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Verfahren zur Präparation von
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Nähgarnen und Präparationen enthaltende Nähgarne Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Präparation von Nähgarnen, vorzugsweise aus Polyesterfasern, zur
Herabsetzung der Temperatur der Nadel beim Nähen.
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In den letzten Jahren wurden Industrieschnellnähmaschinen entwickelt,
die es erlauben Wurden, die Stichzahl je Zeiteinheit bis auf mehr al 10000 Stiche/min
zu erhöhen. Bei diesen hohen Geschwindigkeiten tritt jedoch eine Aufheizung der
Nadel und damit des Nähgarnes auf, welche durch die Reibung beim Einstechen der
der Nadel in das Gewebe bei hohen Stichfrequenzen verursacht wird. Dabei können
je nach Gewebeart Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius auftreten. Von
Hurt und Tyler wird in dem Artikel "An Investigation of Needle Heating and Associated
Problems in Machine" Part II, Hatra, Research Report 20,
1972 beschrieben,
daß bereits bei 2000C an vernähten Polyamid-, Polyester und Polyacrylnitrilgarnen
Spuren von Schmelzerscheinungen sichtbar werden. Diese Aufheizung des Systems Nadel/Faden
führt zum Fadenbruch. Daher wird beispielsweise für Polyestergarne in der Praxis
als Grenze derzeit eine Stickzahl von 4000/min angesehen, wobei aber selbst bei
diesen Geschwindigkeiten bereits eine beträchtliche Schädigung des Nähgutes durch
Aufschmelzerscheinungen und Fadenrisse beobachtet wird. Eine Erhöhung der Stichzahl
um beispielsweise 500 Stiche/min wUrde schon ein wesentlicher Vorteil sein, da dadurch
die Arbeitsgeschwindigkeit wesentlich erhöht werden konnte.
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Zur Uberwindung dieser Probleme sind bereits einige Methoden bekannt.
So wurde vorgeschlagen, die Nadel beispielsweise durch Wasser oder Luft zu kühlen,
um die Aufheizung des Systems Nadel/Faden zu begrenzen. Diese Vorschläge haben sich
jedoch wegen erheblicher Schwierigkeiten in der Praxis nicht durchgesetzt, wozu
noch kommt, daß der Kühleffekt bei höheren Stichfrequenzen nicht ausreichend ist
(vgl. "Effects of Sewing machine needles in manufacturing", Literature Survey 1950
bis 1979 sowie die dort aufgefUhrte Literatur).
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Es ist weiterhin bekannt, die Reibung zwischen Faden und Nadel und
damit die Aufheizung des Systems Nadel/Faden zu vermindern, indem man auf die Fäden
Präparationen aufbringt, vorzugsweise Präparationen aus Paraffinwachs/Siliconöl
(vgl. die oben erwähnte Literaturstelle aus dem Shirley Institute Publication S
37 sowie 1."Chemische und #.ysikali s che Oberflächenstruktur s#innpräparierter
Fasern ..." Institut für Textil- und Faserforschung, Stuttgart, Institut für Chemiefasern,
Stuttgart AJF-Vorhaben (1977 bis 1979); #. H. Rieckart "PrEparetionen
und
Präparierung bei glatten und texturierten Filamentgarnen" Melliand Textilberichte
3/1977, Seiten 194 bis 199; 3. P. Waltenberger "Avivierung von Fasergarnen zur verbesserten
Weiterverarbeitung" Melliand Textilberichte 3/1977, Seiten 203 bis 207). So wird
beispielsweise von Aitken und Brain "Interaction between sewing Threads and High
Speed Sewing Machines" J. & P. Coats Ltd., Research Laboratory, c/o Anchor Mills,
Paisley, Oktober 1979 über den Einfluß von Präparationen auf die Erwärmung des Fadens
beim Schnellnähen von Synthesefaser-Geweben berichtet. Bei diesen Arbeiten wurden
die Maschinengeschwindigkeiten zwischen 3800 und 4800 Upm variiert, Unter den derzeit
bekannten Garnpräparationen werden in der Praxis hauptsächlich solche, bestehend
aus einer bis mehreren Paraffinwachskomponenten bzw. aus Gemischen aus diesen mit
Siliconölen (W. Sprenkmann, K. Marquardt "Einfluß von Präparationen und Nachbehandlung
smitte in auf die Verarbeitungseigenschaften synthetischer Fasern" Mefliand Textilberichte
Q (1972), Seiten 1385 - 1392; Dissertation von U. Beines, Aachen 1978, Chwala/Anger-"Handbuch
der. Textilhilfsmittel", Verlag Chemie Weinheim/NY 1977, J. Lünenschloß, S. Gerundt,
"Einfluß der Paraffinierung auf die Nähnadeltemperaturn Melliand Textilb~richte
22 (1g78), 730-734) verwendet. Die bekannten Präparationen sind bis zu einer Stichzahl
von 4000 Stichen/min einsetzbar. Die Paraffinkomponenten schmelzen im Bereich von
35 bis 50°C. Die kühlende Wirkung dieser bekannten Präparationen reicht jedoch nicht
aus, um bei Nähgeschwindigkeiten oberhalb von 4000 Stichen/min Nähschäden an Garnen
bzw. Fäden insbesondere aus bei zwischen 250 bis 2600c schmelzendem Polyester zu
vermeiden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Präparation von Nähgarnen aus Synthesefasern, vorzugsweise Polyestern, zur Verfugung
zu stellen, durch das eine Steigerung der Nähgeschwindigkeit erzielbar ist,
ohne
daß das Nähgut thermisch beschädigt wird. Weiterhin soll erfindungsgemäß beim Nähen
mit höheren Stichzahlen eine deutliche Verringerung der Fadenbruchzahl erreicht
werden.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Präparation von
Nähgarnen, vorzugsweise aus Polyesterfasern, zur Herabsetzung der Temperatur und
des Reibungswiderstands der Nadel beim Nähen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
man als Präparationsmittel organische Substanzen verwendet, die im Temperaturbereich
von 1000C und dem Schmelzbereich des betreffenden Polymeren, speziell von 150 bis
2300C, vorzugsweise bei 1900C, eine endotherme Phasenumwandlung erfahren oder in
diesem Bereich sublimieren.
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Die Erfindung betrifft weiterhin das bei dem Verfahren erhaltene Nähgarn,
sowie Präparationen enthaltendesNähgarn, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es
als Präparationsmittel organische Substanzen, die zwischen 1000C und Polymerschmelzpunkt,
speziell von 150 bis 2300 C eine endotherme Phasenumwandlung erfahren oder in diesen
Bereichen sublimieren sowie gegebenenfalls an sich bekannte Präparationen zur Herabsetzung
der Temperatur und des Reibungswiderstands der Nadel beim Nähen aufweist.
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Beispiele für Präparationsmittel, die die obigen Bedingungen erfüllen,
sind oligomere Terephthalsäureglycolester, Verbindungen der Camphangruppe, wie Campher,
vorzugsweise D-(+)-Campher, oder Maleinsäureanhydrid. Die Präparationen oder Verbindungen,
die zu diesem Zweck verwendet werden, dürfen auch nach dem Auftragen auf den Faden
keinerlei Änderungen erleiden und ihr thermisches Verhalten muß nach dem Auftragen
auf den Faden erhalten bleiben. Die erfindungsgemäßen Präparationen entziehen dem
gesamten System Faden/Nadel Wärme.
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Als oligomere Terephthalsäureglycolester kann man lineare oder cyclische
Oligoester oder Gemische aus linearen cyclischen oder linearen und cyclischen Oligoestern
verwenden.
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Vorzugsweise werden erfindungsgemäß cyclische Oligoester der Formel:
ctG -verwendet, wobei in dieser Formel c = cyclisch, G = -O-(CH2)2-O-(Glycolrest)
und
(Terephthalsäurerest) und n=2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 7, und besonders bevorzugt
3 bedeuten.
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Man kann erfindungsgemaß auch Gemische aus den oligomeren, vorzugsweise
cyclischen oligomeren Therephthalsäureestern verwenden. In solchen Gemischen überwiegt
meistens das Cyclotrisethylenglycolterephthalat, welches erfindungsgemäß besonders
bevorzugt ist (vgl. Paul Kassenbeck und Horst Marfels "Lenzinger Berichte", Folge
43, 1977, Seite 1). Solche Oligoester einschließlich CyclotriseUiylenglycolterephthalat
fallen als Nebenprodukt unter anderem bei Spinnmaschinen sowie in Färbebädern über
1300C an.
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Diese Produkte, wie z.B. der Schlamm von Färbebädern oder Ablagerungen
auf Umlenkrollen, brauchen nur gereinigt zu werden und können dann für das erfindungsgemäße
Verfahren eingesetzt werden. Durch die Erfindung wird daher eine sinnvolle, wirtschaftlich
vorteilhafte Verwendbarkeit dieser bislang unbrauchbaren Abfallprodukte erzielt.
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Andererseits können die Oligoester auch relativ leicht aus Polyesterabfallfäden
durch Extraktion mit Lösungsmitteln, z.B. mit Dichlormethan, bei O0C gewonnen werden.
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Hierbei ist es zweckmäßig, die Extraktion über mehrere Tage in Kühlaggregaten
vorzunehmen und anschließend das Lösungsmittel aus der entstandenen Lösung abzuziehen.
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Schließlich ist es möglich, diese Oligoester nach bekannten Verfahren
zu synthetisieren (vgl. P. Kassenbeck und H. Narfels am angegebenen Ort).
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Die erfindungsgemäß verwendeten Substanzen können entweder als solche
auf die Fäden bzw. Garne aufgebracht werden oder bekannten Präparationen zum Schnellnähen
von Synthesefasergarnen zugemischt werden. Solche Präparationen werden in den obengenannten
Literaturstellen beschrieben.
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Im ersteren Fall können die erfindungsgemäß verwendeten Substanzen
beispielsweise auf den kalten Faden in an sich bekannter Weise aufsublimiert werden.
So wird beispielsweise ein mit einer Geschwindigkeit von 0,04 bis 0,5 cm/sec transportierter
Faden über ein Schiffchen mit der erfindungsgemäß verwendeten Substanz gefunrt,
welches auf 300 bis 4000C aufgeheizt wird. Die erfindungsgemäß verwendete Substanz
sublimiert aus dem Schiffchen und scheidet sich auf dem Faden ab. Bei Verwendung
von oligomeren Terephthalsäureglycolestergemischen sublimieren im wesentlichen nur
cyclische Trimere, d.h. Cyclotri säthylenglycolterephthalat.
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Eine andere Möglichkeit zur Aufbringung der erfindungsgemäß verwendeten
Substanzen besteht in der Ausfällung aus Lösungen, vorzugsweise gesättigten Lösungen,
dieser Substanzen in organischen Lösungsmitteln. Beispiele von Lösungsmitteln sind
für die oligomeren Terephthalsäureglycolester chlorierte Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise
Dichlormethan, für Camphanderivate und
Maleinsäureanhydrid niedrige
Alkohole, vorzugsweise #thanol. Hierzu werden beispielsweise die Fäden durch ein
Bad mit der Lösung dieser Substanzen in einem organischen Lösungsmittel bei Geschwindigkeiten
zwischen 500 und 600 cm/min geleitet. Nach dem Austreten des Fadens aus dem Bad
verdampft das Lösungsmittel an der Luft oder in einem gegebenenfalls vorgesehenen
Heizofen.
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Im Falle von Polyethylenterephthalatfasern können die erfindungsgemäß
verwendeten oligomeren Terephthalatsäureglycolester, insbesondere Cyclotris ethylenglycolterephthalat,
auch durch eine thermische Behandlung des Fadens selbst an dessen Oberfläche erzeugt
werden. Dazu werden die Fasergarne kontinuierlich durch einen Ofen gezogen, der
auf Temperaturen zwischen 195 und 2200C aufgeheizt wird. Die Verweilzeit eines Volumenelements
in der Warmluft beträgt zwischen 5 und 10 min. Im Verlauf dieses Erhitzens diffundiert
niedermolekulares Material, insbesondere das cyclische Trimere Cyclotrisethylenglycolterephthalat
aus dem Polymeren an die Oberfläche, an der es in Gestalt hexagonaler Kriställchen
haftet. Die kleinsten Kristalle entstehen bei 1950C. Oberhalb 2200C bilden sich
zunehmend andere Oligoester, die für eine wärmeentziehende Wirkung beim Nähprozeß
nicht in Betracht kommen, so daß eine Behandlung oberhalb dieser Temperatur nicht
bevorzugt wird.
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Die erfindungagemEß behandelten Fäden oder Garne werden bevorzugt
nach der Behandlung mit den erfindungsgemäßen Präparationen mit einer handelsüblichen
Präparation zur Herabsetzung der Temperatur und des Reibungswiderstands der Nadel
beim Nähen, vorzugsweise mit einer handelsüblichen Präparation aus Paraffinwachs
und Siliconöl, überzogen. Man kann auch an Siliconöl verarmte Präparat ionen verwenden.
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Als weitere Alternative zum Auftragen der erfindungsgemäßen Substanzen
kommt der Zusatz der erfindungsgemäß verwendeten Substanzen zu handelsüblichen Präparationen
zur Herabsetzung der Temperatur und des Reibungswiderstands der Nadel beim Nähen,
vorzugsweise zu handelsüblichen Paraffinwachs/Siliconõl-Präparationen, in Betracht.
Man kann auch an Siliconöl verarmte Präparationen verwenden, was ein Vorteil ist.
Erfindungsgemäß können die genannten Substanzen, vorzugsweise die oligomeren Terephthalsäureglycolester,
besonders bevorzugt Cyclotrisethylenglycolterephthalat, handelsüblichen Paraffinwachs/
Siliconöl-Präparationen in Anteilen von bis zu 10 Vol.-%, vorzugsweise 4 bis 6 Vol.-%,
beigemischt werden. Die bekannten Präparationen werden in den zuvor erwähnten Literaturstellen
beschrieben. Ein Beispiel für eine handelsübliche Paraffinwachs/ Siliconöl-Präparation
ist Hotmelt T 4-2404 der Dow Corning oder ähnlich zusammengesetzte Präparationen.
Erfindungsgemäß kann der Siliconölgehalt gegenüber den handelsüblichen Präparationen
deutlich reduziert sein.
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Bevorzugte Präparationen sind dadurch charakterisiert, daß sie einen
bei 314K (410C) schmelzenden Wachsanteil bzw. Tropfpunkte zwischen 40 und 1000C
und einen Siliconölanteil der Viskosit&t 800 bis 1000mPasim Mischungsverhältnis
von 1 : 2 besitzen, wobei wasserhaltige Präparationen ungeeignet sind.
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Die Menge der auf den Faden insgesamt aufgebrachten Präparation beträgt
1 bis 8 Gew.-%, vorzugsweise 4 bis 6 Gew.-%.
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Die die erfindungsgemäß verwendeten Substanzen enthaltenden Präparationen
werden in üblicher Weise auf die Fäden
aufgebracht, beispielsweise
in einer Vorrichtung, in welcher die Präparation durch eine rotierende Metallscheibe
auf die Fäden aufgetragen wird. Eine derartige Vorrichtung wurde einer in der #dustrie
zum Auftragen von handelsüblichen Präparationen verwendeten nachgebaut und stark
modifiziert. Die Temperatur des Präparationsbades beträgt zweckmäßigerweise 50 bis
900C, vorzugsweise 60 bis 70°C. Während der Präparation der Fäden soll der Badinhalt
stark gerührt werden, um eine stets gleichmäßige Verteilung der darin suspendierten,
erfindungsgemäß verwendeten Zusatzstoffe zu gewährleisten.
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Allgemein ist es beim Auftragen der erfindungsgemäß verwendeten Substanzen
bzw. der diese enthaltenden Substanzen wesentlich, daß die Substanz gleichmäßig
auf der Fadenoberfläche verteilt wird, und daß kein zusätzlicher Reibungseffekt
durch scharfkantige Kristallablagerungen erzielt wird. Dies ist die Voraussetzung
für das Wirksamwerden eines gezielten Wärmeentzugs auf dem Faden beim Nähen mit
Industrieschnelln~ahmaschinen.
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Alle handelsüblichen Nähgarne können erfindungsgemäß behandelt werden,
d.h. mit den genannten Präparationen versehen werden. Beispiele sind Fäden aus Polyethylentereph
thalat, Polyamid 6 und Polyamid 6,6, Polyacrylnitril und Aramide sowie Fäden aus
Mischungen dieser Polymerisate.
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Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäß Polyethylen terephthalatfäden
behandelt.
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Die Fäden können sowohl im ungefärbten als auch im gefärbten Zustand
eingesetzt werden. Bei gefärbten Produkten ist ein Präparationsverfahren zu bevorzugen,
bei dem keine Farbstoff extrahierenden Lösungsmittel, wie
Äthanol
und dgl., verwendet wird. Weiterhin sind Verfahren, bei denen die Fäden zur Erzeugung
der Wärme entziehenden Substanzen einer thermischen Behandlung bei 195 bis 2100C
unterworfen werden, nur auf ungefärbte Fäden anwendbar. Bei gefärbten Fäden müssen
die oben beschriebenen anderen Methoden angewendet werden.
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Durch die Erfindung wird es ermöglicht, die Stichzahl erheblich zu
erhöhen, ohne daß die oben beschriebenen Fehler auStreten. So können beispielsweise
erfindungsgemäß Polyestergarne bei 5000 Stichen/min vernäht werden und die Fadenbruchzahl
bei 4500 Stichen/min kann deutlich verringert werden.
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Die wärme entziehende Wirkung der erfindungsgemäß verwendeten Substanzen
bzw. der diese Substanzen enthaltenden Präparationsmittel kann mittels eines Differential-Scanning-Calorimeters
(DSC-GeräX gemessen werden (vgl.
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W. Kunze "Quantitative Thermoanalyse mit Hilfe der Differentialcaorimetrie
(DSC) und der Thermogravimetrie", Chemie-Technik 5 (1976), 321 bis 325 (Dr. Alfred
Hüthig Verlag, Heidelberg).
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In der beigefügten Figur ist die Nadeltemperatur als Funktion der
Stichgeschwindigkeit aufgetragen.
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Wie aus der Figur erkennbar ist, erhält man bei der Verwendung einer
Standardpräparation, der man 5% oligomeres Terephthalsäureglycolestergemisch zugesetzt
hat, eine Erhöhung der Stiche pro min um ca. 500 bei einer Nadeltemperatur von ca.
190 bis 2000C. Dies ist eine wesentliche Verbesserung.
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Es wurde als Nähgarn Polyester, dtex 400 (3), schwarz Nr. 665 und
als Gewebe Polyamid-6,6-Taft, Leinwandbindung L 1/1, 4-fach-Lage verwendet. Bei
dem Nähversuch wurde eine Nadelstärke von Nm 90 verwendet.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
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Beispiel 1 Polyestergarn, dtex 400 (3), schwarz gefärbt (Farbe Nr.
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665) wird mit einer Geschwindigkeit von 15 m/min über die Nut einer
rotierenden Metallscheibe geführt, welche teilweise in ein auf 700C aufgeheiztes,
stark gerührtes Bad aus im Verhältnis 1 : 2 gemischtem Paraffinwachs (Tropfpunkt
= so0c) und Siliconöl (Viskosität 900 cP) mit 5% Cyclo-tris-ethylenglykolterephthalat
in Suspension eintaucht, so daß der Gesamtauftrag an Präparation 5%, bezogen auf
das Gewicht des Fadens, beträgt.
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Beispiel 2 Polyestergarn, dtex 400 (3), schwarz gefärbt (Farbe Nr.
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665) wird über Umlenkrollen bei Raumtemperatur in ein Bad, bestehend
aus einer 20,'eigen Lösung von D(+)-Campher in Ethanol geführt. Nach Verdampfen
des Lösungsmittels wird das Garn durch eine auf 700C aufgeheizte Mischung aus Paraffinwachs
und Siliconöl zusätzlich - wie im Beispiel 1 beschrieben - geleitet, so daß der
Auftrag 5%, bezogen auf das Gewicht des Fadens, ausmacht.
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Beispiel 3 Polyestergarn, dtex 400 (3), gefärbt, wird über ein auf
ca. 3500C beheiztes, mit Cyclo-tris-ethylenglykoltereph-
thalat-Kristallen
gefülltes Schiffchen mit einer Geschwindigkeit von 0,1 cm/s mittels einer motorgetriebenen
Vorrichtung geführt, so daß der Faden gleichmäßig von aufsublimierten Oligoester-Kristallen
bedeckt ist.
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Anschließend wird durch ein auf ca. 800C aufgeheiztes Bad, bestehend
aus Paraffinwachs und Siliconöl im Verhältnis 1 : 2 - wie im Beispiel n beschrieben
- geleitet, so daß der Endauftrag insgesamt 6% des Fadengewichts ausmacht.
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Führt man mit den bei den Beispielen 1, 2 und 3 erhaltenen erfindungsgemäß
behandelten Polyestergarnen Nähversuche durch, so zeigt sich, daß die Nähgeschwindigkeit
bei den erfindungsgemäß behandelten Garnen um mindestens 500 Stiche/min erhöht werden
kann, verglichen mit dem nicht behandelten erfindwngsgemäßen Garn.