DE3431834A1 - Hochfeste zulieferfaeden fuer naehgarne und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Hochfeste zulieferfaeden fuer naehgarne und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT HOE 84/F200 Dr.FK/sch
-I. ■ ■
Hochfeste Zulieferfäden für Nähgarne xinä Verfahren zu
ihrer Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft hochfeste multifile Zulieferfäden aus Polyester zur Herstellung von Nähgarnen
und ein Verfahren zu ihrer Hestellung.
Unter Nähgarnen sollen in diesem Patent Nähzwirne verstanden werden. Für.die Herstellung dieser Zwirne mit einer
entsprechenden Maschine werden Zulieferfäden benötigt, die im vorliegenden Fall aus endlosen Polyesterfäden bestehen
sollen. Derartige Nähgarne müssen eine hohe Festigkeit aufweisen, sich gut vernähen lassen, eine gute Nahtfestigkeit
liefern und schrumpfarm sein, um ein Verziehen der Nähte beim Waschen oder bei einer thermischen Behandlung
zu verhindern.
Aus der Deutschen Auslegeschrift 1 288 754 ist zu entnehmen,
daß zur Herstellung hochfester Garne die Spinnbedingungen so gewählt werden müssen, daß die auf den erstarrenden
Faden einwirkenden Spannungen ungewöhnlich niedrig sind und der erzeugte Spinnfaden nur eine sehr geringe
Vororientierung aufweist, die beispielsweise einer Doppelbrechung
von weniger als 0,003 entspricht. Bewährt haben sich in diesem Zusammenhang Spinnabzugsgeschwindigkeiten
von 600 bis 800 m/min.
Diese geringen Förderleistungen je Spinndüse sind unbefriedigend.
Die naheliegende Maßnahme eines Anhebens des Mengendurchsatzes pro Düse durch Heraufsetzen der Spinnabzugsgeschwindigkeit,
wie sie zum Beispiel in Figur 1 der Deutschen Offenlegungsschrift 2 207 849 dargestellt
ist, führt nicht zum Erfolg, da bisher alle Versuche zur Herstellung hochfester Garne durch Schnellspinnen an der
geringen Festigkeit und an der hohen Dehnung derartiger Fäden scheiterten. Die textlien ¥erte derartig hergestell-
ter Fäden können bereits der US-Patentschrift 2 604 667
entnommen werden.
In der Deutschen Auslegeschrift 22 54 998 wird ein Verfahren
beschrieben, bei dem die frisch gesponnenen Fäden erst gefacht und verzwirnt und erst danach der erhaltene
Kordzwirn verstreckt werden soll. Die Aufbringung eines Kordzwirns vor dem Verstrecken ist relativ aufwendig,
insbesondere aber störanfällig. Das Verfahren hat vermutlieh aus diesen Gründen keine praktische Bedeutung erlangt
.
Ein Versuch, hochfeste Polyestergarne durch Schnellspinnen herzustellen, beschreibt die Japanische Offenlegungsschrift
51-53019. Die: Doppelbrechung des Zuliefergarns
soll über 0,030 liegen, die Verstreckung bei mindestens 70 ^ des maximal möglichen Verstreckverhältnisses. Bei
diesem Verfahren wird eine Schrumpf stufe mit bis zu 11 fo
SchrumpfZulassung eingesetzt.
Die so hergestellten Garne weisen eine hohe Reißfestigkeit
mit Werten bis zu 7,0 g/den auf, ihr Heißluftschrumpf bei 1500C liegt in den Beispielen zwischen 0,8 und 2,7 #.
Trotz dieser ansich günstigen textiltechnologischen Daten vreisen daraus hergestellte Nähgarne keine befriedigenden
Näheigenschaften auf. Dies zeigt sich insbesondere bei den geringen Nählängen derartiger Nähgarne. Es ist zu vermuten,
daß die geschilderten Nachteile der Polyestergarne gemäß Japanischer Offenlegungsschrift 51-53019 zumindest
zum Teil auf dem niedrigen Molekulargewicht dieser Garne beruhen könnten. Der Einsatz von fadenbildenden Polyestern
mit relativ niedrigem Molekulargewicht ist aber bei der Herstellung hochfester Garne weit verbreitet,
da Polyester mit höherem mittleren Molekulargewicht einen niedrigeren Elastizitätsmodul und insbesondere
hohe Schrumpfwerte aufweisen sollen. Auf diese Abhängigkeit
wird beispielsweise in der Deutsehen Auslegeschrift
23 32 720, Spalte 2, Zeilen 41 Ms 46 hingewiesen.
Es bestand daher immer noch die Aufgabe, hochfeste Polyesterzuliefergarne
herzustellen, die einen Heißluftschrumpf von 5 bis 7 ^ bei einer Temperatur von 2000C aufweisen
und die zu Fähgarnen mit ausgezeichneten Näheigenschaften
verarbeitet werden können. Darüberhinaus sollten diese Zulieferfäden eine möglichst hohe Festigkeit aufweisen.
Es wurde nun gefunden, daß derartige Zulieferfäden bei
einem modifizierten Schnellspinnverfahren erhalten werden, sofern entgegen der Lehre des Standes der Technik fadenbildende
Polyester eingesetzt werden, die ein hohes mittleres
Molekulargewicht entsprechend einer hohen relativen Viskosität von über 2,0 aufweisen.
Die relative Viskosität wird dabei an 1 gew.-$igen Lösungen in Dichloressigsäure bei 250C mit Hilfe von Kapillarviskosimetern bestimmt. Es ist überraschend, daß derartige schnellgesponnene Fäden mit hohem Molekulargewicht sich überhaupt zur Herstellung von Nähgarnen eignen. Durch die Erhöhung der Spinngeschwindigkeit bzw. der Aufwickelgeschwindigkeit und die damit verbundene Vororientierung der Fäden wird die Festigkeit der erhaltenen Fäden auch nach einer entsprechenden zusätzlichen Verstreckung herabgesetzt, wie das bereits gemäß der Lehre der Deutschen Auslegungsschrift 12 88 734 zu erwarten war. Überraschenderweise zeigen derartige Zulieferfäden mit deutlich verminderter Reißfestigkeit jedoch nach dem Zwirnprozess und einer entsprechenden Färbung eine geringere Abnahme der Festigkeit; die Substanzausnutzung des gefärbten Zwirns ist wesentlich besser als bei entsprechenden Zwirnen aus langsam gesponnenem Material. Insbesondere zeigen aber die Fäden gemäß der Erfindung nach ihrer Verarbeitung zu einem Nähgarn eine unerwartet
Die relative Viskosität wird dabei an 1 gew.-$igen Lösungen in Dichloressigsäure bei 250C mit Hilfe von Kapillarviskosimetern bestimmt. Es ist überraschend, daß derartige schnellgesponnene Fäden mit hohem Molekulargewicht sich überhaupt zur Herstellung von Nähgarnen eignen. Durch die Erhöhung der Spinngeschwindigkeit bzw. der Aufwickelgeschwindigkeit und die damit verbundene Vororientierung der Fäden wird die Festigkeit der erhaltenen Fäden auch nach einer entsprechenden zusätzlichen Verstreckung herabgesetzt, wie das bereits gemäß der Lehre der Deutschen Auslegungsschrift 12 88 734 zu erwarten war. Überraschenderweise zeigen derartige Zulieferfäden mit deutlich verminderter Reißfestigkeit jedoch nach dem Zwirnprozess und einer entsprechenden Färbung eine geringere Abnahme der Festigkeit; die Substanzausnutzung des gefärbten Zwirns ist wesentlich besser als bei entsprechenden Zwirnen aus langsam gesponnenem Material. Insbesondere zeigen aber die Fäden gemäß der Erfindung nach ihrer Verarbeitung zu einem Nähgarn eine unerwartet
— JL -.
-Sr-
hohe Nahtfestigkeit und eine unerwartet verbesserte Verarbeitungsfähigkeit.·
Als Maßzahl dient hier die sogenannte Nählänge.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus einem Schnellspinnen
hochmolekularer Polyester, wobei durch an sich bekannte Maßnahmen, wie z.B. einer Düsenheizung, ein möglichst
geringer Abbau des Molekulargewichtes während des Spinnvorgangs erfolgen soll. Die Fixiertemperatur von
2250C und darunter erlaubt die Herstellung der erfindungsgemäßen
Garne auf üblichen Verstreckvorrichtungen. Das Verstreckverhältnis muß natürlich an die höhere Vororientierung
der Zuliefergarne angepaßt werden. Die Vorteile, die bei Einsatz der erfindungsgemäßen Zulieferfäden erzielbar
sind, werden am besten aus den Beispielen deutlich. Es wurden dort verschiedene Zulieferfäden eingesetzt
und zu Nähgarnen durch Verzwirnung verarbeitet. Variiert wurde dabei das mittlere Molekulargewicht des fadenbildenden
Polyesters sowie die Vororientierung bzw. Aufwickelgeschwindigkeit der Fäden beim Spinnen.
Als Maß für die Vororientierung dient in dieser Beschreibung die Doppelbrechung der Faden. Die Bezugsdehnung (D/c),
d.h. die Dehnung; die bei 45 cN/tex gemessen wird, gilt als Maß für die Elastizität der Fäden. Im Gegensatz zu
dem Anfangsmodul wird die Bezugsdehnung auch noch von dem möglichen Vorhandensein eines "Schrumpfsatteis" in dem
Kraft-Dehnungs-Diagramm (KD-Diagramm) beeinflußt. Im KD -Diagramm zeigt sich bei thermomechanisch ausge—
schrumpften Fäden in geringerem oder stärkerem Maße nach einem üblichen steilen Anstieg bereits bei relativ geringen
Zugspannungen eine stärkere Dehnung des Materials. Erst bei höheren Dehnungswerten steigt die Kurve weiter an
um dann bei gegebenenfalls ähnlichen Werten wie das entsprechende aber ungeschrumpfte Material zu enden. Bei einem
ausgeschrumpften Material liegt jedoch in jedem Fall
auch der Wert der Reißdehnung wesentlich höher.
Λ-
Der Heißluftschrumpf S^qq "bzw. S..on wurde nach DIN 53866
bei Temperaturen von 200 bzw. 1800C bestimmt.
Die Bestimmung der Näheigenschaften erfolgte nach einem
speziell entwickelten Prüfverfahren, für das Patentschutz in einer Anmeldung vom gleichen Tage begehrt wird. Als
Meßgröße diente ein Nähtest mit Hilfe einer Industrienähmaschine unter genormten Bedingungen. Aus der Länge der
erzeugten Naht kann auf die Eignung eines Nähgarnes .geschlossen
werden.
Eingesetzt wurde eine Industrienähmaschine der Firma Pfaff
mit einer Nadel Nm 90, genäht wurde unter Einstellung eines Doppelseppstichs mit 5 Stichen pro Zentimeter und im
Normalfall einer Nähgeschwindigkeit von 4000 Stichen pro Minute· Die Fadenspannung des Oberfadens beträgt 175 bis
180 cN, der Unterfaden besteht bei dieser Prüfung aus einem guten Nähfaden aus Baumwolle. Die Spannung des Unterfadens
wird so eingestellt, daß die Schlaufen in dem Stoffmaterial verschwinden (einwandfreies Nahtbild). Genaht
wird eine 5-fache Lage von Baumwollköper mit einem Flächengewicht von 185 g/m2, das 95 Kett- und 50 Schußfäden
pro Zentimeter aufweist. Es wurde ein Standardgewebe für Arbeitsanzüge der Firma Nadler & Sohn, Augsburg,
Artikel Nr. 13960-80/2, hydrondunkelbau gefärbt und sanforisiert
eingesetzt. Der Meßwert "Nählänge" gibt die Länge der Naht in Zentimetern bis zum Fadenbruch an und ist ein
Mittelwert aus 10 Nähversuchen je Probespule. Der PrüfVorgang
wird abgebrochen, wenn eine Nählänge größer 1000 cm bei einer Messung gefunden wird, da erfahrungsgemäß Nählängen
unter diesen Bedingungen über 1000 cm in jedem Fall als ein sehr gutes Nähverhalten bezeichnet werden
können.
Die Anforderungen an den Nähtest können erschwert werden.
Bei dem erschwerten Nähtest werden die obengenannten Bedingungen eingehalten, jedoch wird mit einer Fadenspannung
des Oberfadens von 220 cN gearbeitet und mit einer Stichzahl von 5000 Stichen/Minute.
Die Nahtfestigkeit ist eine weitere Meßgröße zur Beurteilung
der Eigenschaften von Nähgarnen. Sie wird bestimmt durch Einsatz einer Industrienähmaschine z.B. der Firma
Pfaff. Maschineneinstellung: Steppstich 5 Stiche pro Zentimeter Nahtlänge, 4000 Stiche/Minute. Ober- und Unterfaden
sind bei dieser Prüfung gleich und bestehen aus dem Probemuster. Die Fadenspannung wird optimal für gutes
Nahtbild eingestellt, genäht wird eine zweifache Lage von Baumwollköper. Als Baumwollköper wurde das gleiche Material
benutzt, das auch bei der Nählängenbestimmung eingesetzt wurde. Die Nahtfestigkeit ist die maximale Zugkraft
eines 5 cm breiten Streifens. Diese Zugkraft wird ein einem Zugreißgerät mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von
1O cm pro Minute bestimmt. Der gefundene Wert wird auf den Einzelfaden umgerechnet.
Zur Charakterisierung der Eigenschaften von Nähgarnen eignet sich auch die sogenannte "Messerscheuertourenzahl",
die mit einem modifizierten Scheuerprüfgerät der Firma
Zweigle mit der Bezeichnung G- 550 S bestimmt wurden, wobei der rotierende Prüfkörper eine Hartmetallprofilscheuerleiste
aufwies. Bei jeder Messung werden 20 Fadenschlaufen auf das G-erät gelegt und jeweils mit einem solchen
Gewicht belastet, dass die Fadenspannung 0,135 cN/dtex
beträgt. Es wird jeweils die Zahl der Scheuertouren bestimmt, die notwendig ist, bis zum Durchscheuern eines
der eingesetzten 20 Prüfschlaufen.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich
Prozent- und Teilangaben auf Gewichtsmengen.
-Sr-
.
■
Das Ausspinnen der Fäden erfolgte durch Aufschmelzen geeig-.neter
Polyethylenterephthalatmassen in einem Extruder (wobei "bei Einsatz von hochviskösen Polyestermaterialien
die Spinnpacktemperatur bei 29O0C gehalten wurde, die Düsentemperatur
jedoch bei 315"C. Im Gegensatz dazu erfolgte die Ausspinnung mit geringerer Viskosität bei einer Spinnpack-
und Düsentemperatur von 295°C. Eingesetzt wurden in jedem Pail Düsen mit 32 Löchern. Nachdem Erkalten der
Fäden im Spinnschacht wurden die Fäden nach einem Präparationsauftrag mit 800 bzw. 1000 oder erfindungsgemäß mit
z.B. 3000 m pro Minute aufgewickelt.
Die erhaltenen Spinnspulen wurden dann sogenannten Dreigalettenmaschinen vorgelegt, beispielsweise einer
SZ 26 der Firma Barmag. Die Fäden werden dort von der
Spinnspule abgezogen und auf einer ersten Galette, die beispielsweise 6mal umschlungen wird, auf die Verstrecktemperatur
von üblicherweise 87"C erwärmt und dann weitergeführt
zu einer zweiten beheizten G alette, die auf die Fixiertemperatur erhitzt ist. Zwischen erster und zweiter
Galette erfolgt die Verstreckung. Das angewandte Verstreckverhältnis ist abhängig von der Vororientierung der
Spinnfäden. Es ist im einzelnen in der nachfolgenden Tabel-.
Ie angegeben. Nach der Fixiergalette, die von dem Garn beispielsweise
10mal umlaufen wird, wird der Faden auf eine dritte Galette geführt, die üblicherweise nicht beheizt
ist. Zwischen zweiter und dritter Galette kann eine Relaxierung des Fadenmaterials vorgenommen werden. Anschlie
ßend erfolgt die Aufwicklung der vestreckten Fäden auf Kopsen. Das Fädenmaterial hat unter diesen Bedingungen
nur einen Schutzdrall von etwa 10 Touren pro Meter erhalten. Arbeitsgeschwindigkeit bei Einsatz von SZ 26-Maschinen
610 m/min. Das so erhaltene Fädenmaterial stellt die. Zulieferfäden für die Herstellung eines Nähgarnes dar.
Die Zulieferfäden müssen auf Vorlagespulen umgespult werden.
Sie werden dann- zur Prüfung ihrer Eigenschaften einer LEZZENI-Zwirn-Fach-Zwirnmaschine von Typ TBR vorgelegt.
Diese Maschine arbeitete mit einer Geschwindigkeit von 10 m/min und erzeugte einen Dreifachzwirn des Titers
138 dtex f 32 S 840 χ 3 Z 540.
Die erhaltenen Zwirne wurden ι ■ einer
HT-Färbung unterworfen "bei 135°C für 120 Minuten. Der gefärbte
Zwirn wurde anschließend auf seine textlien Eigenschäften
und insbesondere seiner Eignung als Nähgarn untersucht.
Die erhaltenen Meßwerte sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.
Beispiel Nr. 12 3
(Vergleich) (Vergleich)
relat. Viskosität der .Faden 2.03 2.03 1.93
Spinngeschwindigkeit m/min 3000 800 1000 Doppelbrechung *10~3 44 C1O
<10
Verstrecktemperatur °C 78 78 78
Verstreckung 1: 2.0 4·84 4·75
Fixiertemperatur °G 220 225 225
Relaxierung % 5·2 7·4 9.2
2.03 | 2.03 |
3000 | 800 |
44 | do |
78 | 78 |
2.0 | 4.84 |
220 | 225 |
5.2 | 7.4 |
eferfä 138 |
den 120 |
769 | 817 |
55 | 68 |
19 | 21 |
46 | 43 |
9.4 | 13.3 |
Titer dtex 138 120 138
Höchstzugkraft cN 769 817 965
Feinheitsfestigkeit cN/tex 55 68 69
Reißdehnung % 19 21 17
Schiingenfestigkeit cN/tex 46 43 40
Bezugsdehnung D^ % 9.4 13.3 10.6
Thermoschrumpf S 200 # 6.0 8.8 6.0
Werte der gefärbten Zwirne
Höchstzugkraft cN 2250 2280 2560
Feinheitsfestigkeit cR/tex 50 60 57
Reißdehnung ^ 24 20 20
Schiingenfestigkeit cN/tex 38 42 35
Bezugsdehnung D45 % 14*7 19·3 15.3
Thermoschrumpf S-J80 i>
1.9 1.4 2.8
Sub stanz ausnutzung $> 97 93 88
Nahtfestigkeit cN/tex 29 - 25
Mhlänge, normale Belastung cm >1000 >1000 640
Nählänge, erschwerte Bei. cm>1000 77 81
Aus der Tabelle der Beispiele ist zu entnehmen, daß die
erfindungsgemäß hergestellten Zulieferfäden des Beispiels
1 eine deutlich geringere Festigkeit aufweisen als die nach dem Stande der Technik, d.h. insbesondere nach Beispiel
3· Aber nicht nur die Festigkeitswerte der Zulieferfäden, sondern auch die daraus hergestellten Zwirne nach
der Färbung zeigen noch eine geringere Feinheitsfestigkeit als der Stand der Technik. Auffallend ist allerdings,
daß bei den erfindungsgemäßen Fäden die Abnahme der Festigkeitswerte geringer ist als nach dem Stand der Technik.
Dies wird besonders deutlich bei Betrachtung der Substanzausnutzung, die sich wie folgt errechnet:
Höchstzugkraft des gefärbten Zwirns
Substanzausnutzung = "
3x Höchstzugkraft der Zulieferfäden
Der Unterschied in der Substanzausnutzung von 97 ί° bei erfindungsgemäßen
Fäden gegenüber 88 $ gemäß dem Stande der Technik ist bemerkenswert. Noch erstaunlicher ist jedoch,
daß die aus erfindungsgemäßen Zulieferfäden hergestellten
Nähgarne eine bessere Nahtfestigkeit, insbesondere jedoch
eine wesentlich verbesserte Nählänge insbesondere unter erschwerten Bedingungen zeigen. Diese überraschende verbesserte
Gebrauchstüchtigkeit war in keiner Weise zu erwarten,
sie konnte insbesondere aus den Werten der Zulieferfäden oder aber den physikalischen Werten der daraus
hergestellten Nähgarne nicht abgeleitet werden.
Claims (4)
1. Multifile Zulieferfäden aus fadenbildenden Polyestern
zur Herstellung von hochfesten, verzwirnten Fähgarnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulieferfäden einen
Thermoschrumpf SpQQ von 5 bis 7 $>
bei einer Bezugsdehnung (D^c) "bei 45 cN/tex von weniger als 10 $ aufweisen
und der fadenbildende Polyester ein hohes mittleres Molekulargewicht entsprechend einer relativen Lösungsviskosität (1,0 Gew.-^ in Dichloressigsäure bei 250C)
von mehr als 2,0 besitzt.
10
10
2. Zulieferfäden gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fadenbildende Substanz aus Polyethylenterephthalat
oder einem Copolymer aus Polyethylenterephthalat mit bis zu -5 Gew.-fo Copolymerbausteinen besteht.
3· Verfahren zur Herstellung von Zulieferfäden nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochmolekularer fadenbildender Polyester nach
an sich bekannten Verfahren unter möglichst geringem Molekulargewichtabbau so schmelzversponnen wird, daß
die erhaltenen Fäden noch eine relative Lösungsviskosität von mehr als 2,0 aufweisen, den Fäden durch hohe
Aufwickelgeschwindigkeiten eine Vororientierung erteilt wird, die einer Doppelbrechung von mehr als 0,030
entspricht und die erhaltenen multifilen Fäden hochverstreckt und bei Temperaturen bis zu 225°C fixiert
werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verstreckung und Fixierung der multifilen Fäden auf einer Galettenmaschine mit heizbaren Galetten ausgeführt
wird.
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