DE3244778A1 - Spontan auskraeuselnde, multikomponente chemiefasern - Google Patents

Spontan auskraeuselnde, multikomponente chemiefasern

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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
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Description

  • Spontan auskrauselnde, multikomponente Chemiefasern
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von spontan auskräuselnden, multikomponenten Chemiefasern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf die nach diesem Verfahren hergestellten Produkte und auf die Anwendung dieser Produkte.
  • Multikomponente Chemiefasern nach dieser Erfindung sind Chemiefasern, die aus zwei oder mehreren aneinanderhaftenden, aber deutlich getrennten Polymeren mit unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften aufgebaut sind. Sie sind zu unterscheiden von Filamentmischaarnen oder Heterogarnen, d.h. Garnen, die aus Mischungen von Filamenten mit unterschiedlicher chemischer oder physikalischer Zusammensetzung aufgebaut sind. Ebenso sind sie zu unterscheiden von bistrukturellen oder bikonsttuenten Fasern, d.h. Chemiefasern, die aus einem Polymer, aber mit unterschiedlicher physikalischer Struktur, mit mehr oder weniger scharfen Übergängen, asymmetrisch innerhalb der Einzelfilamente aufgebaut sind.
  • Demnach sind Bikomponentenfasern solche Chemiefasern, die aus zwei fest, aber trennbar miteinander verbundenen Polymeren unterschiedlichen chemischen und/oder physikalischen Aufbaus, z.B. aus einem Homopolymer und einem modifizierten Copolymer oder aus zwei artverschiedenen Polymeren, schichtig nebeneinander (Seite-an-Seite-Struktur) oder umeinander (Kern-Mantel-Struktur) bzw. in einer Mischung mit inhomogener Verteilung (Matrix/Fibrillensystem) aufgebaut sind.
  • Derartige multikomponente Chemiefasern bestehen also aus spinnbaren ersten und zweiten, insbesondere artverwandten thermoplastischen Polymeren, die einer gemeinsamen Spinndüse getrennt zugeführt und dann zu in Längsrichtung aneinanderhaftenden Filamentfäden versponnen werden und die daraufhin verstreckt und weiterbearbeitet oder abgelegt werden. Die meisten der bekannten bikomponenten oder multikomponenten Chemiefasern bezwecken, eine Selbstkräuselung der Fäden dadurch herbeizuführen, daß unterschiedliche physikalische oder chemische Strukturen der aneinanderhaftenden Polymeren dazu ausgenutzt werden, um in den Fasern latente Biegekräfte zu erzeugen. Diese entstehen insbesondere durch ein unterschiedliches Schrumpfverhalten der Polymeren und werden durch Wärmeeinwirkung entwickelt. Dabei stellt sich eine mehr oder weniger starke schraubenlinienförmige Kräuselung ein, bei der die stärker schrumpfende Komponente - ähnlich wie bei einem Bimetallstreifen - auf der Innenseite der Schraubenlinie liegt.
  • Sämtliche bikomponenten oder multikomponenten Chemiefasern, deren Kräuselung auf einem unterschiedlichen Schrumpfverhalten der einzelnen Komponenten beruht, werden üblicherweise durch Wärmeeinwirkung im spannungsreduzierten Zustand entwickelt. Hierbei kommt es zu einer Rekristallisation oder zu einer Nachkristallisation noch amorpher Restbereiche.
  • Ein unterschiedliches Kristallisationsverhalten schafft dabei Schrumpfspannungen zwischen den unterschiedlichen Komponenten des Filamentes, die über eine unregelmäßige und nicht gezielt einstellbare Kräuselung abgebaut werden.
  • Wesentlich für die textilen Eigenschaften der bekannten multikomponenten Fasern ist es, daß zumindest die eine Komponente, üblicherweise diejenige, welche zur Festigkeit der Fasern hauptsächlich beiträgt, bis zum niedrigsten maximalen Verstreckverhältnis verstreckt wird, während der Anteil des anderen Polymeren im Faserquerschnitt ebenfalls in einem hohen Maße viskoplastisch, jedoch unterhalb des maximalen Streckverhältnisses dieses Polymeren beansprucht wird. Dies bedeutet, daß auf jeden Fall der größte Teil der durch Verstreckkräfte aufgebrachten Dehnung im gesamten Faserquerschnitt irreversibel vorliegt.
  • Als ein typisches Beispiel für eine derartige Bikomponentenfaser sei die US-PS 2,439,815 genannt. Da hier die erste Polymerkomponente bis zum maximalen Verstreckverhältnis verstreckt ist, während das zweite Polymere noch eine bestimmte Reserve für eine weitere Verstreckung bzw. Dehnung hat - diese Reserve aber nicht ausgenutzt werden kann, um das erste Polymere nicht zu stark zu beanspruchen und den Faden zu zerreißen - besteht aufgrund in geringem Umfang vorhandender resersibler Dehnungsanteile ein sehr geringes Potential zur Auskräuselung. Der wesentliche Anteil der Kräuselung resultiert dagegen aus den unterschiedlichen Schrumpfeigenschaften der beiden Polymeren, die nach Angaben aus der Literatur bis zu 40% - je nach Wahl der gemeinsam versponnenen Polymertypen - betragen können.
  • Die Erfindung macht sich nun zur Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von spontan auskräuselnden, multikomponenten Chemiefasern aus thermoplastischen, verspinnbaren Polymeren zu schaffen, bei dem die Kräuselung nicht auf den durch unterschiedlicheS Schrumpfverhalten der Komponenten bedingten Längenänderungen beruht und bei dem die Einkräuselung daher auch nicht durch eine thermische Behandlung unter Zugbeanspruchung rückgängig gemacht werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
  • Wesentlich bei dieser Lösung ist es in verfahrenstechnischer Hinsicht, daß neben einem reichlich verfügbaren thermoplastischen Grundpolymer ein artverwandtes Block- oder Copolymer, ein Polymergemisch oder Mischpolymerisat auf der Basis des Grundpolymeren zur Anwendung kommt, welches ohne besondere Schwierigkeiten oder chemische Abbauerscheinungen aufgeschmolzen und bei etwa gleichen Temperaturen und Viskositäten versponnen werden kann wie das Grundpolymer selbst. Dieses artverwandte Polymere ist gemäß der Erfindung jedoch in einer solchen Weise modifiziert, daß es nach dem Verspinnen ein elastomerähnliches, entropie-elastisches Verformungsverhalten aufweist. Dies bedeutet, daß der Anteil des modifizierten Polymeren oder des Polymergemisches nach dem Verstrecken des Einzelfilamentes bis zum maximalen Verstreckverhältnis des Grundpolymeren eine viskoelastische, d.h. eine im wesentlichen vollständig reversible Längenänderung besitzt und beim Nachlassen der äußeren Zugbeanspruchung versucht, zu seiner ursprünglichen Länge vor der Verstreckung zurückzukehren.
  • Dies ist aber wegen der irreversiblen, viskoplastischen Dehnung des Grundpolymeren nicht möglich, so daß nunmehr eine spontane Kräuselung eintritt, um den Zustand des inneren Kräfte- und Momentengleichgewichts im Filament wiederherzustellen. Die Kräuselung wird beim Nachlassen der äußeren Zugbeanspruchung im Filament in einer intensiven,schraubenlinienförmigen Textur sichtbar, die durch verschiedene Parameter im Sinne des vorgesehenen Einsatzzweckes eingestellt werden kann. Die Drehrichtung der Schraubenlinie wechselt dabei in unregelmäßigen Abständen von einer S-Drehung zu einer Z-Drehung und umgekehrt. Zwischen den Stellen der änderung der Drehrichtung liegen jeweils Umkehrstellen vor.
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eignet sich sowohl für endlose Filamentfäden als auch für Stapelfasern.
  • Im letzteren Falle kann eine Mehrzahl von feintitrigen, multikomponenten Filamentfäden gemeinsam ersponnen, vor oder nach dem Verstrecken zu einem Spinnkabel gefacht, aufgewickelt und im Wickel zu Stapelfasern geschnitten werden.
  • Vorrichtungen zum Schneiden des Spinnkabels in Stapelfasern gleicher Länge, bei denen das Spinnkabel beispielsweise auf eine Messerwalze mit radial angeordneten Messern gewickelt und bei denen jeweils die innerste Lage der Windungen zerschnitten wird, sind bekannt. Ebenfalls sind Schneidvorrichtungen bekannt, bei denen das Spinnkabel unter Ausnutzung von Fliehkräften unter Zugspannung gegen einen Messerkranz gewickelt wird, wobei die äußerste Lage der Windungen unter dem Druck einer Andrückrolle fortlaufend zu Stapelfasern zerschnitten wird. Die gefachten Filamentfäden können aber auch nach herkömmlichen Verfahren nach der Verstreckung zu Stapelfasern geschnitten werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Kräuselung ist jedoch nach beiden Ausführungsvarianten wesentlich gleichförmiger und intensiver als die bei der Anwendung eines Stauchkammerkräuselverfahrens vorliegende Kräuselung und bedarf dazu eines wesentlich geringeren maschinentechnischen Aufwandes.
  • Die multikomponenten Filamentfäden können entweder eine Kern-Mantel-Struktur aufweisen, wobei das modifizierte Polymere mit Elastomereigenschaften im Kern, bevorzugt exzentrisch im Kern, und das Grundpolymere in der Hülle vorliegt. Dies hat den Vorteil, daß die die Kräuselung bewirkende Polymerkomponente in einem Gewebe oder dgl. nach außen hin nicht in Erscheinung tritt und das Anfärbeverhalten oder den Griff. und ähnliche textile Eigenschaften nicht beeinflußt.
  • Diese werden im wesentlichen ausschließlich durch das Eigenschaftsprofil des thermoplastischen Grundpolymeren vorgegeben.
  • Alternativ ist es möglich, daß die multikomponenten Filamentfäden in einer Seite-an-Seite-Struktur gesponnen werden und nur eine Grenzfläche zwischen den beiden Polymeren vorliegt.
  • Der Querschnitt dieser Fäden weicht vorzugsweise stark von der Kreisform ab und ist beispielsweise elliptisch, trilobal oder andersweitig profiliert. Da die Grundpolymeren für die Chemiefasererzeugung, wie beispielsweise Polyäthylenterephthalat, Polyamid 6, Polyamid 6.6 oder die Polyolefine wie insbesondere Polypropylen in großen Mengen hergestellt werden, während die erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden modifizierten Copolymeren oder Mischpolymeren mit entropieelastischen Verformungseigenschaften im Vergleich dazu nur in kleinen Chargen hergestellt werden und dementsprechend teurer sind, sollte man schon aufgrund wirtschaftlicher Überlegungen einen möglichst geringen Anteil der modifizierten Polymeren im Querschnitt der multikomponenten Filamentfäden anwenden und die Kräuselfrequenz durch Variation anderer Parameter optimieren. Vorzugsweise liegt der Flächenanteil der modifzierten Polymere im Gesamtquerschnitt der Filamentfäden zwischen 5% und 20%.
  • Die erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden modifizierten Polymere sind bei verschiedenen Polymerherstellern erhältlich.
  • So wird beispielsweise ein modifiziertes Polypropylen mit einem derartigen Eigenschaftsprofil von den Chemischen Werken Hüls AG unter dem Markennamen Vestopren TP angeboten. Ein thermoplastisches Polyesterelastomer auf der Basis von Polyätherester wird dagegen von der Firma Akzo Plastics BV unter dem Markennamen Arnitel angeboten. Schließlich werden von der Ato-Chimie verschiedene Polyäther-Blockamide (PE-BA) mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen, d.h. thermoplastische Elastomere auf Polyamid- und Polyätherbasis angeboten (Kunststoffe-Plastics 12 (1981), S. 12 bis 16), die entsprechend dem Erfindungsgedanken modifziert sind.
  • Spinnversuche zur Herstellung von Bikomponentenfäden aus Polyäthylenterephthalat und zu e einer Arnitel-Extrusionstype haben Fäden mit einer ausgezeichneten und dauerhaften Kräuselung und Kräuselungsbeständigkeit ergeben; ebenfalls Bikomponentenfäden aus Polypropylen und einem niedrigen Anteil Vestopren TP.
  • Die erfindungsgemäßen multikomponenten Chemiefasern unterscheiden sich von den in der Literatur beschriebenen spontan kräuselnden Chemiefasern ähnlicher Art durch die Zusammensetzung der Polymerkomponenten und durch die höhere Kräuselintensität bei gleicher Konstruktion des Faseraufbaus, was im wesentlichen auf die Entropiestabilisierung des Molekulargefüges des einen der miteinander versponnenen Polymerwerkstoffe zurückzuführen ist.
  • Sofern man Polymere verspinnen will, die an ihrer gemeinsamen Grenzschicht keine ausreichenden Bindungskräfte aufweisen, um nach dem Verstrecken und dem Nachbehandeln bzw. Verarbeiten in Längsrichtung noch fest aneinanderzuhaften, wird vorgeschlagen, einen geeigneten Haftvermittler für die beiden Polymeranteile in die Grenzschicht der beiden Komponenten einzuspinnen.
  • Besonders hochwertige Fasern werden erhalten, wenn die aus dem Grundpolymeren bestehenden Filament- oder Faseranteile bis zu ihrem maximalen Verstreckverhältnis verstreckt sind.
  • Bei einem hohen Anteil des Grundpolymeren im Faserquerschnitt von etwa 90% kann hierbei annähernd die Festigkeit entsprechender Fäden aus dem reinen Grundpolymeren erzielt werden, obwohl andere Fasereigenschaften wie Dehnung, Kräuselung und dgl. erheblich verbessert werden.
  • Der Titer der hergestellten Fäden richtet sich im wesentlichen nach dem Verwendungszweck. So können Fäden vorzugsweise mit einem Strecktiter zwischen 1 dtex und 30 dtex hergestellt werden. Die niedrigen Titer werden dabei für textile Einsatzzwecke verwendet, während die gröberen Titer für Heimtextilien und insbesondere für technische Anwendungsgebiete benutzt werden, wo neben der Bauschigkeit des Filamentes oft auch eine hohe Steifigkeit des daraus gebildeten Erzeugnisses verlangt wird. Es ist jedoch zu beachten, daß mit wachsendem Titer die Kräuselintensität geringer wird und der Krümmungsradius der Schraubenlinie bzw. deren Durchmesser größer ist.
  • Dies bedeutet andererseits, daß bei sehr niedrigen Strecktitern eine sehr feine, gleichrnäßige und spontane Auskrauselung der Filamente erzeugt wird, die über die Kräuselung der durch Wärmeschrumpf stabilisierten Nolekülketten wesentlich hinausgeht.
  • Wegen eventueller Verarbeitungsprobleine kann es in manchen Fällen günstig sein, die vorhandene Kräuselung nicht sofort.
  • zum Vorschein kommen zu lassen, sondern die Filamentfäden als glatte Fäden unter Spannung aufzuwickeln und erst im textilen Flächengebilde auskräuseln zu lassen. Hierzu ist keinerlei zusätzliche thermische Behandlung notwe}1dig, sondern ausschließlic}1 ein Nachlassen des mechanischen Spannungszustandes und damit das lairksarlwerdon des unterschiedlichen Dehnungsverhaltens der beiden miteinander einen Filamentfaden bildenden Komponenten. Dennoch kann eine Schrumpfbehandlung der Filamente oder der daraus hergestellten textilen Erzeugnisse von Vorteil sein. Es sei jedoch nociimals betont, daß eine derartige Wärmebehandlung für die Entropiestabilisierung der Molekülketten und die Kräuselintensität ohne wesentliche Auswirkung bleibt.
  • Die hergestellten Multifilamentfäden eignen sich für die Weiterverarbeitung zu textilen Flächengebilden, Vliesstoffen oder Heimtextilien wie Möbelbezugsstoffe oder Polfäden für Teppichböden. Sie können aber auch in gröberen Titern für technische Zwecke, wie beispielsweise im Hoch- oder Tiefbau zum Drainieren von Gebäuden, Sportanlagen, im Straßenbau oder für Deichbefestigungen angewandt werden, wobei aus den groben Filamentfäden dicke Vliese oder Natten hergestellt werden, die auf bekannte Weise chemisch, durch Wärmeeinwirkung oder dgl. verfestigt werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 das idealisierte Verformungsverhalten eines thermoplastischen Polymeren; Fig. 2 das idealisierte Verformungsverhalten eines elastomeren Polymeren; Fig. 3 das idealisierte Verformungsverhalten eines Polymerverbundes mit einer thermoplastischen und einer elastomeren Komponente; Fig. 4a bis 4c Querschnitte von bevorzugten Anordnungen der Polymerkomponenten im Filament; Fig. 5 ein schraubenlinienförmig gekräuselter Faden gemäß der Erfindung in starker Vergrößerung.
  • Bei der Verstreckung (plastische Verformung) von thermoplastischen Polymeren in mittleren Temperaturbereichen, wo die Temperatur oberhalb der Glastemperatur T und unterhalb g der Temperatur des viskosen Fließens liegt, findet ein Aneinandervorbeigleiten und Ausrichten von Glasstrukturen (amorphe Bereiche) und teilkristallinen Gefügebereichen statt. Ein solches Verformungsverhalten ist in Fig. 1 vereinfacht dargestellt. Nach Aufbringung einer Kraft P stellt sich gegenüber der unbelasteten Materialprobe (gemäß Punkt 1 in Fig. 1) eine Dehnung g (gemäß Punkt 2 in Fig. 1) ein.
  • Diese Dehnung£ bleibt bestehen, solange die Kraft P wirkt (0). O). Wird diese jedoch aufgehoben (fürs = O; für Punkt 3 in Fiy. 1), so bleiben große Bereiche des polymeren Gebildes plastisch verformt (t plastisch = g4 - 01) während ein geringer Teil der Längenänderung elastisch relaxiert ( g elastisch = t3 -64)- Durch die plastische Verformung hat sich eine Gefügestruktur gebildet, die bis nahe an die Temperatur, bei der die Kraft P aufgebracht wurde, thermodynamisch stabil ist.
  • Der Grund hierfür ist, daß die freie Energie der Kettenmoleküle durch ein Ausrichten der gefalteten Kettenmoleküle erniedrigt wird und die Moleküle eine energetisch günstigere Lage einnehmen. Diese Erscheinung wird als Energie-oder Enhalpiestabilisierung bezeichnet.
  • Bei einer Erhöhung der Temperatur kann eine derartige Verformungsstruktur wieder aufgehoben werden und das Polymere kann unter Bildung von gekneuelten Ketten und nach außen sichtbaren Schrumpferscheinungen rekristallisieren.
  • BeimVerstrecken von Elastomeren oder elastomerähnlich modifizierten Thermoplasten werden die verkneuelten Kette moleküle auseinandergezogen. Die hierzu benötigte freie Energie, die die defekte Kette in eine perfekte Kette umwandelt, eryibt sich aus dem Entropieunterschied zwischen ungeordnet verknäueltem und gestrecktem Zustand der Molekülkette. Dieser gereckte Zustand ist thermodynamisch jedoch nicht stabil, da durch die Ausrichtung der Kettenmoleküle in Kraftrichtung die Entropie erhöht wird, das System aber den Zustand geringster Entropie anstrebt und sich deshalb zurückzubilden sucht.
  • Dieser Vorgang wird als Entropiestabilisierung des Molekulargefüges bezeichnet. Voraussetzung für das Auftreten dieser Erscheinung ist es aber, daß das Elastomer oder der Thermoplast mit elastomerähnlichem Verhalten entweder eine verkneuelte Molekülkette oder nur eine schwer kristallisierbare Kette oder eine schwach vernetzte Kette besitzt.
  • Ein Polymeres mit einem derartigen Gefügeaufbau zeigt ein viskoelastisches Verformungsverhalten, wie dies vereinfacht in Fig. 2 dargestellt ist. Nach der u;bringung einer Kraft P stellt sich zeitlich verzögert eine Dehnuna gein, die für 6 > O monoton ansteigt, bis sie am Punkt 20 ihren Endwert erreicht hat und die nach einer Entlastung zeitlich verzögert wieder auf den Wert Null zurückgeht. Bei modifizierten Thermoplasten liegt ein qualitativ ähnliches Verhalten vor, doch kann hier - je nach Einstellung des Polymerwerkstoffes -eine geringe plastische Dehnung verbleiben, die meist vernachlässigt werden darf.
  • Das Verformungsverhalten eines Verbundsystems gemäß der Erfindung aus einem Thermoplasten mit einer im wesentlichen plastischen Dehnung nach Fig. 1 und einem Elastomeren oder einem Polymeren mit elastomerähnlichem Verhalten nach Fig. 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Wird ein solches Verbundsystem aus einem Elastomeren und einem Thermoplasten, beispielsweise ein Multikomponentenfilament entsprechend der Erfindung, verstreckt, so stellt sich eine Dehnung g ein, die dazu führt, daß der thermoplastische Anteil des Querschnitts des Filamentes zum größten Teil plastisch verformt (Punkt 4) bleibt -zwischen den Punkten 3 bzw. 30 und 4 liegt der Bereich der elastischen Rückbildung der Verformung - während der elastomere Anteil des Querschnitts des Filamentes größtenteils elastisch verformt wird und beim Nachlassen der Beanspruchung seine Dehnung im Idealfall wieder gegen den Wert Null zurückgeht (Punkt 40). Durch die verbleibende hohe, durch die unterschiedliche elastische Dehnung bedingte Restenergie kommt es bei dem Verbundsystem nach der vorliegenden Erfindung zu einem Spannungsabbau durch eine Deformation des Thermoplasten, d.h. insbesondere zu einer helixförmigen Eigenkräuselung des Filamentes. Da hierbei die Enden des Filamentes jeweils als eingespannt zu betrachten sind, entsteht ein Falschdrall mit abwechselnder Drehungsrichtung der Schraubenlinie in S- und Z-Richtung und dazwischen liegendenumkehrstellen.
  • Die beschriebene Eigenkräuselung kann durch verschiedene Parameter eingestellt werden, wie noch gezeigt wird. Dadurch, daß der elastomere oder elastomerähnlich modifizierte Polymeranteil aber immer den Zustand geringster Entropie anstrebt, wird diese Kräuselung als entropiestabilisiert bezeichnet.
  • In den Figuren 4a bis 4c sind lediglich beispielhaft Querschnitte von Verbundfäden nach der Erfindung gezeigt, und zwar in Fig. 4a und Fig. 4b eine Kern-Mantel-Struktur aus einem Grundpolymeren A im Mantel und einem modifizierten Thermoplasten B mit dem Verformungsverhalten eines Elastomeren im Kern, wobei das Zentrum der Komponente B im Kern des Filamentes um einen Betrag a asymmetrisch zum Zentrum des Grundpolymeren A vorliegt. Bei einem Filamentdurchmesser von d gilt für die Exzentrizität 0a< a Fig. 4b zeigt einen gleichartigen Aufbau des Filamentfadens, jedoch unter zusätzlicher Verwendung eines bei Verbundsystemen gebräudlichen Haftvermittlers C. Eine derartige Filamentkonstruktion ist zwar bei verschiedenen Polymeren erforderlich, gilt aber weyen der wesentlich komplizierter aufgebauten Spinndüsen nicht als bevorzugt. Fig. 4c zeigt schematisch eine Seite-an-Seite-Anordnung der Komponenten A und B im Verbundfaden, wobei zwischen den Grenzschichten der Polymeren ebenfalls ein Haftvermittler C eingesponnen ist. Die Polymeren haben bevorzugt eine einzige gemeinsame Grenzschicht, die - wie dargestellt - gekrümmt oder auch geradlinig verlaufen kann. Die Anordnung der Komponenten nach Fig. 4c kommt bevorzugt dann zum Einsatz, wenn die beiden fadenbildenden Komponenten sich hinsichtlich ihrer textiltechnischen Eigenschaften nur geringfügig unterscheiden oder wenn es bei technischen Verwendungen hierauf nicht wesentlich ankommt.
  • In Fig. 5 ist ein Bikomponentenfilament gemäß der Erfindung dargestellt. Es besteht aus Polypropylen und einem mit EPDM-Anteilen modifizierten Polypropylen Vestopren TP (vgl. Kunststofftaschenbuch, 20. Auflage. S. 447/448; hiernach ist EPDM:ein ungesättigter Äthylen-Propylen-Kautschuk, der als Terkomponente Diene enthält und mit Schwefel vulkanisierbar ist. Da bei den Terpolymeren die ungesättigten Stellen außerhalb der Hauptkette liegen, bleiben auch bei einer Vernetzung mit Schwefel die Eigenschaften eines gesättigten, polymeren Olefins erhalten).
  • Es handelt sich um ein Seite-an-Seite gesponnenes Verbundfilament, welches bei einer für Polypropylenfäden üblichen Verstreckung spontan auskräuselt. Die Xräuselfrequenz beträgt im vorliegenden Beispiel 40 Kräuselbogen je cm Fadenlänge.
  • Die Kräuselung ist hinsichtlich Kräuselfrequenz und Krümmungsradius gezielt einstellbar und reproduzierbar, wie im folgenden gezeigt wird.
  • Nach der Verstreckung bewirken die unterschiedlichen Rückstellkräfte der plastisch und der elastisch verformten Polymerkomponente ein Drehmoment auf das Verbundfilament, so daß sich die helix- oder schraubenlinienförmige Kräuselung nach Fig. 5 einstellt. Über die Größe dieses Drehmomentes lassen sich nun unterschiedliche Kräuselungen einstellen.
  • Es gilt t1k = a.PR; mit Mk = Kräuselmoment, a = Asymmetrie oder Exzentrizität der eingesponnenen Polymerkomponente; Pg = resultierende ?jcstellkraft.
  • Hierbei ist PR = PR1 PR2 PRi = Rückstellkraft der einzelnen Komponente.
  • Wird davon ausgegangen, daß die Rückstellkraft der gemäß Fig. 1 plastisch verformten, ersten Komponente etwa gleich Null ist (max. Verstreckung) und die modifizierte, zweite Komponente bei dieser Verstreckung noch im elastischen Bereich (auf der Newtonschen Geraden) liegt, so ergibt sich in vereinfachter Form der Zusammenhang: P # = E .# = A ; worin E = Elastizitätsmodul t = Dehnung # = Zugspannung A = Fläche und mit R R2 das Kräuselmoment zu: |MK|~E2.#.2. a . A2.a Das Kräuselmoment und damit auch der Kräuselungsgrad sind -wie aus der angegebenen Beziehung ersichtlich - daher'über die folgenden Parameter gezielt einstellbar: Materialauswahl (E-Modul); Verstreckungsgrad (Dehnung); Volumenanteil der modifizierten, zweiten Komponente (Fläche A); und die Asymmetrie der Einlagerung der modifizierten Komponente (Exzentrizität a). Als weiterer Parameter kommt u.a. noch der Fadentiter hinzu, der einen Einfluß auf den Krümmungsradius de-r Helixstruktur hat.
  • Die angegebenen Parameter sind von Fall zu Fall so einzustellen, daß mit einem geringen Aufand für das Material, insbesondere die zweite Polymerkomponente, eine möglichst starke Kräuselung erzielt wird, indem ein optimal hohes Kräuselmoment eingestellt wird.
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Claims (17)

  1. Anspriiche 1. Verfahren zur Herstellung von spontan auskräuselnden, multikomponenten Chemiefasern aus spinnbaren ersten und zweiten artverwandten, thermoplastischen Polymeren zu in Längsrichtung aneinanderhaftenden, multikomponenten Fi lamentfäden durch gemeinsames Verspinnen der getrennt zugeführten Polymeren und Verstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß als artverwandtes Polymer ein thernoplastisches Copolymer oder ein Polymergemisch zur Anwendung kommt, welches gegenüber dem ersten spinnbaren Polymer durch eine insbesondere physikalische und/oder chemische Behandlung in der Weise modifiziert ist, daß es nach dem Verspinnen ein elastomerähnliches, entropie-elastisches Verformungsverhalten, insbesondere Dehnungsverhalten, aufweist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von multikomponenten Filamentfäden gemeinsam versponnen, vor oder nach dem Verstrecken zu einem Spinnkabel gefacht, aufgewickelt und im Wickel zu Stapelfasern geschnitten wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die multikomponenten Filamentfäden eine Kern-Mantel-Struktur aufweisen, wobei das modifizierte Copolymere oder Polymergemisch mit dem entropie-elastischen Verformungsverhalten im Kern, bevorzugt exzentrisch im Kern, und das Grundpolymere in der Hülle vorliegt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die multikomponenten Filamentfäden eine Seite-an-Seite-Struktur mit nur einer Grenzfläche zwischen zwei Polymeren aufweisen und daß ihre Querschnitte von der Kreisform abweichen, beispielsweise einen elliptischen, trilobalen oder andersweitig profilierten Querschnitt haben.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt der multikomponenten Filamentfäden vorliegende Flächenanteil des modifizierten Polymeren oder Polymergemisches geringer als 60%, insbesondere geringer als 40% ist und vorzugsweise zwischen 5% und 20% beträgt.
  6. 6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundpolymere ein teilkristallines Polypropylen und das artverwandte Polymere ein mit EPDM-Anteilen modifiziertes, thermoplastisches Polypropylengemisch mit elastomerähnlichem Verformungsverhalten ist.
  7. 7. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundpolymere Polyäthylenterephthalat und das artverwandte Polymere ein Polyester-Elastomer, insbesondere auf der Basis von Polyätherester, ist.
  8. 8. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundpolymere ein Polyamid und das artverwandte Polymere ein Polyamid-Elastomer, insbesondere ein-Block-Copolymer auf der Basis von Polyamid- und Polyäthersegmenten - Polyäther-Blockamid ist.
  9. 9. Gekräuselte multikomponente Chemiefaser in Form eines Filamentfadens oder von Stapelfasern mit einer dreidimensionalen, schraubenlinienförmigen Textur, deren Drehungsrichtung in jedem Einzelfilament oder jeder Einzelfaser in unregelmäßigen Abständen von einer S-Drehung zu einer Z-Drehung und umgekehrt wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß der Filamentfaden oder die Stapelfaser teilweise aus einem verspinnbaren, modifizierten Thermoplasten mit elastomerähnlichem, entropie-elastischem Verformungsverhalten besteht, der mit einem weiteren, im Querschnitt überwiegenden, thermoplastischen Grundpolymeren des Filamentfadens oder der Stapelfaser artverwandt ist, vorzugsweise ein Copolymer ist.
  10. 10. Gekräuselte multikomponente Chemiefaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Filamentfaden oder die Stapelfaser teilweise aus einem modifizierten, verspinnbaren Thermoplasten mit elastomerähnlichem, entropie-elastischem Verformungsverhalten besteht und längs der gemeinsamen Grenzschicht durch einen Haftvermittler mit dem Grundpolymeren verbunden ist.
  11. 11. Gekräuselte multikomponente Chemiefaser nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Grundpolyrneren bestehenden Filament-oder Faseranteile bis zu ihrem maximalen Verstreckverhältnis verstreckt sind, während die aus dem artverwandten, thermoplastischen Copolymeren oder Polymergemisch bestehenden Anteile keine oder nur eine sehr geringe plastische Verformung aufweisen.
  12. 12. Gekräuselte multikomponente Chemiefaser nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Strecktiter zwischen 1,0 und 30 dtex aufweist.
  13. 13. Gekräuselte multikomponente Chemiefaser nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräuselung der Einzel fasern einen im wesentlichen konstanten Krümmungsradius aufweist und daß eine Kräuselfrequenz von mehr als 4, insbesondere mehr als 10 und vorzugsweise zwischen 20 und 40 Kräuselbögen je Zentimeter Faserlänge vorliegt.
  14. 14. Verwendung von gekräuselten, multikomponenten Chemiefasern nach den Ansprüchen 8 bis 13 für die Herstellung eines textilen Flächengebildes.
  15. 15. Verwendung von gekräuselten multikomponenten Chemiefasern nach den Ansprüchen 8 bis 13 zur Herstellung eines Vliesstoffes, insbesondere für Heimtextilien.
  16. 16. Verwendung von gekräuselten, entropie-stabilisierten multikomponenten Chemiefasern nach den Ansprüchen 8 bis 13 als Teppichbodenobermaterial, insbesondere aus Polypropylen und durch EPDM-Anteile modifiziertem Polypropylen.
  17. 17. Verwendung von gekräuselten, entropie-stabilisierten multikomponenten Chemiefasern nach den Ansprüchen 8 bis 13, vorzugsweise mit einem Strecktiter von über 10 dtex und insbesondere über 20 dtex zur Herstellung einer voluminösen Matte für den technischkonstruktiven Bereich, wie beispielsweise im Hoch-oder Tiefbau, für Deichbefestigungen oder dergleichen.
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