DE3788259T2 - Aramidkopolymergarn. - Google Patents

Aramidkopolymergarn.

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Garne, die aus Fasern aromatischer Polyamide, insbesondere Poly-(p-Phenylenterephthalamid) (PPD-T) hergestellt werden, besitzen bekanntlich ausgezeichnete physikalische Eigenschaften. Da die Anwendungen solcher Garne zunehmen, entstand jedoch ein Bedarf nach immer besseren Eigenschaften. Einige Anwendungen, beispielsweise Seile, Kabel, Stoffe und Reifenkord, erfordern Fasern mit sowohl verstärkter Reißfestigkeit als auch verstärkter Zähfestigkeit. Die Erfindung betrifft Garne, die hergestellt werden aus Fasern aus einem neuen Copolymer-Material, wobei die Fasern eine Zähfestigkeit aufweisen, die größer ist als die Zähfestigkeit der Fasern aus PPD-T und gleichzeitig eine Reißfestigkeit aufweisen, die mindestens genauso groß ist.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Die U.S.-Patentschrift Nr. 3 767 756, ausgegeben am 23. Oktober 1973, auf Anmeldung von H. Blades, beschreibt aromatische Polyamide, einschließlich Copolymeren aus para-Phenylendiamin und zwei Dicarbonsäure-Comonomeren. Die Patentschrift beschreibt ferner ein aromatisches Polyamid- Homopolymeres aus einem para-Phenylendiamin und 2,6-Naphthalindicarbonsäure. Es wird nicht beschrieben, daß entweder diese Copolymere oder das Homopolymere Fasern ergeben würden, die eine Reißfestigkeit und Zähfestigkeit aufweisen, die größer ist als die Reißfestigkeit und Zähfestigkeit der aus dem PPD-T-Homopolymeren hergestellten Fasern.
  • Die japanische Patentanmeldung Nr. 45401/75 (Kokai), veröffentlicht am 5. April 1984, beschreibt die Herstellung von Copoly(p-Phenylenterephtalamid/2,6-Naphthalamid), worin der Molenbruch von 2,6-Naphthalinamid 0,2 beträgt. Von den Fasern, die aus diesem Copolymeren hergestellt werden, wird hier berichtet, daß sie Reißfestigkeiten und Module aufweisen, die niedriger liegen als die Reißfestigkeit und Module der Fasern, die aus dem PPD-T-Homopolymeren hergestellt werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Garn bereitgestellt aus Fasern, die hergestellt werden aus aromatischem Polyamid, bestehend im wesentlichen aus Copoly(p-Phenylenterephtalamid/ 2,6-Naphthalamid), worin der Molenbruch von 2,6-Naphthalamid 0,005 bis 0,10 beträgt. Die Reißfestigkeit des erfindungsgemäßen Garns ist größer als 25,7 g pro Denier (gpd) (23,1 dN/tex), und die Zähfestigkeit der erfindungsgemäßen Fasern ist größer als 0,417 gpd (0,375 dN/tex). Ein besonders geeignetes erfindungsgemäßes Garn ist ein Garn mit einer Reißfestigkeit von über 0,45 gpd (0,406 dN/tex), und die Zähfestigkeit ist größer als 26,9 gpd (24,0 dN/tex). Die Zähfestigkeit der Garne, die aus den erfindungsgemäßen Fasern hergestellt werden, ist größer als die Zähfestigkeit von Garnen derselben Dimensionen, die durch dieselben Verfahren hergestellt werden, jedoch unter Verwendung von homopolymerem Poly(p-Phenylenterphthalamid). Ferner entspricht die Reißfestigkeit der Garne, die aus den erfindungsgemäßen Fasern hergestellt werden, mindestens der von Garnen, die aus dem Homopolymeren hergestellt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Garne, die mit dem Copoly(p-Phenylenterephtalamid/2,6-Naphthalamid) und unter Verwendung von Spinndüsen mit geradwandigen Spinnkapillaren hergestellt werden, zeigen eine Reißfestigkeit und Zähfestigkeit, die größer sind als die Reißfestigkeit und Zähfestigkeit von Fasern, die mit dem PPD-T-Homopolymeren hergestellt werden, wenn der Molenbruch von 2,6-Naphthalamid bis zu etwa 0,085 beträgt. Solche erfindungsgemäßen Garne zeigen, wenn sie unter Verwendung von Spinndüsen mit konischen Spinnkapillaren hergestellt werden, eine Reißfestigkeit und Zähfestigkeit, die größer sind als die Reißfestigkeit und Zähfestigkeit von Garnen, die mit dem PPD-T-Homo-polymeren hergestellt werden, wenn der Molenbruch von 2,6-Naphthalamid bis zu etwa 0,094 beträgt. Eine untere Grenze von 0,005 für den Molenbruch von 2,6-Naphthalamid wird als praktische minimale Menge für die Zwecke der Erfindung angesehen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Fig. 1 ist eine Darstellung einer konischen Kapillar- Spinndüse, die für die Praxis der Erfindung geeignet ist.
  • Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Reißfestigkeit und Molenbruch von 2,6-Naphthalamid unter Verwendung einer geradwandigen Spinndüse.
  • Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Zähfestigkeit und Molenbruch von 2,6-Naphthalamid unter Verwendung einer geradwandigen Spinndüse.
  • Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Reißfestigkeit und Molenbruch von 2,6-Naphthalamid unter Verwendung von konischen Spinndüsen.
  • Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Zähfestigkeit und Molenbruch von 2,6-Naphthalamid unter Verwendung von konischen Spinndüsen.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Das wie zuvor erwähnte erfindungsgemäße Polyamid-Garn ist ein Copolymeres aus p-Phenylendiamin und einer Kombination aus Terephthaloylchlorid und 2,6-Naphthalindicarbonylchlorid. Das Copolymere ist statistisch und die Garne können die üblicherweise verwendeten Additive, wie Farbstoffe, Füllstoffe, Mattierungsmittel, Stabilisatoren, Antioxidantien und dergleichen, enthalten.
  • Garn bedeutet ein Multifilament-Garn aus kontinuierlichen Filamenten oder Fasern mit jeweils vorzugsweise einer linearen Dichte von 0,5 bis 6 Denier/Filament (dpf) (0,55 bis 6,67 dtex/Filament), mehr bevorzugt zwischen 0,5 und 3 dpf (0,55 und 3,33 dtex/Filament). Unter etwa 0,5 dpf (0,55 dtex/Filament) kann die Spinnkontinuität bei praktischen Geschwindigkeiten nicht aufrechterhalten werden, und oberhalb von etwa 6 dpf (6,67 dtex/Filament) wird die Geschwindigkeit der Lösungsmittelextraktion langsamer, was zu strukturellen Ungleichmäßigkeiten in den Filament- Querschnitten und verringerten Zugeigenschaften führt. Von 3 bis 6 dpf (3,33 und 6,67 dtex/Filament) neigen die Zugeigenschaften auch dazu, abzunehmen, bleiben jedoch für viele Anwendungen, wo höchste Reißfestigkeiten nicht erforderlich sind, geeignet. Garne besitzen vorzugsweise ein Denier von so niedrig wie 20 (22,2 dtex) bis über 2000 (2222 dtex).
  • Das Copolymere kann zweckmäßigerweise gemäß irgendwelchen gut bekannten Polymerisationsverfahren hergestellt werden, wie gemäß denen, die in der U.S. 3 063 966 und der U.S. 3 869 429 beschrieben werden. Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Copolymeren umfaßt Auflösen von 1 mol p-Phenylendiamin in einem Lösungsmittelsystem, das etwa l mol Calciumchlorid und etwa 2,5 l N-Methyl-2-pyrrolidon enthält, und dann Zugeben eines Gemisches aus insgesamt 1 mol Terephthaloylchlorid und 2,6-Naphthalindicarbonylchlorid unter Rühren und Abkühlen. Die Zugabe der Disäurechloride erfolgt im allgemeinen in zwei Stufen. Bei der ersten Zugabestufe werden etwa 25 bis 35 Gew.-% der Gesamtmenge zugegeben, wobei die zweite Zugabestufe stattfindet, nachdem das System etwa 15 Minuten lang gemischt worden ist. Das System wird nach der zweiten Zugabestufe gekühlt, um die Temperatur unter etwa 75ºC zu halten. Unter den Kräften des fortgesetzten Rührens geliert das Copolymere und zerkrümelt dann. Nach mindestens 30 Minuten wird das resultierende krümelige Copolymere mehrere Stunden lang ohne Rühren stehen gelassen und wird dann mehrere Male in Wasser gewaschen und in einem Ofen bei etwa 100-150ºC getrocknet. Weitere erfindungsgemäße Copolymere können gemäß dem oben erläuterten Verfahren hergestellt werden, wenn der Molenbruch von 2,6-Naphthalindicarbonylchlorid, bezogen auf die Gesamtmenge der Säurechloride, 0,01 bis 0,10 beträgt.
  • Das Molekulargewicht des Copolymeren hängt von mehreren Bedingungen ab. Beispielsweise sollten, um ein hochmolekulares Polymeres zu erhalten, Reagentien und Lösungsmittel frei von Verunreinigungen sein, und der Wassergehalt des gesamten Reaktionssystem sollte so niedrig wie möglich sein - mindestens weniger als 0,03 Gew.-%. Vorsicht ist geboten, um im wesentlichen gleiche Molmengen Diamin und Disäurechlorid zu verwenden, um ein Copolymeres mit höchstem Molekulargewicht zu gewährleisten.
  • Die erfindungsgemäßen Copolymere können auch durch kontinuierliche Polymerisation hergestellt werden. Weitere Lösungsmittel, wie Tetramethylenharnstoff, Dimethylacetamid und Hexamethylphosphoramid allein oder in Kombination mit N- Methyl-2-pyrrolidon, können verwendet werden. Während es bevorzugt sein kann, daß organische Salze zu den Lösungsmitteln zugegeben werden, um die Beibehaltung einer Lösung der Copolymeren wie sie gebildet wird zu unterstützen, wurde gefunden, daß quaternäre Ammoniumsalze auch wirksam sind, um das Copolymere in Lösung zu halten. Beispiele für geeignete quaternäre Ammoniumsalze schließen ein: Methyl-tri-n-butylamoniumchlorid, Methyl-tri-n-propyl-ammoniumchlorid, Tetran-butylammoniumchlorid und Tetra-n-propylammoniumchlorid.
  • Die erfindungsgemäßen Garne werden durch Extrudieren einer Spinnlösung des Copolymeren durch Trockendüsen-Naßspinnverfahren hergestellt, wie durch die, die beispielsweise in der U.S. 3 767 756 beschrieben sind.
  • Ein Spinnlösung kann hergestellt werden, indem eine passende Menge des Copolymeren in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst wird. Schwefelsäure, Chlorschwefelsäure, Fluorschwefelsäure und Gemische dieser Säuren können als geeignete Lösungsmittel bezeichnet werden. Schwefelsäure ist das am meisten bevorzugte Lösungsmittel und sollte im allgemeinen bei einer Konzentration von 98 Gew.-% oder mehr verwendet werden, um eine übermäßige Zersetzung des Copolymeren zu vermeiden. Es wurde jedoch bestimmt, daß zunehmende Molenbrüche von 2,6-Naphthalamid die Verwendung von weniger konzentrierter Schwefelsäure ermöglichen. Beispielsweise sollte bei einem Molenbruch von 0,01 die Schwefelsäure mindestens 98%ig sein. Jedoch kann bei einem Molenbruch von 0,10 die Schwefelsäure so niedrig wie 96%ig sein. Das Copolymere sollte in der Spinnlösung in einer Menge von mindestens 40, vorzugsweise von mehr als 43 g, des Copolymeren pro 100 ml Lösungsmittel aufgelöst werden. Die Dichten bei 25 ºC der sauren Lösungsmittel sind wie folgt: 98% H&sub2;SO&sub4;, 1,83 g/ml; HSO&sub3;Cl, 1,79 g/ml und HSO&sub3;F, 174 g/ml.
  • Vor der Herstellung der Spinnlösung sollten das Copolymere und die anderen Bestandteile sorgfältig getrocknet werden, vorzugsweise bis weniger als 1 Gew.-% Wasser. Das Copolymere und das Lösungsmittel sollten unter trockenen Bedingungen kombiniert werden. Die Spinnlösung sollte unter trockenen Bedingungen aufbewahrt werden. Vorsicht ist geboten, damit atmosphärische Feuchtigkeit ausgeschlossen wird. Die Spinnlösungen sollten gemischt und während des Spinnverfahrens bei einer so niedrigen Temperatur gehalten werden, wie sie praktisch ist, um sie flüssig zu halten, um die Zersetzung des Copolymeren zu verringern. Die Exposition der Spinnlösungen gegenüber Temperaturen von über 90ºC sollte auf ein Minimum beschränkt werden.
  • Die Spinnlösung kann, wenn sie einmal hergestellt ist, sofort verwendet, oder für eine zukünftige Verwendung aufbewahrt werden. Wird sie aufbewahrt, wird die Spinnlösung vorzugsweise eingefroren und in fester Form unter Inertatmosphäre, wie unter trockener Stickstoffdecke, aufbewahrt. Wenn die Spinnlösung sofort verwendet werden soll, kann sie zweckmäßigerweise kontinuierlich hergestellt und direkt in die Spinndüsen eingespeist werden. Eine kontinuierliche Herstellung und sofortige Verwendung beschränken die Zersetzung des Copolymeren während des Spinnverfahrens auf ein Minimum.
  • Die Spinnlösungen sind typischerweise bei Raumtemperatur fest. Beispielsweise kann eine Spinnlösung von 19,5 g des Copolymeren mit einer logarithmischen Viskositätszahl von 6,5 und einem Molenbruch für 2,6-Naphthalamid von 0,05 bei 80ºC in 80,5 g 100%iger Schwefelsäure eine Kompressionsviskosität von etwa 1000 poise aufweisen und verfestigt sich bei etwa 65ºC zu einem lichtundurchlässigen Feststoff. Die Kompressionsviskosität der Spinnlösungen, die mit einem bestimmten Copolymeren hergestellt worden sind, nimmt mit dem Molekulargewicht des Copolymeren bei gegebenen Temperaturen und Konzentrationen zu.
  • Die Spinnlösungen können im allgemeinen bei irgendeiner Temperatur, bei der sie flüssig genug sind, extrudiert werden. Da der Zersetzungsgrad von Zeit und Temperatur abhängt, ist es wichtig, daß die Temperaturen unter etwa 100ºC liegen. Temperaturen unter etwa 90ºC werden bevorzugt, und Temperaturen von etwa 75 bis 85ºC werden im allgemeinen verwendet. Wenn aus irgendeinem Grund höhere Temperaturen erforderlich oder gewünscht sind, sollte die Verarbeitungsapparatur so gebaut sein, daß die Spinnlösung den höheren Temperaturen für eine möglichst kurze Zeit ausgesetzt wird.
  • Spinnlösungen, die verwendet werden, um die erfindungsgemäßen Garne herzustellen, sind optisch anisotrop, d. h. die mikroskopischen Bereiche einer Spinnlösung sind doppelbrechend, und ein Produktionsmuster der Spinnlösung depolarisiert planpolarisiertes Licht, da die Lichtübertragungseigenschaften der mikroskopischen Bereiche der Spinnlösung sich mit der Richtung ändern. Es wird angenommen, daß es wichtig ist, daß die erfindungsgemäß verwendeten Spinnlösungen zumindest teilweise anisotrop sein müssen.
  • Unter den aromatischen Gruppierungen, die entweder coaxiale oder entgegengesetzte und parallele kettenverlängernde Bindungen aufweisen, die zur Copolymerisation mit Paraphenylendiamin und Terephthaloylchlorid in Erwägung gezogen worden sind, ist 2,6-Naphthaloylchlorid in sofern einzigartig, daß in dem Molenbruchbereich von 0,005 bis 0,100 2,6-Naphthalamid die Reißfestigkeit der aus dem Copolymeren hergestellten Garne mindestens der der Garne entspricht, die aus dem PPD-T-Homopolymeren hergestellt werden und daß im allgemeinen die Zähfestigkeit viel größer ist als es vorausgesehen werden konnte. Solche Vergleiche werden unter im wesentlichen identischen Herstellungsbedingungen durchgeführt und unter Verwendung von hochmolekularer Polymeren, d. h. Polymere mit logarithmischen Viskositätszahlen von mindestens 5,5 dl/g. Die Copolymerisation ist im allgemeinen als Weg bekannt, um die Zähfestigkeit des Garns zu erhöhen, sie ist jedoch im allgemeinen nicht so wirksam, wenn so wenig Copolymeres verwendet wird und wenn wenig oder keine Verringerung des ursprünglichen Elastizitätsmoduls stattgefunden hat. Überraschenderweise behält das erfindungsgemäße copolymere Garn das hohe Modul trotz einer beträchtlichen Zunahme der Reißfestigkeit bei.
  • Spinndüsen - die erfindungsgemäßen Garne können mit Spinndüsen hergestellt werden, die gerade Wände aufweisen, und recht überraschend, können mit konischen Kapillar- Spinndüsen Garne hergestellt werden, die sogar eine noch stärkere Verbesserung ausweisen.
  • Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Darstellung im Teilquerschnitt eines Spinndüsenblockes ist, der für die Erfindung geeignet ist.
  • "Konische Kapillarspinndüse" bedeutet eine Spinndüse mit mehreren Öffnungen 10, die sich von Eintrittsoberfläche 20 bis zu Austrittsfläche 22 erstrecken. Jede Öffnung 10 umfaßte entlang Flußrichtung 11 eine zylindrische Aussparung 12, einen Einführkegel 14 und eine Spinnkapillare 16. Die Spinnkapillare ist coaxial mit Einführkegel 14 angeordnet und umfaßt mindestens einen sich konisch verjüngenden Teil 16a. Spinnkapillare 16 umfaßt gegebenenfalls einen zylindrischen Austrittsteil 16b mit einem L/D-Verhältnis von etwa 1,0, worin L für die axiale Länge von Teil 16b und D für den Durchmesser von dessen Öffnung 18 in Austrittsfläche 22 steht. Jede konische Spinnkapillare der Beispiele hier besitzt einen zylindrischen Austrittsteil 16b mit L/D von etwa 1,0, eine Gesamtlänge Lt (16a + 16b), einen Durchmesser D (bei 18) und einen eingeschlossenen Winkel R des konischen Eintrittsteils 16a, wie in der Tabelle unten angegeben. Wo der Kapillartyp als gerade definiert ist, ist die ganze Kapillare mit konstantem Durchmesser zylindrisch, entsprechend Endaustrittsöffnung 18. Die Kegelwinkel R liegen im Bereich von 5 bis 20º, wobei 9 bis 15º bevorzugt werden. Der gesamte eingeschlossene Winkel α von Einführkegel 14 muß über 30º liegen und beträgt aus Gründen der Gerätezweckmäßigkeit entweder 45 oder 60º. Die Löcher von 18 müssen nicht rund sein. Sie können oval oder schlitzförmig oder sogar rechteckig sein. Die Löcher sind im allgemeinen rund und besitzen im allgemeinen einen Durchmesser von etwa 0,025 bis 0,13 mm (1-5 mil). Das Verhaltnis von Länge zu Durchmesser beträgt im allgemeinen etwa 1 bis soviel wie 10.
  • Tests und Definitionen von Polymer- und Garnqualitäten, die zur Beschreibung der Erfindung geeignet sind, lauten wie folgt:
  • logarithmische Viskositätszahl (IV) - Die logarithmische Viskositätszahl ist definiert durch
  • worin c für die Konzentration steht (0,5 g Polymeres oder Garn in 100 ml Lösungsmittel), hrel ist das Verhältnis der Fließzeiten von Polymerlösung und Lösungsmittel, wie bestimmt bei 30ºC in einem Kapillarviskosimeter. Für alle logarithmischen Viskositätszahlen, die hier angegeben sind, ist das Lösungsmittel konzentrierte Schwefelsäure (95-98 Gew.-% H&sub2;SO&sub4;).
  • lineare Dichte - Der Standard für die lineare Dichte ist hier Denier (D), ausgedrückt als Gewicht in Gramm einer Länge von 9000 m und berechnet aus dem gemessenen Gewicht einer kürzeren Länge (beispielsweise 90 cm). Die lineare Dichte in SI-Einheiten ist dtex und wird aus der folgenden Gleichung berechnet
  • dtex = 1,111(D).
  • Zugeigenschaften (T/E/M) - Bruchzähigkeit (T), Prozent Ausdehnung (E) und Anfangsmodul (M) für die Garne werden berechnet aus dem Ergebnis eines digitalen Spannungs-/ Dehnungs-Labortestgerätes gemäß ASTM D2101, Teil 25, 1968, wie beschrieben in der U.S.-Patentschrift Nr. 3 869 429 von Spalte 10, Zeile 60 bis Spalte 11, Zeile 28, unter Anwendung einer Testgeschwindigkeit von 50% Dehnung pro Minute. Wenn nicht anders angegeben, bedeutet "Reißfestigkeit" die Bruchzähigkeit des Garns und "Modul" bedeutet Anfangsmodul des Garns. Sowohl T als auch M werden zunächst in den Einheiten Gramm pro (Anfangs-)Denier bestimmt und werden dann durch Multiplikation mit 0,8838 in die SI-Einheiten (dN/tex) umgerechnet.
  • Zähfestigkeit (To) - "Zähfestigkeit" ist ein Maß für die Fähigkeit des Garns, Energie zu absorbieren bis zu seinem Punkt, wo der Zug-Dehnungs-Test versagt (derselbe wie für die "Zugeigenschaften" oben). Die Fläche (A) unter der Zug- Dehnungskurve bis zum Reißpunkt wird gemessen, wobei im allgemeinen ein Planimeter verwendet wird, so daß die Fläche in sqin. angegeben wird. Denier (D) ist definiert wie oben unter "lineare Dichte" beschrieben. Die Zähfestigkeit (To) wird berechnet als:
  • To = A x (FSL/CFS) (CHS/CS) (1/D) (1/GL)
  • worin FSL = Last in Gramm, Maßstab 1 : 1
  • CFS = Diagramm, Maßstab 1:1 in Inches.
  • CHS = Umlenkkopf-Geschwindigkeit in in/min
  • CS = Diagramm-Geschwinigkeit in in/min
  • GL = abgemessene Länge des Testkörper in Inches.
  • Die digitalisierten Zug-Dehnungs-Daten könne natürlich in einen Computer eingegeben werden, um die Reißfestigkeit direkt zu berechnen. Das Ergebnis ist To in g/Denier. Eine Multiplikation mit 0,8838 wandelt es dN/tex um. Wenn die Einheiten der Länge immer gleich sind, rechnet die obige Gleichung To in Einheiten aus, die nur von denen bestimmt werden, die für Kraft (FSL) und D gewählt werden.
  • Dichte - Die Faserdichte wird unter Verwendung eines Dichtegradientenrohres bestimmt, im wesentlichen wie beschrieben in ASTM D-1505-68, und wird gut verstanden. Die Dichegradienten-Reihen werden hergestellt wie beschreiben von Tung und Taylor, J. Poly. Sci. 21 144 (1956). Tetrachlorkohlenstoff (p.a.) und n-Heptan (99%), die beide zuerst mindestens 24 Stunden lang über Kieselsäure getrocknet werden, sind die verwendeten Lösungsmittel. Geeichte "Schwimmkörper" aus hohlen Pyrex-Kugeln werden als Dichteanzeiger eingesetzt, wobei ihre Eichungen auf 0,0002 Dichteeinheiten (g/ml) genau sind. Keiner der beiden Schwimmer, der die zu testende Faser umklammert, sollte sich mehr als 5 cm oberhalb oder unterhalb des Testkörpers befinden.
  • Reibungswinkel - Beim Reiben von Garn, indem es um ein Paar von Führungen geleitet wird, ist der "Reibungswinkel", die Winkeländerung in Richtung zwischen der Eintrittsrichtung des Garns und der Richtung des Garns, während es zwischen den Führungen hindurchläuft. Für mehr als zwei Führungen werden für jeweils aufeinanderfolgende Paare von Führungen die getrennten Reibungswinkel berechnet.
  • Spinndüsen-Geometrie - Jede der Spinndüsen, die in den Beispielen hier verwendet wird, war eine Scheibe von 1,0 in. (2,54 cm) Durchmesser und einer Dicke von 0,120 in. (0,305 cm) mit 40 Spinnöffnungen. Jede Spinnöffnung umfaßte entlang der Spinnrichtung eine Aussparung von 20 mil. (0,508 mm) mit einem Einführkegel von 45 (gesamter eingeschlossener Winkel) durch dessen Mitte die letzte Spinnkapillare bereitgestellt wurde. Die folgende Tabelle beschreibt die Geometrie jeder Spinnkapillare. Der Durchmesser ist für die letzte Austrittsöffnung angegeben. Für die Beispiele hier betrug er 2,0 mil. (0,051 mm). Wo somit diese Kapillaren in den Beispielen eingesetzt werden, werden sie nur mit den Kapillarnummern bezeichnet. Kapillar-Geometrie Kapillar Nr. Typ Kegelwinkel Länge
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • In den folgenden Beispielen finden sich Beschreibungen von vielen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. Es werden Fasern gesponnen, indem Spinnlösungen von Copoly(p-Phenylenterephthalamid/2,6-Naphthalamid) verwendet werden, die innerhalb und außerhalb des Umfangs der Erfindung liegen, und als Vergleich, indem Spinnlösungen des PPD-T-Homopolymeren verwendet werden. Um eine geeignete Grundlage zum Vergleich beizubehalten, wurden alle Spinnlösungen in sämtlichen Beispielen der Erfindung bei einer Konzentration der Polymer-Feststoffe innerhalb desselben Bereiches gehalten wie die Polymer-Feststoffkonzentrationen der Spinnlösungen unter Verwendung des PPD-T-Homopolymeren. Der Bereich der Konzentrationen der homopolymeren PPD-T-Polymerfeststoffe, die verwendet wurden, um Fasern zu spinnen, ist recht begrenzt, von 19,4 bis 20,1 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Spinnlösungsystem. Es sollte erkannt werden, daß die erfindungsgemäßen Copolymere in dem Lösungsmittelsystem der Spinnlösung löslicher sind als PPD-T und darum in den Spinnlösungen erfolgreich in höheren Konzentrationen verwendet werden können.
  • Die Werte für Reißfestigkeit und Zähfestigkeit der in den folgenden Beispielen hergestellten Fasern wurden bestimmt und sind in den Tabellen angegeben, die Teil der Beispiele sind. Sie sind auch in den graphischen Darstellungen, die Teil der Fig. 2-5 sind, dargestellt. In den Beispielen wurden oft mehrere Spinndurchgänge bei einem gegebenen Satz von Spinnbedingungen durchgeführt. Für die graphischen Darstellungen wurde ein Durchschnitt der Fasereigenschaften bei jedem Lauf für jeden Punkt in den Figuren verwendet.
  • Die Datenpunkte in Fig. 2 wurden den Beispielen 1, 2 und 3 entnommen. Die gezeigte Kurve ist eine Regressionsanpassung vierter Ordnung an die Daten. Für die Fasern, die in diesen Beispielen unter Verwendung von Spinndüsen mit geradem Kanal hergestellt worden sind, zeigt das PPD-T-Homopolymere eine Zähfestigkeit von 25,7 gpd. Die Zähfestigkeiten für die Fasern, die unter Verwendung des Copolymeren hergestellt worden sind, steigen bei einem Molenbruch von 0,04 26N auf etwa 26,7 gpd, und fallen dann bei einem Molenbruch von 0,085 26N auf den Wert des Homopolymeren ab.
  • Die Datenpunkte in Fig. 3 wurden ebenfalls den Beispielen 1, 2 und 3 entnommen. Die gezeigte Kurve ist eine Regressionsanpassung vierter Ordnung an die Daten. Für die Fasern, die in diesen Beispielen unter Verwendung von Spinndüsen mit geradem Kanal hergestellt worden sind, zeigt das PPD-T-Homopolymere eine Reißfestigkeit von 0,412. Die Reißfestigkeiten für die Fasern, die unter Verwendung des Copolymeren hergestellt worden sind, nehmen bei einem Molenbruch von 0,085 26N auf etwa 0,513 zu und fallen dann bei einem Molenbruch von 0,20 26N auf den Wert des Homopolymeren ab.
  • Die Datenpunkte in Fig. 4 wurden den Beispielen 5, 6 und 7 entnommen. Die gezeigte Kurve ist eine Regressionsanpassung vierter Ordnung an die Daten. Für Fasern, die in diesen Beispielen unter Verwendung konischer Spinndüsen hergestellt worden sind, zeigt das PPD-T-Homopolymere eine Zähfestigkeit von 26,7 gpd. Die Zähfestigkeiten für die Fasern, die unter Verwendung des Copolymeren hergestellt worden sind, nehmen bei einem Molenbruch von 0,04 26N auf etwa 27,8 gpd zu und fallen dann bei einem Molenbruch von 0,093 26N auf den Wert des Homopolymeren ab.
  • Die Datenpunkte in Fig. 5 wurden ebenfalls den Beispielen 5, 6 und 7 entnommen. Die gezeigte Kurve ist eine Regressionsanpassung vierter Ordnung an die Daten. Für Fasern, die in diesen Beispielen unter Verwendung konischer Spinndüsen hergestellt worden sind, zeigt das PPD-T-Homopolymere eine Reißfestigkeit von 0,460. Die Zähfestigkeiten für die Fasern, die unter Verwendung des Copolymeren hergestellt worden sind, nehmen bei einem Molenbruch von 0,090 26N auf etwa 0,562 zu und fallen dann bei einem Molenbruch von 0,175 26N auf den Wert des Homopolymeren ab.
  • Beispiel A - Polymerherstellung
  • In diesem Beispiel wurde unter Anwendung von Molenbrüchen 2,6-Naphthalamid im Bereich von 0,01 bis 0,20 Copolymere hergestellt. Das para-Phenylenterephthalamid-Homopolymere wurde zum Testen als Kontrolle hergestellt. Tabelle 1 gibt Auflistungen der speziellen Mengen der Bestandteile für jeden Polymerisationsversuch wider.
  • Um das Polymere herzustellen, wurde ein Reaktionsgefäß, das ausgerüstet war zum Rühren, Kühlen und zum Spülen mit Stickstoff, mit trockenem N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) und trockenem Calciumfluorid beschickt. Die Charge wurde etwa 15 Minuten lang bei etwa 12ºC gerührt. p-Phenylendiamin (PPD) wurde zugegeben, und das Rühren wurde für etwa 3 Stunden ohne zusätzliches Kühlen fortgesetzt, um das PPD aufzulösen. Die Lösung wurde auf etwa 5ºC gekühlt, und unter kontinuierlichem Kühlen und kräftigem Rühren wurden etwa 35% des gesamten Terephthaloylchlorids (TCl) und 2,6-Naphthaloylchlorids (26NCl) während etwa 10 Minuten zugegeben, um ein Präpolymeres herzustellen. Nach fortgesetztem kräftigem Rühren für etwa 5 Minuten und keinem weiteren Kühlen wurde der Rest des Säurechlorids zugegeben und 7 bis 10 Minuten lang unter Kühlen gerührt, um eine Temperatur von weniger als 75ºC beizubehalten, bis das System gelierte und krümelig wurde. Die gelierte Masse wurde gerührt und etwa 60 Minuten lang unter Kühlen, welches ausreichte, um die Temperatur unter 75ºC zu halten, geschnitten. Die resultierende Masse der Krümel wurde etwa 16 Stunden absetzen gelassen, bevor sie weiterverarbeitet wurde.
  • Die Masse der Krümel wurde von NMP und Salzen freigewaschen, indem die Masse mit weichem Wasser, das 20 bis 30 mal ausgetauscht wurde, vermischt wurde, und indem der letzte Waschvorgang auf pH 7 vor dem Abtropfen eingestellt wurde. Die Krümel des Polymeren wurden in einem Ofen bei 105ºC getrocknet. Die logarithmische Viskositätszahl der Polymermasse wurde bestimmt und ist in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Polymeres Molenbruch Polymermasse
  • Beispiel B - Herstellung der Spinnlösung
  • In diesem Beispiel wurden die Polymere aus Beispiel A verwendet, um Spinnlösungen herzustellen, indem die Krümel des Polymeren zu gefrorenem Schwefelsäure-Schnee gegeben wurden, der bei einer Temperatur von -10 bis -15ºC gehalten wurde. Die Schwefelsäure besaß eine Konzentration von 99,5 bis 100,05 und war in einem ummantelten verschließbaren Mixer enthalten, der Doppelklingen in konisch schraubenförmiger Anordnung sowie eine Austrittsräderpumpe aufwies. Der Mixer wurde fest verschlossen und gestartet. Das Mischen wurde etwa 2 Stunden lang fortgesetzt, während die Temperatur auf etwa 80ºC erhöht wurde. Die resultierende Lösung wurde vor dem Spinnen etwa 1-1/2 Stunden unter Vakuum entgast. Eine Probe wurde entnommen, gewogen, coaguliert und gut mit Wasser gewaschen, in einem Vakuumofen getrocknet und gewogen, um die polymeren Feststoffe als Prozent Polymeres in der Spinnlösung zu bestimmen. Tabelle 2 ist eine Aufstellung der Gewichte des Lösungsmittels und des Polymeren in jeder Spinnlösung und darüber, welches der Polymere aus Beispiel A verwendet wurde. Tabelle 2 Lösung Nr. Polymeres Nr. Schwefelsäure (Gewichtsteile) Polymeres Polymer-Feststoffe Spinnlösungen 2,6-Naphthalamid/Terephthalamid Tabelle 2 (Fortsetzung) Lösung Nr. Polymeres Nr. Schwefelsäure (Gewichtsteile) Polymeres Polymer-Feststoffe Spinnlösungen Tabelle 2 (Fortsetzung) Lösung Nr. Polymeres Nr. Schwefelsäure (Gewichtsteile) Polymeres Polymer-Feststoffe Spinnlösungen
  • Beispiel C - Spinngarne
  • In diesem Beispiel wurden Spinnlösungen aus Beispiel B verwendet, um Garne zu spinnen, indem die heißen Spinnlösungen mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 g/min. aus dem Mixer durch erwärmte Transferleitungen und durch einen Spinnblock, der auf etwa 75 bis etwa 85ºC erwärmt war, geleitet wurden. Die Spinnlösung wurde stromabwärts von einer 2,5 cm- Spinndüse durch einen Luftspalt von 0,5 cm in ein konstant nachgefülltes kaltes (etwa 0 bis 8ºC) Wasserbad mit einem damit verbundenen vertikalen Spinnrohr (1,9 cm I.D. mit einer Eintrittsverengung von 0,64 cm I.D.; 30,5 cm Länge), das sich in das Bad etwa 3,2 cm unter die Wasseroberfläche hinein erstreckte, extrudiert. Das teilweise coagulierte Extrudat passierte die 3,2 cm Wasser und trat dann in die Spinndüse zusammen mit einem Teil des kalten Wasserbades ein. Der abgekühlte Fadenlauf lief dann unter einem Keramikstab hindurch, der etwa 63,5 cm vom Ausgang des Spinnrohres entfernt war, um den Fadenlauf zu drei aufeinanderfolgende Anordnungen von Wasch-/Neutralisationswalzen zu leiten, die mit etwa 183 mpm angetrieben wurden. Das Garn wanderte etwa 76 cm von dem Keramikstab zu der ersten Anordnung von Waschwalzen, auf denen das Garn mit Wasser besprüht wurde, um fast die gesamte Schwefelsäure zu entfernen. Auf der zweiten Anordnung von Walzen wurde das Garn mit verdünnter (0,5%) NaOH besprüht, um jegliche restliche Schwefelsäure zu neutralisieren. Schließlich wurde das Garn auf der dritten Anordnung von Walzen erneut mit Wasser besprüht, um Salze zu entfernen. Das gereinigte Garn wurde auf Spulen aufgewickelt und bei Raumtemperatur getrocknet.
  • Beispiel 1
  • In diesem Beispiel wurden die Homopolymer-Flüssigkeiten aus Beispiel B gemäß dem Verfahren aus Beispiel C zu Homopolymer-Garnen gesponnen, indem eine Spinndüse mit geradem Kanal (Kapillarität Nr. 1) verwendet wurde. Die Produkt- Eigenschaften der verschiedenen Flüssigkeiten sind in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3 Nummer Spinnlösung Denier Garn Durchschnitt
  • Beispiel 2
  • In diesem Beispiel wurden die Spinnlösungen aus Beispiel B durch das Verfahren von Beispiel C aus Copolymeren mit einem Molenbruch von 0,01 bis 0,100 26N gesponnen, indem eine Spinndüse mit geradem Kanal verwendet wurde (Kapillarität Nr. 1). Die Garneigenschaften sind in Tabelle 4 aufgelistet. Tabelle 4 Nummer Spinnlösung Denier Garn Molenbruch 2,6-Naphthalamid Durchschnitt Tabelle 4 (Fortsetzung) Nummer Spinnlösung Denier Garn Molenbruch Durchschnitt
  • Beispiel 3
  • In diesem Beispiel wurden die Spinnlösungen aus Beispiel B mit einem Molenbruch von 0,125 und 0,20 26N gesponnen, indem eine Spinndüse mit geradem Kanal verwendet wurde (Kapillarität Nr. 1). Das Spinnverfahren von Beispiel C wurde verwendet, außer daß das Garn über Straffungsstifte laufen mußte, um dem Fadenlauf genügend Spannung zu verleihen, so daß er auf den Waschwalzen und zur Ermöglichung eines kontinuierlichen Betriebs stabil war. Einige Spinnlösungen konnten für einen kurzen Zeitraum ohne Straffung oder mit nur leichter Straffung (< 90º) gesponnen werden, andere jedoch erforderten eine wesentliche Straffung (> 90 ºC), um eine gute Spinnkontinuität zu erzielen. Diese letzteren Spinnvorgänge sind in Tabelle 5 mit (S) bezeichnet. Die Garneigenschaften sind in Tabelle 5 aufgeführt. Die Werte für die durchschnittliche Reißfestigkeit liegen weit unter 25 gpd. Tabelle 5 Nummer Spinnlösung Denier Garn Molenbruch Durchschnitt
  • Beispiel 4
  • In diesem Beispiel wurde ein Homopolymer-Spinnlösung, 2B aus Beispiel B, durch mehrere Spinndüsen mit konischem Kanal gemäß dem Verfahren aus Beispiel C gesponnen. Die Garneigenschaften sind für das unter Verwendung von jeder Spinndüse hergestellte Garn aufgeführt. Diese wurden kombiniert, um die durchschnittlichen Eigenschaften der Garne zu erhalten. Die Garn-Eigenschaften sind in Tabelle 6 aufgeführt. Tabelle 6 Nummer Kapillarität Nr. Denier Durchschnitt
  • Beispiel 5
  • In diesem Beispiel wurden Homopolymer-Spinnlösungen aus Beispiel B gemäß dem Verfahren aus Beispiel C durch Spinndüsen mit konischem Kanal gesponnen. Die Werte der Garneigenschaften, die für jeden Spinnlösung mit mehreren Spinndüsen erhalten worden waren, wurden bestimmt, und die gesamten Durchschnitte für alle Spinnvorgänge unter Verwendung sämtlicher Spinnlösungen wurden ebenfalls bestimmt. Die Garneigenschaften sind in Tabelle 7 aufgeführt. Tabelle 7 Nummer Spinnlösung Kapillarität Nr. Durchschnitt Gesamtdurchschnitt
  • Beispiel 6
  • In diesem Beispiel wurden die Spinnlösungen aus Beispiel B aus Copolymeren mit einem Molenbruch von 0,01 bis 0,10 26N durch verschiedene Spinndüsen mit konischem Kanal gemäß dem Verfahren von Beispiel C gesponnen. Die durchschnittlichen Werte der Garneigenschaften, die aus jeder Spinnlösung unter Verwendung der mehreren Spinndüsen erhalten worden waren, wurden bestimmt, und die Gesamtdurchschnitte für alle Spinnvorgänge unter Verwendung sämtlicher Spinnlösungen wurden ebenfalls bestimmt. Die Garneigenschaften sind in Tabelle 8 aufgeführt. Tabelle 8 Nummer Spinnlösung Kapillarität Nr. Durchschnitt Molenbruch Gesamtdurchschnitt Tabelle 8 (Fortsetzung) Nummer Spinnlösung Kapillarität Nr. Durchschnitt Molenbruch Gesamtdurchschnitt
  • Beispiel 7
  • In diesem Beispiel wurden die Spinnlösungen aus Beispiel B mit einem Molenbruch von 0,125 und 0,20 26N unter Verwendung von Spinndüsen mit konischem Kanal gesponnen. Das Spinnverfahren von Beispiel C wurde verwendet, außer daß das Garn über Straffungsstifte gezogen werden mußte, um dem Fadenlauf Stabilität auf den Waschwalzen zu verleihen und einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen. Einige Spinnlösungen konnten für eine kurze Zeit ohne Straffen oder nur mit leichtem Straffen (< 90º) gesponnen werden, andere erforderten wesentliches Straffen (> 90º), um eine gute Spinnkontinuität zu erhalten. Diese letzteren Spinnvorgänge sind in Tabelle 9 mit (S) bezeichnet. Die durchschnittlichen Werte für die Garneigenschaften, die mit den mehreren Spinndüsen aus jeder Spinnlösung erhalten worden waren, wurden bestimmt, und die Gesamtdurchschnitte für alle Spinnvorgänge unter Verwendung sämtlicher Spinnlösungen wurden ebenfalls bestimmt. Die Garneigenschaften sind in Tabelle 9 aufgeführt. Tabelle 9 Nummer Spinnlösung Kapillarität Nr. Durchschnitt Molenbruch Gesamtdurchschnitt

Claims (8)

1. Garn aus aromatischem Polyamid, bestehend im wesentlichen aus Copoly-(p-Phenylenterephthalamid/ 2,6-Naphthalamid), worin die Mol-Fraktion von 2,6-Naphthalamid 0,005 bis 0,10 beträgt.
2. Garn nach Anspruch 1, worin das Garn einzelne Filamente mit einer längenbezogenen Masse von 0,5 bis 6 Denier/ Filament (0,55 bis 6,6 d.tex/Filament) enthält und das Garn ein Denier von 20 bis 2 000 (22,2 bis 2222 d.tex) aufweist.
3. Garn nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin die Zähfestigkeit des Garnes größer ist als 0,417 gpd (0,375 dN/tex).
4. Garn nach Anspruch 3, worin die Reißfestigkeit des Garnes größer ist als 25,7 gpd (23,1 dN/tex).
5. Garn nach Anspruch 4, worin die Zähfestigkeit größer ist als 0,451 gpd (0,406 dN/tex) und die Reißfestigkeit größer ist als 26,7 (24,0 dN/tex).
6. Garn nach Anspruch 1, worin die Mol-Fraktion von 2,6-Naphthalamid 0,01 bis 0,10 beträgt und die Zähfestigkeit und Reißfestigkeit des Garnes größer sind als die Zähfestigkeit und Reißfestigkeit eines Garnes, das dieselben Dimensionen aufweist und durch dieselben Verfahren hergestellt worden ist, jedoch unter Verwendung eines Poly-(p-Phenylenterephthalamid)- Homopolymeren.
7. Verfahren zur Herstellung eines Garnes aus aromatischem Polyamid durch Extrudieren einer Spinnlösung aus einem Copolymeren durch ein Trockendüsen-Naßspinnverfahren, wobei das genannte Copolymere im wesentlichen Copoly- (p-Phenylenterephthalamid/2,6-Naphthalamid) darstellt, worin die Mol-Fraktion von 2,6-Naphthalamid 0,005 bis 0,10 beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die genannte Mol- Fraktion 0,01 bis 0,10 beträgt.
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