit im Rohr beträgt 7 Minuten. Die Temperatur der Lösung am Rohrausgang ist 138⁰C. Im Rohr befinden sich mehrere Mischkämme zur Homogenisierung der Spinnlösung. Die Spinn lösung, welche eine Viskosität von 186 Kugelfallsekunden bei 100⁰C aufweist, wird nach Verlassen der Aufheizvorrichtung ohne Zwischenkühlung filtriert und direkt dem Spinnschacht zugeführt.

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Die Spinnlösung wird aus einer 36-Lochdüse mit spiralför migen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Die Düsenlöcher sind auf einer Ringdüse so angeordnet, daß die öffnungen der Profildüse quer zur Luftanblasung hin ausgerichtet sind (s. Fig. 2). Die Düsenlochflache be-

2
trägt 0,08 mm und die Schenkelbreite 0,06 mm. Die Schachttemperatur lag bei 160⁰C und die Lufttemperatur betrug 150⁰C. Die durchgesetzte Luftmenge, welche in unmittelbarer Nähe der Spinndüse auf das aus dieser austretende Fadenbündel in Querrichtung zum Fadenabzug einseitig von der Spinnschachtmitte aus nach allen Seiten ausströmt, beträgt 30 m /h. Die Abzugsgeschwindigkeit lag bei 125 m/min. Das Spinngut vom Titer 790 dtex wird auf Spulen gesammelt und zu einem Band vom Gesamttiter 158 000 dtex gefacht. Das Faserkabel wird anschließend in Wasser von 80⁰C gewaschen, in kochendem Wasser 1:4 verstreckt, mit antistatischer Präparation versehen, gekräuselt, zu Stapelfasern von 60 mm Länge geschnitten und anschließend auf einem Siebbandtrockner bei 120⁰C getrocknet. Die Hohlfasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex besitzen, haben eine Reißfestigkeit von 2,3 cN/tex und eine Reißdehnung von 37 %. Das Wasserrückhaltevermögen beträgt 50,3 %. Die Probenquerschnitte besitzen eine vollkommene gleichmäßige runde Hohlraumstruktur. Der Hohlraumanteil liegt bei ca. 50 % der gesamten Querschnittsfläche. Die den Hohlraum umgebende Feststoffmasse besteht aus einer porösen Kern/ Mantel-Struktur.

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-30-

In der folgenden Tabelle II werden anhand weiterer Beispiele die Grenzen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Acrylhohlfasern nach dem Trockenspinnverfahren aufgezeigt. In allen Fällen wird wieder ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 9 verwendet und in eine Spinnlösung, wie dort beschrieben, überführt. Variiert wurden die Feststoffkonzentration sowie die Art und der prozentuale Anteil des Nichtlösers für Polyacryl-

10 nitril. Gesponnen wurde aus einer 36-Lochdüse mit

Schleifenform (vgl. Fig. 1) mit der in Fig. 2 angegebenen Lochanordnung. Die Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Angaben aus Beispiel 9. Die Viskositäten wurden wie eingangs beschrieben in Kugelfall-

15 Sekunden bei 100⁰C gemessen.

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	Tabelle II	Nichtlöser für PAN
(D >	Nr.
20 663		Tetraethylen glykol Il
	1 2	Il
	3	Il
	4	»
	5	Il
	6	■ 1
	7	Il
	8	Il
	9	Il
10

Chem. Zus. d. Spinnlsg. % PAN N.-löser EMF

WR Viskosität % (Kugelfallsek.) bei 100⁰C

Faserquerschnitt

38

36 35

34 38

36 36

35 36 34

152

7 5

5 4

10 4

57	42,1	100
58	27,4	72
59	19,3	58
57	22,7	134
59	26,8	87
60	17,6	78
62	11,9	55
54	55,2	184
62	13,9	48

runde Hohlform mit Kern/Mantel-Struktur

oval, 80 % Hohlfaser; 20 % kompakt

oval, 30 % Hohlfaser; 70 % kompakt

runde Hohlform mit Kern/ Mantel-Struktur

runde Hohlform, unscharfe ι Kern/Mantel-Struktur

oval, 40 % Hohlfaser; 60 % kompakt

runde Hohlform mit Kern/ Mantel-Struktur

unregelmäßig bis oval,

30 % Hohlfaser, 70 % kompakt

CO CD 4>CD CO

Tabelle II (Fortsetzung)

£ Nr. Nichtlöser
für PÄN

11

12
13

14

Chem. Zus. d. Spinnlsg. t PÄN N.-löser DMF

Tetraethylenglykol

Monoethylenglykol

15 Glycerin

34

34 34

36 36

WR Viskosität
% (Kugelfallsek.)
bei 100⁰C

Faserquersclmitt

8 8

17,2

50

60	15,4	61
61	16,6	70
56	44,4	156
56	39,3	168

unregelmäßig bis oval, 30 % Hohlfaser, 70 % kompakt

runde Hohlfaser mit Kern/ Mantel-Struktur

It(CSl

CO CD J>· CD CD

- 33 -

Beispiel 10

a) Ein Teil der Spinnlösung aus Beispiel 9 wird wie dort beschrieben aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1 und 2) trocken versponnen, wobei unter sonst gleichen Spinnbedingungen lediglich die durchgesetzte Spinnluft von 30 m /h sowohl von außen, als auch von innen her in unmittelbarer Nähe der Spinndüse auf das aus dieser austretende Fadenbündel in Richtung ^ss Fadenabzuges einwirken kann. Das Spinngut wird auf Spulen gesammelt und wie in Beispiel 9 beschrieben zu einem Band vom Gesamttiter 158 000 dtex gefacht und zu Fasern vom Endtiter 6,7 dtex nachbehandelt. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen keine einheitliche Form und wechselnde Hohlraumanteile. Ca. 50 % der Faserquerschnitte sind vollkommen kompakt.

b) Ein weiterer Teil der Spinnlösung aus Beispiel 9 wird wie dort beschrieben aus einer 36-Lochdüse ^mit schleif-enförmigen Düsenlöchern gemäß Fig. 1 und 2 trocken versponnen, wobei unter sonst gleichen Spinnbedingungen lediglich die durchgesetzte Spinnluft von 30 m /h von außen statt von innen her in Querrichtung auf das austretende Fadenbündel in unmittelbarer Nähe der Spinndüse einwirken kann. Das Spinngut wird wieder wie in Beispiel 9 beschrieben gesammelt, gefacht und zu Fasern vom Endtiter 6,7 dtex nachbehandelt. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen wiederum keine einheitliehe Form und wechselnde Hohlraumanteile. Ca. 60 % der Faserquerschnitte waren vollkommen kompakt.

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- yf -

Beispiel 11

Ein Teil des gefachten Hohlfaserkabels aus Beispiel 9 vom Gesamttiter 158 000 dtex wurde in Wasser von 8O⁰C gewaschen, in kochendem Wasser 1:4 verstreckt, mit antistatischer Präparation versehen und bei 160⁰C in einem Trommeltrockner unter Spannung getrocknet. Anschließend wurde gekräuselt und zu Stapelfasern von 60 mm Länge geschnitten. Die Hohlfasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex aufweisen, haben ein Wasserrückhaltevermögen von 17,1 %. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen neben ca. 30 % in der Form einheitlichen runden Hohlfasern ca. 70 % in der Form kollabierte Fasern mit schwankenden Hohlraumanteilen, teilweise halbmondförmige bis sichelförmige Gebilde sowie Hohlfasern mit mehreren Bruchstellen im Querschnitt. Offenbar entsteht beim Trocknen dieser Hohlfaserkabel bei hohen Temperaturen ein Überdruck der in dem Hohlraum eingeschlossenen Luft, so daß es zum Aufplatzen der Hohlfasern unter Kollabierung der Querschnittsstruktur kommt. Das Aufplatzen der Hohlfasern kündigt sich im Trockner durch knirschende Geräusche an. Gleichzeitig geht die Kern/Mantel-Struktur weitgehend verloren. Es liegen nur noch kompakte Hohlfasern ohne Porensystem vor.

Beispiel 12

Ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 9 wurde wie dort beschrieben gelöst, filtriert und aus einer 36-Lochdüse mit

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-δ-

spiralförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Die Düsenlöcher sind im Gegensatz zu Beispiel 9 jedoch so angeordnet, daß die öffnung der Schenkel genau zum Spinnschachtmittelpunkt hin ausgerichtet ist (vgl. Fig. 3), so daß die Spinnluft zentral vom Spinnschachtzentrum her (Luftanströmungswinkel = 0°) in die Düsenlochöffnungen einströmen kann. Die Überlappung der Schenkelenden der Düsenlöcher beträgt wiederum 20°, die Düsenlochflache 0,08 mm und die Schenkelbreite 0,06 mm.

Die übrigen Spinn- und Nachbehandlungsdaten entsprechen den Angaben von Beispiel 9. Die Hohlfasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex aufweisen, haben ein Wasserrückhaltevermögen von 22,4 %. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen ungleichmäßig verformte schlauch- bis schleifenartige kollabierte Hohlfasern mit wechselnden Hohlraumanteilen sowie teilweise völlig kompakte Querschnittsstrukturen .

Beispiel 13

Ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 9 wurde wie dort beschrieben gelöst, filtriert und aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 4) trocken versponnen. Das eine Schenkelende der schleifenförmigen Dosenlocher ist im Vergleich zu der Profildüse aus Beispiel 1 so verlängert, daß der Überlappungswinkel der Schenkelenden 55° beträgt, wodurch die Luftanströmung nicht mehr quer zu den Schenkelöffnungen der Profildüse, sondern unter einem Winkel von 125⁰C erfolgt (vgl.

Fig. 5). Die Düsenlochflache beträgt 0,095 mm und die

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Schenkelbreite 0,06 mm. Die übrigen Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Angaben von Beispiel 9. Die Fasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex besitzen, haben ein Wasserrückhaltevermögen von 13,7 %. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen keine geschlossene Hohlraumform, es liegen halbmondförmige bis gekrümmte Gebilde vor.

Beispiel 14

Ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 9 wurde wie dort beschrieben gelöst, filtriert und aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 4) trocken versponnen. Das eine Schenkelende der schleifenförmigen Düsenlöcher ist wie in Beispiel 13 beschrieben so verlängert, daß der Überlappungswinkel der Schenkelenden 55° beträgt. Die Düsenlöcher sind im Gegensatz zu Beispiel 13 jedoch so angeordnet, daß die öffnungen der Schenkelenden der Profildüse einen Winkel von 35° zur Richtung der Spinnluft vom Spinnschachtmittelpunkt aus bilden (vgl. Fig. 6), so daß die Spinnluft von innen her nur schräg in die Düsenöffnungen strömen kann. Die Düsenlochflache beträgt

2
0,095 mm und die Schenkelbreite 0,06 mm. Die übrigen Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Angaben von Beispiel 9. Die Hohlfasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex besitzen, haben ein Wasserrückhaltevermögen von 24,5 %. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen überwiegend geschlossene, jedoch in der Struktur ungleichmäßig verformte schlauch- bis schleifenartige Gebildet mit Kern/Mantel-Strukturen.

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Beispiel 15

a) Ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 9 wurde wie dort beschrieben gelöst, filtriert und aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmig ^n Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Die Düsenlochanordnung und der Überlappungswinkel der beiden Schenkelenden entsprechen den Angaben von Beispiel 9, so daß der Luftanströmungswinkel zwischen SpinnSchachtmittelpunkt und Profildüsenöffnung wieder 90° beträgt (vgl. Fig. 2). Im Gegensatz zu Beispiel 9 beträgt die Schenkelbreite der Profildüse 0,10 mm statt

2 0,06 mm und die Düsenlochflache = 1,33 mm . Die übrigen Spinn und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Angaben von Beispiel 9. Die porösen Hohlfasern, die einen Endtiter von 6,7 dtex besitzen, haben ein Wasserrückhaltevermögen von 45,3 %. Die Probenquerschnitte der Fasern sind vollkommen gleichmäßig und rund, der Hohlraumanteil liegt wieder bei ca. 50 % der gesamten Querschnittsfläche .

b) Ein Teil der Spinnlösung aus Beispiel 15 wird wie in Beispiel 9 beschrieben aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Düsenlochanordnung, Überlappung swinkel der Schenkelenden und Luftanströmungswinkel entsprechen wiederum den Angaben aus Beispiel 9. Die Schenkelbreite der Profildüse be-

2 trägt 0,12 mm und die Düsenlochflache 0,16 mm .

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Die Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entspre chen den Daten von Beispiel 9. Es entstehen Hohlfasern, die in der Form jedoch nicht einheitlich sind. Neben vollkommen runden porösen Hohlfasern erhält man auch schleifenförmige und in der Form schlauchartig kollabierte Querschnittsformen mit geringerem Hohlraumvolumen. Das Wasserrückhaltevermögen liegt bei 25,1 %.

c) Ein weiterer Teil der Spinnlösung aus Beispiel 15 wird wie in Beispiel 9 beschrieben aus einer 36-Lochdüse mit schleifenförmigen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Düsenlochanordnung, Überlappungswinkel· und Luftanströmungswinkel entsprechen den Angaben aus Beispiel 9. Die Schenkel-

15 breite der Profildüse beträft 0,15 mm und die

Düsenlochflache 0,20 mm . Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Daten von Beispiel 9. Es werden keine Hohlfasern mehr erhalten. Es tritt ein Verfließen der Profilform ein unter Bildung von kompakten unregelmäßigen ovalen bis bizarren Querschnittsstrukturen. Das Wasserrückhaltevermögen liegt bei 8,3 %.

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Claims

Patentansprüche:

1. Trockengesponnene Acrylnitrilhohlfasern und -fäden.

2. Trockengesponnene Acrylnitrilhohlfasern und -fäden gemäß Anspruch 1 mit einem Wasserrückhalte-

5 vermögen von mindestens 10 %.

3. Trockengesponnene Acrylnitrilhohlfasern und -fäden gemäß Anspruch 1, die aus Acrylnitrilhomo- und Copolymerisaten mit wenigstens 50 Gew.-% einpolymerisierten Acrylnitrileinheiten bestehen.

⁴· Verfahren zur Herstellung von Acrylnitrilhohlfasern und -fäden, dadurch gekennzeichnet, daß man die fadenbildenden synthetischen Polymeren nach einem Trockenspinnprozeß aus einer Lösung durch eine Düse mit schleifenförmigen Düsenlöchern verspinnt, wobei die Lösung eine Viskosität von mindestens 120 Kugelfallsekunden, gemessen bei 80°C oder von mindestens 75 Kugelfallsekunden, gemessen bei 100⁰C, aufweist, wobei die Düsenlochflache der Profildüse kleiner als 0,2 mm² und die Schenkelbreite der schleifenförmigen Düse maximal 0,1 mm ist und die Überlappung der beiden Schenkelenden der schleifenförmigen Düse vom Mittelpunkt der Düse gemessen einen Winkel von 10 bis 30° bildet und wobei die Spinnluft in Querrichtung zum Fadenabzug auf die Fäden einwirkt und die Luftrichtung mit einer Geraden, die durch die Schenkelöffnung geht, einen Winkel von 80 bis 100° bildet.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenlochflache kleiner als 0,1 mm² ist und die Schenkelbreite 0,02 - 0,06 mm beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösungen einen Nichtlöser für das Polymer, der mit dem Spinnlösungsmittel in weiten Grenzen mischbar ist, enthalten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Nichtlöser Wasser, Glyzerin, Monoethylenglykol, Tetraethylenglykol oder Zucker eingesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Spinnlösung, gemessen bei 80⁰C 120 - 300 Kugelfallsekunden und gemessen bei

15 100⁰C 75 - 300 Kugelfallsekunden beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung der beiden Schenkelenden einen Winkel von 20° und die Luftrichtung mit einer Geraden, die durch die Schenkelöffnung geht, einen

20 Winkel von 90° bildet.

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