DE3842884C2

DE3842884C2 - Verfahren zum Herstellen von Polyesterfasern, danach hergestellte Polyesterfasern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3842884C2
Application number: DE3842884A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kurita; Yoshihiko Teramoto
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2008-12-21
Also published as: JPH01162820A; FR2624887A1; DE3842884A1; KR890010306A; FR2624887B1; KR920008540B1; JP2576555B2; US4923662A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her stellen von Polyesterfasern mit hervorragenden Zugfestig keitseigenschaften, sowie danach hergestellte Polyesterfasern und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die nach der vorliegenden Erfindung her gestellten Polyesterfasern sind insbesondere geeignet als Werkstoffe für industrielle Zwecke insbesondere als Verstär kungsmaterialien in Reifen, Bänder, Gurte, Riemen usw.

Es ist bekannt, daß hochorientierte Polyesterfasern mit niedriger spezifischer Wichte erhältlich sind durch Ziehen von Polyester bei einer Temperatur unterhalb der Glasüber gangstemperatur (vgl. Kobunshi Ronbunshu Bd. 42, S. 159-166, 1985).

Aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 169 513/83 ist ebenfalls bekannt, daß bei der Herstellung von mit hoher Geschwindigkeit gesponnenen amorphen Polyäthy lenterephthalat-Garnen zur Bereitstellung von texturierten Garnen, die extrudierten Fäden in einem unterhalb der Spinn düse angeordneten Flüssigkeitsbad abgeschreckt werden.

In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 210 590/83 ist ferner beschrieben, daß hochorientierte Poly esterfäden mit niedriger spezifischer Wichte erhältlich sind durch Strecken mittels Laserstrahlen, und daß die Zugfestig keitseigenschaften der hochorientierten Polyesterfäden mit niedriger spezifischer Wichte durch Wärmebehandlung verbes sert werden können.

Die zuvor genannten Verfahren haben Nachteile in Bezug auf deren Ausbeute, Produkteigenschaften und Installationsko sten.

Bei dem zuerst erwähnten Verfahren (vgl. Kobunshi Ronbunshu, Bd. 42, S. 159, 1985) müßten die hochorientierten Polyester fasern mit niedriger spezifischer Wichte, die bei einer Tem peratur unterhalb der Glasübergangstemperatur gezogen wer den, mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Geschwindigkeit gesponnen werden, bei der durch die Orientierung Kristalli sation auftritt, und es ist eine große Ziehvorrichtung für die industrielle Fertigung erforderlich. Dies hat eine nied rige Ausbeute und hohe Installationskosten zur Folge. Außer dem sind die Zugfestigkeitseigenschaften der nach diesem Verfahren hergestellten Garne nicht ausreichend für indu strielle Zwecke.

Das in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 169 513/83 beschriebene Verfahren betrifft die Herstellung texturierter Garne, die eine sehr hohe Schrumpffähigkeit aufweisen. Zwangsläufig sind die Zugfestigkeitseigenschaften nicht ausreichend für industrielle Zwecke. Außerdem ist die Aufwickelgeschwindigkeit höher als 5000 m/min. Deshalb sind sehr große Ausgaben für die Ausrüstung erforderlich.

Das in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 210 590/83 beschriebene Verfahren verwendet die Laserkraft zum Ziehen, um dadurch hochorientierte Polyesterfäden mit niedriger spezifischer Wichte zu erhalten. Der für dieses Verfahren benötigte Laser muß sehr leistungsfähig sein, die entsprechende Anlage ist groß, sehr teuer und sehr gefähr lich. Darüber hinaus ist eine Wärmebehandlung erforderlich, um die für industrielle Zwecke notwendigen niedrigen Schrumpfeigenschaften zu erhalten.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Herstellen von Polyesterfasern mit verbesserten Zugfestig keitseigenschaften, eine kompakte Vorrichtung mit hoher Pro duktivität und hochorientierte Polyesterfäden mit niedriger spezifischer Wichte bereitzustellen, die mit dem Verfahren und der kompakten Vorrichtung hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß die Polyesterfasern unmittelbar ohne diese zunächst auf zuwickeln, gezogen werden müssen.

Wenn hochorientierte niederkristalline Polyesterfasern vor dem Strecken zunächst aufgewickelt werden, kommt es auf der Wickelspule zur Entspannung (Relaxation der Spannung) und es treten große Unterschiede in der Garnzahl (Denier) zwischen den äußeren Lagen und den inneren Lagen der Wickelspule auf. Dies hat zur Folge, daß die Fäden der äußeren Lagen einen niedrigeren Orientierungsgrad aufweisen und selbst nachdem die Garne gezogen und wärmebehandelt wurden, die physikali schen Eigenschaften der erhaltenen Fasern in Richtung der äußeren Lagen schlechter werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Polyester fasern umfaßt Schmelzspinnen von Polyäthylenterephthalat zum Bilden von hochorientierten niederkristallinen Fasern, die direkt nach dem Spinnen der Fäden eine Doppelberechnung (Δn) und eine spezifische Wichte (SG) innerhalb der unten be zeichneten Bereiche (a) und (b) aufweisen und dann ohne Auf wickeln sofortiges Durchführen einer Zieh- und Wärmebehand lung der Fäden zwischen ersten Führungswalzen und zweiten Führungswalzen bei einem Ziehverhältnis (DR) gemäß der fol genden Formel (c):

Δn ≧ 5SG - 6.64 (a)

Δn ≧ 0.100 (b)

2.0 ≧ DR < 1.0 (c).

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Weitwinkel-Röntgenstrahlen-Beugungsbild von gezogenen Polyesterfasern, die orientiert und kri stallisiert sind,

Fig. 2 ein Weitwinkel-Röntgenstrahlen-Beugungsbild von Polyesterfasern, die hochorientiert sind, aber eine amorphe Struktur aufweisen,

Fig. 3 eine schematische Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 4(A) Interferenzstreifen eines erfindungsgemäß gespon nenen Fadens durch ein Interferenzmikroskop,

Fig. 4(B) eine schematische Darstellung eines Querschnitts des Fadens gemäß Fig. 4(A),

Fig. 5 einen Querschnitt einer erfindungsgemäß verwende ten Flüssigkeitskühlvorrichtung,

Fig. 6 die Beziehung zwischen der Doppelbrechung und der spezifischen Wichte der gesponnenen Fäden in Beispielen, Bezugsbeispielen und Vergleichsbeispielen und in der Figur, wobei E, R und C für Beispiel, Referenzbeispiel und Vergleichsbeispiel stehen, und

Fig. 7 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsge mäßen Vorrichtung zum Spinnen und Ziehen von Fä den.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die neuen Polyesterfäden, insbesondere Polyesterfäden mit einer extrem hohen Orientierung, die aber eine niederkristalline Struktur aufweisen, sofort nach dem Spinnen gezogen werden, ohne daß sie aufgewickelt werden.

Es war bekannt, daß Polyesterfasern z. B. einen hohen Grad an Kristallinität, einen hohen Schmelzpunkt und hervorragende Eigenschaften in Bezug auf Wärmebeständigkeit, chemische Be ständigkeit, Lichtbeständigkeit und Festigkeit haben. Ande rerseits sind Polyesterfasern, die eine hohe Orientierung, aber eine sehr niedrige Kristallinität aufweisen besonders selten.

Die Polyester, die die erfindungsgemäßen Polyesterfäden bil den, sind hauptsächlich zusammengesetzt aus Äthylen terephthalateinheiten und für gewöhnlich sind es Polyester mit 85 Molprozent oder mehr Äthylenterephthalateinheiten, oder Homopolyester oder Mischungen dieser Polyester. Außer Terephthalsäure und Äthylenglykol können folgende copolymere Komponenten genannt werden: Isophthalsäure, 2,6-Naphthalin dicarbonsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Oxalsäure, Diäthy lenglykol, Propylenglykol, Cyclohexandimethanol, P-Oxyben zoesäure, Metallsalze der 3,5-Di(carbomethoxy)-benzolsul fonsäure, oder Derivate dieser Verbindungen. Jedoch sind sie nicht auf die vorgenannten spezifischen Beispiele begrenzt.

Die Fäden, die gemäß der vorliegenden Erfindung der Ziehbe handlung unterworfen werden, erfüllen die zuvor genannte Formel (a), d. h. die Beziehung zwischen dem Doppelbrechungs-In dex (Δn) (Parameter für den Orientierungsgrad) und die spezifische Wichte (SG) (Parameter für die Kristallinität) und zur gleichen Zeit erfüllen sie die Formel (b), d. h. die Doppelbrechung (Δn).

Wenn die Formel (a) nicht erfüllt wird, findet eine durch die Orientierung hervorgerufene Kristallisation statt und hochorientierte amorphe Fasern sind nicht erhältlich. Diese durch die Orientierung hervorgerufene Kristallisation kann festgestellt werden durch Untersuchen von Weitwinkel-Rönt genstrahlen-Beugungsbildern der Fäden.

Fig. 1 zeigt ein Weitwinkel-Röntgenstrahlen-Beugungsbild von gezogenen Polyesterfasern, die orientiert und kristalli siert sind. Fig. 2 ist eine Weitwinkel-Röntgenstrahlen-Beu gungsaufnahme von Polyesterfasern, die ausreichend orien tiert sind, aber eine amorphe Struktur aufweisen.

Wenn die Formel (a) erfüllt ist, wird ein Muster oder Bild wie in Fig. 1 gezeigt, bei gesponnenen Fasern nicht festge stellt, statt dessen beobachtet man ein diffuses Beugungs bild, wie in Fig. 2, das durch das amorphe Polyäthylen terephthalat entsteht. Erfindungsgemäß werden Fäden mit solch einer Struktur der Ziehbehandlung unterworfen, um da durch die verbesserten Zugfestigkeitseigenschaften zu erzie len. Verglichen mit herkömmlichen gesponnenen Materialien sind die erfindungsgemäß gesponnenen Fäden von Vorteil, da der sehr geringe Anteil an Kristallen in den gesponnenen Fä den die Ziehbehandlung nicht stört.

Die Doppelbrechung (Δn) der Fäden, die nach der vorliegen den Erfindung der Ziehbehandlung unterworfen werden, erfüllt die Formel (b) und Δn liegt vorzugsweise im Bereich von 100 × 10^-3 bis 270 × 10^-3.

Wenn Δn kleiner als 100 × 10^-3 ist, verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften der gezogenen Fäden. Andererseits wenn Δn 0,27 übersteigt, verschlechtern sich die mechani schen Eigenschaften der gezogenen Fäden außerordentlich. Die Ursache hierfür ist nicht vollständig erklärbar, vermutlich werden die Molekülketten während des Ziehens auseinanderge zogen, weil die Ketten einer zu starken Verlängerung ausge setzt werden.

Die untere Grenze für die bevorzugte spezifische Wichte (SG) der Fäden, die erfindungsgemäß dem Ziehvorgang unterworfen werden, beträgt 1,335. Fäden mit einer spezifischen Wichte von unterhalb 1,335 weisen Hohlräume auf und die mechani schen Eigenschaften der gezogenen Fäden verschlechtern sich besonders stark und derartige Fäden sind nicht erwünscht. Auch dann, wenn Fäden eine spezifische Wichte innerhalb des geeigneten Bereiches haben, aber Hohlräume aufweisen, sind solche Fäden nicht erwünscht.

Der Ziehbehandlung zugeführte Fäden gemäß der vorliegenden Erfindung haben nicht nur eine hohe Orientierung und sind amorph gemessen an Δn und SG, sondern sind ferner ge kennzeichnet durch kleine Abweichungen in ihrer Garnzahl (Denier) in der Längsrichtung des Garns.

Wenn der gleiche hohe Orientierungsgrad und Nichtkristalli nität mit einem üblichen Verfahren erreicht werden soll, bei dem die nicht-orientierten, nicht-kristallinen nicht-gezoge nen Fäden durch Spinnen bei einer niedrigen Geschwindigkeit und durch Ziehen der Fäden ohne Zufuhr von Wärme (Kaltzie hen) erhalten werden, ist ein Ziehverhältnis erforderlich, das das natürliche Ziehverhältnis weit übersteigt. Bei den auf diese Weise erhaltenen Fasern ist die Garnzahl (Denier) in der Längsrichtung des Garns extrem ungleichmäßig und diese Fasern sind kaum geeignet für eine praktische Verwen dung.

Das Kaltzieh-Verfahren von nicht-orientierten, nicht-kri stallinen und nicht-gezogenen Fadengarnen mit natürlichem Ziehverhältnis (NE) war bis zur vorliegenden Erfindung die einzige brauchbare Methode hochorientierte amorphe Garne zu erhalten. Jedoch liegt der Doppelbrechungsindex Δn, der nach diesem Verfahren erhaltenen hochorientierten amorphen Garne höchstenfalls im Bereich von 0,070 bis 0,080 und Garne deren Δn 100 × 10^-3 übersteigt, sind nicht erhält lich.

In den Fäden, die erfindungsgemäß zum Ziehen verwendet wer den, ist der Unterschied des Orientierungsgrads zwischen der Oberfläche und der Mitte des Fadens wesentlich größer als bei den hochorientierten amorphen Fäden, die durch das übli che Ziehverfahren erhalten werden. An der Oberfläche der Fä den sind extrem hochorientierte Molekülketten vorhanden und dies hat zur Folge, daß Fasern mit größerer Festigkeit und einem größeren Modul durch Ziehen leichter erhalten werden. Genauer gesagt, beträgt der Unterschied der Orientierung zwischen der Garnoberfläche und der Garnmitte mindestens 5 × 10^-3, vorzugsweise mindestens 10 × 10^-3. Demgegenüber ist es mit dem herkömmlichen Verfahren außerordentlich schwierig, einen Doppelbrechungsindex-Unterschied von mindestens 5 × 10^-3 zu erzielen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Erfindungsgemäß werden die Fäden, bevor sie gezogen werden, erhalten durch Schmelzspinnen eines Polyesters mit einer Intrinsic-Viskosität (IV) von mindestens 0,8, dessen chemi sche Hauptbestandteile Äthylenterephthalateinheiten sind, durch Abschrecken der gesponnenen Fäden in einer rohrförmi gen Flüssigkeitskühlvorrichtung, wobei bestimmte Kühlbedin gungen die Beziehung zwischen der Polymerextrusionsgeschwin digkeit und der Aufnahmegeschwindigkeit der Fäden eingehal ten werden müssen und dann Aufnehmen der Fäden mit hoher Ge schwindigkeit.

Wird ein Äthylenterephthalat-Polyester mit einer Intrinsic-Vis kosität (IV) kleiner als 0,8 verwendet, ist es nicht mög lich, stabil hochorientierte nicht-kristalline Fäden mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von weniger als 5000 m/min herzustellen, wenn gleichzeitig die Formeln (a) und (b) er füllt werden sollen. Verwendet werden daher Polyester mit einem IV größer als 0,8, vorzugsweise größer als 1,0.

Die erfindungsgemäß verwendete Kühlvorrichtung ist in den Fig. 3 und 7 mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet. Ein bei spielhafter Aufbau ist in Fig. 5 gezeigt. Fig. 3 und 7 zeigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Düse 1, gesponnenen Fäden 2, einer Flüssigkeits kühlvorrichtung 3 (Flüssigkeitsabschreckrohr), ersten Füh rungswalzen 5, einer Ölzuführvorrichtung 6, einer Heizzone 7 und zweiten Führungswalzen 8. Die in Fig. 5 gezeigte Kühl vorrichtung umfaßt eine Öffnung 4, durch die die Flüssigkeit nach unten abfließt, Öffnungen 9 für die Kühlflüssigkeit und ein Sieb 10 zum Vergleichmäßigen der Strömung. Die verwen dete Kühlflüssigkeit ist vorzugsweise normales Wasser.

Die Flüssigkeitskühlvorrichtung wird im folgenden auch mit Flüssigkeitsabschreckrohr bezeichnet. Das Flüssigkeitsab schreckrohr 3 zeichnet sich dadurch aus, daß die Kühlflüs sigkeit in Richtung des Durchgangs der Fäden 2 fließt und daß es so ausgebildet ist, daß die Fließgeschwindigkeit mit dem Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche variiert. Im ein zelnen ist die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit am Ein gang des Abschreckrohrs sehr niedrig und es ist möglich, ein Verbinden der eintretenden Fäden nahe oder in der Nähe der Luftflüssigkeitsgrenzschicht zu verhindern.

Erfindungsgemäß sind die folgenden Verfahrensanforderungen (1) bis (5) beim Aufnehmen der schmelzgesponnenen Fäden einzuhalten:

(1) Der Abstand L (cm) zwischen der Spinndüse 1 und der Flüssigkeitsoberfläche der Kühlflüssigkeitsvorrichtung 3 soll dem Fadenverfestigungspunkt -5 betragen, wobei der Fadenverfestigungspunkt bestimmt wird durch Faden durchmessermessungen entsprechend einer Online-Messung der Fadendurchmesseränderung von Fäden, die bei Luftab schreckbedingungen mit 20°C, 65% relative Luftfeuch tigkeit (RH), 0,3 m/sec gesponnen werden.
(2) Die Flüssigkeitsabflußgeschwindigkeit (m/min) am unte ren Ende der Flüssigkeitskühlvorrichtung 3 soll V_w/60 betragen, wobei V_w die Aufnahmegeschwindigkeit (m/min) der Fäden ist.
(3) Die Aufnahmegeschwindigkeit V_w (m/min) soll V₀ × 200 sein, wobei V₀ die Extrusionsgeschwindigkeit (m/min) des Polyesters aus der Spinndüse 1 ist.
(4) Der vertikale Abstand H (cm) von der Flüssigkeitsober fläche der Flüssigkeitskühlvorrichtung zum Boden der Flüssigkeit soll 5 cm sein.
(5) Die Flüssigkeitstemperatur der Kühlflüssigkeit soll 50°C betragen.

Nachfolgend wird die Bedeutung der obenstehenden Anforderun gen (1) bis (5) näher erläutert:

(1) Damit die Kristallisation unterdrückt und die spezifi sche Wichte niedrig gehalten wird, muß das Abschreck rohr 3 sehr nahe an der Spinndüse 1 angeordnet werden, so daß der Abstand L zwischen der Spinndüse 1 und dem Abschreckrohr 3 kleiner als der Fadenverfestigungspunkt -5 cm beträgt. Der hier verwendete Ausdruck "Fadenver festigungspunkt" gibt den Punkt an, an der die Verfe stigung der Fäden auftreten würde, wenn die Fäden mit einer Geschwindigkeit V_w aufgenommen würden, ohne daß das Flüssigkeitsabschreckrohr vorhanden ist. Wenn das Abschreckrohr 3 weiter entfernt von der Spinndüse als die zuvor genannte Stelle angeordnet ist, tritt in den Abschnitten der Fäden 2 oberhalb des Abschreckrohrs 3 eine durch die Orientierung hervorgerufene Kristallisa tion auf und das mit der vorliegenden Erfindung ange strebte Ziel würde nicht erreicht werden.
Zur Verringerung der Garnzahlungleichmäßigkeiten in Längsrichtung ist es bevorzugt, den Raum zwischen der Spinndüse 1 und der Flüssigkeitskühlvorrichtung 3 mit einem Gas, wie Luft langsam zu kühlen.
(2) Es ist vorteilhaft, die Flüssigkeitsabflußgeschwindig keit am stromabwärts gelegenen Ende des Abschreckrohrs 3 auf mindestens 1/60 der Aufnahmegeschwindigkeit V_w einzustellen. Wenn die Flüssigkeitsabflußgeschwindig keit geringer ist wird die Spannung der Fäden 2 zwi schen dem unteren Ende des Abschreckrohrs 3 und den Walzen 5 größer und es wird eine zu große Ziehbeanspru chung ausgeübt. Dies kann zu Beschädigungen der Fäden führen, wie Ausfaserung und Garnbruch.
(3) Die Aufnahmegeschwindigkeit (V_w) soll mindestens V₀ × 200 betragen, um so die Orientierung zu verbessern, wo bei V₀ die Polymerextrusionsgeschwindigkeit aus der Spinndüse 1 ist. Wenn die Aufnahmegeschwindigkeit nied riger als V₀ × 200 ist, wird es schwieriger, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Fäden zu erhalten, deren Δn größer als 100 × 10^-3 ist.
(4) Damit die Flüssigkeitsströmung an oder im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche und des Abschreckrohrs 3 gering ist und die Flüssigkeitsabflußgeschwindigkeit am unte ren Ende des Abschreckrohrs 3 mindestens V_w/60 beträgt, muß die Länge des Abschreckrohrs 3, d. h. der vertikale Abstand H von der Flüssigkeitsoberfläche zum Flüssig keitsboden der Flüssigkeitskühlvorrichtung 3 mindestens 5 cm betragen. Bei einer kürzeren Vorrichtung reicht der durch den Abfluß der Flüssigkeit aus dem Abschreck rohr 3 erzeugte wirbelartige Strudel bis zur Oberfläche des Kühlbads. Das hat zur Folge, daß die Fäden sich miteinander verbinden und die Garnzahl der Fäden unter schiedlich wird.
(5) Die Temperatur der Kühlflüssigkeit im Abschreckrohr 3 sollte höchstens 50°C betragen. Ist die Kühlflüssig keitstemperatur größer, dann ist auch die Kühlleistung geringer und es kommt zwar zu einer sehr hohen Orien tierung der Fäden, gleichzeitig wird aber die Kristal lisation weitergehen. Das mit der vorliegenden Erfin dung angestrebte Ziel wird dann nicht erreicht.

Die Kristallisation von Terephthalatpolyester geht weiter beim Übergang vom geschmolzenen Zustand in den abgekühlten und verfestigten Zustand. Mit dem erfindungsgemäßen Verfah ren wird die Zeitdauer, während der das Polymer sich in dem Temperaturbereich, in dem Kristallisation auftritt, befin det, sehr stark verkürzt, indem das Abschrecken in einem Ab schreckrohr erfolgt, während der Zeit, in der die nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellten Fäden gekühlt werden und eine Temperatur haben, die niedriger ist, als die Schmelz temperatur T_m und höher ist als die Glasübergangstemperatur T_g. Erfindungsgemäß können Fadengarne mit niedriger Kristal linität hergestellt werden durch Verkürzen der Verweildauer des Polymers in diesem Temperaturbereich.

Die so hergestellten hochorientierten niederkristallinen Po lyesterfäden werden, ohne daß sie aufgewickelt werden, zwi schen den ersten Führungswalzen 5 und den zweiten Führungs walzen 8 mit einem Ziehverhältnis (DR) gemäß der nachstehen den Formel gezogen und wärmebehandelt und dann aufgewickelt, wodurch die Zugfestigkeitseigenschaften der Fäden verbessert werden, d. h. deren Festigkeit und Modul verbessert wird.

2.0 ≧ DR < 1.0 (c)

Wenn die erfindungsgemäß verwendeten hochorientierten nie derkristallinen Polyesterfäden zunächst aufgewickelt werden, bevor sie der Zieh-Wärmebehandlung unterworfen werden, tritt auf der Wickelspule eine deutliche Entspannung oder Relaxa tion der Orientierung auf. Mit einer dann folgenden Zieh-Wärme behandlung werden keine ausreichenden Verbesserungen erzielt. Erfindungsgemäß werden die Fäden daher sofort einer Zieh-Wärmebehandlung unterworfen, ohne daß die Fäden vorher aufgewickelt werden.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Fäden gesponnen werden und so fort der Zieh-Wärmebehandlung unterworfen werden, ohne daß sie vorher aufgewickelt werden, ist es erforderlich, daß das Ziehverhältnis (DR) zwischen 1 und 2 beträgt. Wenn das Zieh verhältnis größer als 2 ist, tritt vermehrt Fransenbildung auf und es kommt zu einer geringeren Verbesserung der Zugfe stigkeitseigenschaften. Auch wenn die Ziehbehandlung mit einem Ziehverhältnis von größer 2 möglich ist, sollte sie aus dem zuvor genannten Grund vermieden werden.

Wenn das Ziehverhältnis kleiner als 1 ist, kommt es zur Re laxation der Orientierung und dadurch zu einer geringeren Verbesserung der Zugfestigkeitseigenschaften. Das Zugver hältnis soll daher kleiner als 2 und größer als 1 betragen.

Die Ziehtemperatur soll so eingestellt werden, daß die prak tische Ziehtemperatur im Bereich von 150°C bis 260°C, vor zugsweise von 210°C bis 250°C liegt.

Vorzugsweise werden die Fäden nach der Zieh-Wärmebehandlung einer Relaxationsbehandlung bei einem Relaxationsverhältnis von 15% oder weniger zwischen den zweiten Führungswalzen 8 und dritten Führungswalzen unterzogen. Durch die Relaxationsbehandlung wird die Qualität der Fäden weiter er höht und insbesondere gibt es keine Probleme bei der Ver packung, auch dann, wenn eine große Zahl von Windungen auf einer Spule aufgebracht werden.

Vorzugsweise wird für die Wärmebehandlung des Zieh-Wärmebe handlungsvorgangs eine Heizzone 7 zwischen den ersten Füh rungswalzen 5 und den zweiten Führungswalzen 8 angeordnet. Besonders bevorzugt wird in der Heizzone Dampf verwendet.

Gleichzeitig beträgt die Temperatur der ersten Führungswal zen vorzugsweise zwischen 5°C und 60°C. Wenn die Temperatur der ersten Führungswalzen höher als 60°C ist, können die hochorientierten niederkristallinen Polyesterfäden, die durch das Spinnen erhalten werden, leicht kristallisieren und die Ziehbarkeit wird verschlechtert. Für die Zieh-Wärme behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher beson ders bevorzugt, die Heizzone 7 zwischen den ersten Führungs walzen 5 und den zweiten Führungswalzen 8 anzuordnen.

Wenn andererseits die Temperatur der ersten Führungswalzen 5 unter 5°C liegt, kommt es zur Kondensation bzw. Taubildung auf den Walzenoberflächen und in deren Nähe, so daß die Ar beitsbedingungen wesentlich verschlechtert werden. Es ist besonders bevorzugt, daß für die Heizzone 7 zwischen den ersten Führungswalzen und den zweiten Führungswalzen 8 Hoch temperatur-Dampf (überhitzter Dampf) als Heizmedium verwen det wird. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die ge wünschte Kostenersparnis.

Das wichtige und neue Merkmal der vorliegenden Erfindung ist daher, zunächst Polyesterfäden mit der bestimmten Doppelbre chung und spezifischen Wichte wie zuvor erwähnt durch Schmelzspinnen herzustellen und dann ohne Aufwickeln, die hergestellten Fäden unmittelbar unter bestimmten Bedingungen zu ziehen, so daß Polyesterfasern mit hervorragenden Eigen schaften hergestellt werden. Bei Einhaltung der genannten Merkmale und Verfahrensbedingungen können die Polyesterfa sern in üblicher Weise hergestellt werden und bekannte Vor richtungen zur Herstellung von Polyesterfasern verwendet werden.

Es folgen Beispiele der Erfindung, auf die die Erfindung je doch nicht beschränkt ist.

Zunächst werden die Verfahren für die Messungen der physika lischen Eigenschaften, die zur Bestimmung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, näher erläutert.

Messung der Doppelbrechung (Δn)

Die Messung wurde durchgeführt unter Verwendung eines Nikon Polarisationsmikroskops (POH-Typ) mit einem "Berek" Kom pensator hergestellt von der Firma Leitz. Als Lichtquelle wurde eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Na D-Linie, herge stellt von der Firma Toshiba (Toshiba SLS-3-B) verwendet. Eine Probe, die in einem Winkel von ca. 45° zur Faserachse abgeschnitten worden ist, mit einer Länge von etwa 5 bis 6 cm wurde mit der Schnittfläche nach oben auf eine Glas scheibe gelegt. Die Glasscheibe wurde auf einen drehbaren Ständer plaziert und der Ständer so gedreht, daß ein Winkel von 45° zwischen der Probe und dem Polarisator eingestellt worden ist. Um ein dunkles Feld zu erzeugen, wurde ein Ana lysator eingesetzt, der Kompensator wurde auf 30 eingestellt und es wurde die Anzahl der Rand- oder Interferenzmuster (n) gezählt. Dann wurde der Kompensator in Uhrzeigerrichtung ge dreht und der Skalenwert (a), an dem die Probe das erste Mal am dunkelsten wurde, abgelesen. Dann wurde der Kompensator in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht, und der Skalenwert (b) an dem die Probe das erste Mal dunkel wurde, abgelesen. Darauf hin wurde der Kompensator auf 30 zurückgestellt, der Analy sator herausgenommen und der Durchmesser der Probe (d) ge messen. Der Index der Doppelbrechung (Δn) wurde mit nach stehender Gleichung berechnet (Mittelwert von 20 gemessenen Werten):

Δn = Γ/d

wobei Γ (Verzögerung) = n λ₀ + ε ist
λ₀ = 589,3 nm
ε ergibt sich aus C/10 000 und i des Bedienungshandbuchs von Leitz für den Kompensator i = a - b (d. h. der Unterschied der abgelesenen Skalenwerte am Kompensator).

Messung der spezifischen Wichte

Ein Dichtegradientenrohr bestehend aus n-Heptan und Kohlen stofftetrachlorid wurde bereitgestellt und das Rohr wurde auf eine Temperatur von 30°C ± 0,1°C einreguliert. In das Rohr wurde eine ausreichend entschäumte Probe plaziert. Nach einer Standzeit des Rohrs von 5 Stunden wurde die Position der Probe in dem Rohr anhand der Skala des Rohrs abgelesen, und der so erhaltene Wert wurde übertragen in die spezifi sche Wichte mittels der Kalibrierkurve der (Dichtegra dientenrohrskala) - (spezifische Wichte), skaliert ent sprechend einem Standardglasfluß. Die Messung wurde viermal wiederholt (n = 4). Dabei wurden die spezifischen Wichte werte immer bis zur 4. Stelle nach dem Komma abgelesen.

Messung der Verteilung von Δn in Querschnittsrichtung des Fadens

Aus dem Brechungsindex in der Mitte (n⟂_,0 und n_//,0) und dem Brechungsindex in der äußeren Schicht (n⟂_,0,9 und n_//,0,9) gemessen mit Hilfe eines Interferenzmikroskops, wurde die spezifische molekulare Orientierung der erfindungsgemäßen Fäden sichtbar und die Beziehung zwischen den Fäden und ihrer hervorragenden Festigkeit konnte aufgezeigt werden. Mit Hilfe des Randinterferenzverfahrens bzw. der Interfe renzmethode unter Verwendung eines Interferenzmikroskops (z. B. das Interferenzmikroskop "Interfaco" hergestellt durch die Firma Carl Zeiss, Jena, DDR), kann die Verteilung des mittleren Beugungsindex gemessen werden, der von der Seite des Fadens beobachtet wird. Dieses Verfahren ist anwendbar für einen Faden mit einem kreisförmigen Querschnitt. Der Beugungsindex der Faser ist gekennzeichnet durch den Beu gungsindex (n_//) entsprechend der Polarisationsrichtung parallel zur Fadenachse und dem Beugungsindex (n⟂) entspre chend der Polarisationsrichtung senkrecht zur Fadenachse. Die hiernach erläuterten Messungen wurden durchgeführt mit den Brechungsindices (n_// und n⟂), die erhalten wurden unter Verwendung einer Xenonlampe als Lichtquelle und einem grün farbigen Strahl (λ = 544 nm) durch ein Interferenzfilter bei Polarisation.

Im folgenden wird n_//,0 und n_//,0,9 erhältlich durch die Messung von n_// und n⟂ im einzelnen erläutert. Der Faden, dessen n⟂ (n⟂_,0 und n⟂_,0,9) getestet werden soll, wird in eine Tauchflüssigkeit mit einem Brechungsindex (n_E) einge taucht, die eine Verzögerung der Interferenzbeugung inner halb eines Bereiches dn/Dn von 0,2 bis 1 bewirkt (in Fig. 4). Der Brechungsindex der Tauchflüssigkeit (n_E) bezeichnet den Wert, der gemessen wird unter Verwendung eines Abbe Re fraktometers bei 20°C. Die Tauchflüssigkeit kann beispiels weise eine Mischung aus flüssigem Paraffin und α-Bromnaph thalen sein, mit einem Brechungsindex von 1,48 bis 1,65. Ein einzelner Faden der Fäden wird in die Tauchflüssigkeit ein getaucht und das Interferenzmuster photographiert. Die ent standene Photographie wird 1000- bis 2000-fach vergrößert und analysiert. Wie schematisch in Fig. 4 angedeutet, kann die Lichtwegdifferenz L dargestellt werden durch die fol gende Gleichung:

wobei n_E der Brechungsindex der Eintauchflüssigkeit ist, n_f der mittlere Brechungsindex zwischen S′ und S′′ der Faser ist, t die Dicke zwischen S′ und S′′ ist, λ die Wellenlänge des verwendeten Lichts ist, Dn das Intervall zwischen den parallelen Interferenzmustern des Hintergrunds ist (ent sprechend 1λ), und dn die durch den Faden hervorgerufene Verzögerung des Interferenzmusters ist. Das Interferenzmu ster wird ausgewertet unter Verwendung von zwei verschiedenen Tauchflüssigkeiten mit den folgenden Brechungsindices (n₁, n₂).

n_f < n₁

n_f < n₂

wobei n_f der Brechungsindex der Probe ist.

Die Lichtwegunterschiede (L₁, L₂) bei Verwendung der ver schiedenen Tauchflüssigkeiten mit den Brechungsindices n₁ und n₂ sind also durch die folgenden Gleichungen darstell bar:

Dadurch kann die Verteilung des mittleren Brechungsindex (n_f) des Fadens an verschiedenen Stellen zwischen der Mitte und der äußeren Schicht des Fadens aus dem Lichtwegunter schied an den entsprechenden Stellen mittels der Gleichung (5) erhalten werden. Infolge von Veränderungen der Herstel lungsbedingungen oder eines Zwischenfalls nach der Herstel lung kann der Faden einen nicht kreisförmigen Querschnitt erhalten. Zur Vermeidung von Beeinträchtigungen durch einen solchen Querschnitt sollten die Messungen nur an Teilen ge macht werden, bei denen das Interferenzmuster symmetrisch zur Fadenachse ist. Die Messungen werden durchgeführt in Ab ständen von 0,1 R zwischen 0 und 0,9 R, wobei R der Radius des Fadens ist. Dabei wird jeweils der mittlere Brechungsin dex an diesen Positionen ermittelt. Danach kann die Vertei lung von n_// und n⟂ erhalten werden und damit auch die Ver teilung der Doppelbrechung mit Hilfe der folgenden Gleichung

Δn_(r/R) = n_//,r/R - n_⟂ _,r/R (6)

Der Wert Δn_(r/R) bezeichnet einen Mittelwert von minde stens 3 Fäden, vorzugsweise 5 bis 10 Fäden.

Messung der Intrinsic-Viskosität (IV)

Die Intrinsic-Viskosität (IV) von Äthylenterephthalatpoly ester gemäß der vorliegenden Erfindung wird erhalten durch Umwandeln der Intrinsic-Viskosität (η) gemessen mit einer Lösungsmittelmischung von p-Chlorphenol/Tetrachloräthan im Verhältnis von 3 : 1 bei 30°C und der Intrinsic-Viskosität (IV) gemessen mit einer Lösungsmittelmischung von Phe nol/Tetrachloräthan im Verhältnis von 60/40, entsprechend der folgenden Gleichung:

IV = 0.8325 × (η) + 0.005

Messung des Verfestigungspunktes der Fäden

Der Verfestigungspunkt ist die Stelle, an der das Dünnerwer den der Fäden infolge ihrer Verfestigung aufhört. Das Dün nerwerden bzw. die Abnahme des Durchmessers der durchlaufen den Fäden wurde gemessen mit einem Durchmesserüberwachungs gerät, mit dem ein Strahl von Infrarotlicht auf die Fäden gerichtet wird und die Größe des Schattens der Fäden mit einem Lichtaufnahmesensor gemessen wird. Diese Größe wird in den Durchmesser konvertiert.

Indem ein einzelner Faden ausgewählt von den durchlaufenden Fäden durch einen Detektor des Durchmesserüberwachungsgeräts geleitet wird, kann der Fadendurchmesser an dieser Stelle in einfacher Weise ermittelt werden. Der Verfestigungspunkt kann einfach durch Aufzeichnen der Beziehung zwischen dem Abstand des Fadens von der Spinndüse und dem Fadendurchmes ser ermittelt werden.

Messung der Garnzahl (Denier) des Fadens

Die einzelne Fadengarnzahl (d) wurde gemessen in einem Test raum mit Standardbedingungen (20°C ± 2°C, relative Luft feuchtigkeit (RH) 65 ± 2%) unter Verwendung einer Garnzahl meßvorrichtung DENIER COMPUTER DC-11, B-Typ, hergestellt von der Firma Search Co. Die Länge des zu testenden Fadens be trug 50 mm. 1 Denier entspricht 1/g tex oder 1 g/(9 km).

Messung der Festigkeit der Fäden

Die Zugfestigkeit (Zähigkeit) der Fäden wurde gemessen an hand der Zugfestigkeit eines einzelnen Fadens gemäß dem Standard JIS-L-1013 (1981) 7.5.1, in einem Testraum bei Standardbedingungen, unter Verwendung einer INSTRON-Typ Zug festigkeit-Prüfvorrichtung TENSILON UTM-III hergestellt von Toyo Baldwin Co.

Die Probe wurde unter folgenden Meßbedingungen gezogen: Belastung 5 kg f, mit einem Abstand zwischen den Backen von 3 cm, einer Geschwindigkeit der Verlängerung von 3 cm/min (einer Streckgeschwindigkeit pro Minute von 100%) und einer Vorschubgeschwindigkeit des Aufzeichnungspapiers von 100 cm/min. Die Last (gf), bei der die Probe gerissen ist, wurde gemessen und die Zähigkeit (g/d) wurde mit Hilfe der folgen den Gleichung berechnet:

Messung des Anfangszugfestigkeitsmoduls der Fäden

Die Messung des Anfangszugfestigkeitsmoduls der Fäden wird in der gleichen Weise wie die zuvor beschriebene Messung der Festigkeit der Fäden durchgeführt, entsprechend dem Standard JIS-L-1013 (1981) 7.5.1. Eine Last-Verlängerungskurve (Bean spruchungs-Streckungskurve) wird auf einem Aufzeichnungspa pier aufgetragen und von dieser Kurve und entsprechend der in dem Standard JIS-L-1013 (1981) 7.10 genannten Berech nungsformel für das Anfangszugfestigkeitsmodul (g/d) berech net.

Beispiel 1

Ein Polyäthylenterephthalat mit einer Intrinsicviskosität (IV) von 1, 0 wurde bei einer Spinntemperatur von 310°C durch eine Spinndüse mit 24 Spinnöffnungen und einem Öffnungsdurchmesser von 0,4 mm bei einem Durchstoß von 1,5 g/min per Öffnung und einer Extrusionsgeschwindigkeit (V₀) von 11,4 m/min extrudiert. Der Verfestigungspunkt der Fäden lag bei 48 cm Entfernung von der Spinndüse. Die extrudierten Fäden wurden in das Abschreckrohr, das in Fig. 5 gezeigt ist, eingeführt. In der Figur ist die Abflußöffnung für die Ab schreckflüssigkeit mit 4, die Einlässe für die Kühlflüssig keit mit 6 und das Sieb zum Vergleichmäßigen der Strömung mit 10 bezeichnet. Die Strömung der Flüssigkeit von der Oberfläche des Abschreckrohrs bis 5 cm unterhalb der Ober fläche wurde mit einem weiteren Sieb 11 zur Vergleichmäßi gung der Strömung in einem ruhigen Zustand gehalten. Die Höhe (H) der Flüssigkeit in dem Abschreckrohr wurde auf 25 cm eingestellt. Die Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit in Abflußrichtung am unteren Ende des Abschreckrohrs, d. h. 25 cm unterhalb der Oberfläche, wurde auf 2000 m/min einreguliert. Die Länge (L) von der Öffnungsfläche der Spinndüse bis zur Flüssigkeitsoberfläche des Abschreckrohrs wurde auf 36 cm festgelegt. Die verwendete Kühlflüssigkeit war Wasser mit Raumtemperatur (25°C).

Das Δn und die spezifische Wichte des so erhaltenen Garns betrug 150 × 10 3 bzw. 1,3528. Bezüglich der Verteilung der Doppelbrechung in Querschnittsrichtung des Garns konnte festgestellt werden, daß der Wert von Δn an der Oberfläche 15 × 10^-3 größer als der in der Mitte des Garns war.

Beispiel 2

Die Fäden wurden mit den gleichen Spinn- und Abschreckbedin gungen wie in Beispiel 1 erzeugt, bis auf die Aufnahmege schwindigkeit (V_w), die 3300 m/min betrug. Der Verfesti gungspunkt der Fäden war 62 cm von der Spinndüse entfernt. Das Δn und die spezifische Wichte der so erhaltenen Garne betrug 129 × 10^-3 bzw. 1,3492.

Beispiel 3

Die in Beispiel 1 erhaltenen Fäden wurden, ohne daß sie auf gewickelt wurden, einer Ziehbehandlung unterworfen mit einem Ziehverhältnis von 1,31 mittels der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung zwischen den ersten Führungswalzen 5 und den zweiten Führungswalzen 8 unter Verwendung eines Dampfheizers mit einer Temperatur von 245°C und dann aufgewickelt. Das so erhaltene gezogene Garn hat die Eigenschaften, die in der Zeile für Beispiel 3 in Tabelle I angegeben sind.

Vergleichsbeispiele 1-5

Die in Beispiel 1 erhaltenen Fäden wurden einmal aufge wickelt (Wickelzeit 20 Minuten) und dann 24 Stunden bei 22°C und 65% relative Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert. Danach wurden die Fäden von der untersten Schicht der Spule zur obersten Schicht der Spule in Längsrichtung geteilt. Die Fä den wurden in 5 Abschnitte (Schichten) aufgeteilt, der erste Abschnitt entspricht 1/5 der äußeren Lagen, der zweite Ab schnitt 1/5 der weiter innen liegenden Lagen, der dritte Ab schnitt 1/5 der noch weiter innen liegenden Lagen, der vierte Abschnitt 1/5 der darunter liegenden Lagen und der fünfte Abschnitt dem restlichen Fünftel der inneren Lagen. Diese wurden jeweils mit einem Ziehverhältnis von 1,26 gezo gen, d. h. um das 1,26-fache gezogen, mit einer Führungswal zengeschwindigkeit von 100 m/min unter Verwendung eines Schlitzheizers mit einer Temperatur von 245°C. Die Eigen schaften der so erhaltenen Fasern sind in den Zeilen für die Vergleichsbeispiele 1 bis 5 in Tabelle I gezeigt.

Wie aus Tabelle I ersichtlich, verschlechtern sich die phy sikalischen Eigenschaften der Fasern mit deren Position auf der Spule und zwar von innen nach außen.

Vergleichsbeispiel 6

Die Fäden wurden unter den gleichen Spinnbedingungen wie in Beispiel 1 erhalten, außer daß die Fäden abgekühlt wurden, indem sie in üblicher Weise in Luft abgeschreckt wurden, ohne daß ein Abschreckrohr verwendet wurde, und dann aufge wickelt wurden. Die Fäden wurden um das 1,5-fache bei 150°C gezogen, mit einer Walzenvorschubgeschwindigkeit von 50 m/min, wonach die Fäden auf das 1,5-fache bei 240°C gezogen wurden. Die Eigenschaften der so erhaltenen Fasern werden in der Zeile für das Vergleichsbeispiel 6 von Tabelle I ge zeigt.

Das Δn und das SG der mit dem Vergleichsbeispiel 6 erhalte nen Fäden beträgt vor der Ziehbehandlung 88,2 × 10^-3 bzw. 1,3722. Diese Werte erfüllen nicht die Bedingungen der For meln (a) und (b).

Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 7

Nach der Zieh-Wärmebehandlung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 3 wurden die Fäden, ohne daß sie aufgewic kelt wurden, einer Relaxationsbehandlung mit einem Relaxa tionsverhältnis von 3% auf dritten Führungswalzen, die nach den zweiten Führungswalzen angeordnet waren, unterzogen und dann aufgewickelt. Auf diese Weise wurden gezogene Fasern erhalten, die die in der Spalte für das Beispiel 4 von Ta belle I gezeigten Eigenschaften haben. Im Vergleich zu dem mit Beispiel 3 erhaltenen gezogenen Fasern hatten diese Fa sern eine schöne Aufwickelform. Auf der Spule entstanden keine unregelmäßigen Wicklungskanten selbst dann, wenn ins gesamt 3 kg aufgewickelt wurden. Wenn aber das Relaxations verhältnis 17% beträgt, entsteht ein deutlicher Durchhang zwischen den zweiten Führungswalzen und den dritten Füh rungswalzen und ein Aufwickeln war unmöglich.

Beispiel 5

Die in Beispiel 1 erhaltenen Fäden wurden, ohne daß sie aufgewickelt wurden, einer Ziehbehandlung mit einem Ziehver hältnis von 1,29 unterzogen. Es wurde die in Fig. 7 ge zeigte Vorrichtung unter Verwendung eines Plattenheizers mit einer Temperatur von 245°C verwendet und die Fäden wurden dann aufgewickelt. Die so erhaltenen Fasern hatten die in der Zeile von Beispiel 5 in Tabelle I gezeigten Eigenschaf ten.

Beispiel 6

Die im Beispiel 1 erhaltenen Fäden wurden, ohne daß sie auf gewickelt wurden, einer Ziehbehandlung mit einem Ziehver hältnis von 1,27 unterzogen. Es wurde die in Fig. 7 ge zeigte Vorrichtung unter Verwendung eines elektrischen Ofens mit einer Temperatur von 700°C benutzt und die Fäden wurden dann aufgewickelt. Die so erhaltenen Fasern hatten die in der Zeile des Beispiels 6 in Tabelle I gezeigten Eigenschaf ten. Das Ziehverhältnis von Beispiel 5 oder Beispiel 6 ist niedriger im Vergleich zu dem von Beispiel 3. Dies sind je doch die höchsten Wicklungsverhältnisse, die unter entspre chenden Bedingungen im Dauerbetrieb erzielt werden können.

Beispiele 7-9

Die Polymerextrusionsgeschwindigkeit V₀ (m/min), der Abstand L (cm) zwischen der Spinndüse und der Flüssigkeitsoberfläche der Flüssigkeitskühlvorrichtung, die Flüssigkeitsabflußge schwindigkeit (m/min) am Boden der Flüssigkeitskühlvorrich tung, die Aufnahmegeschwindigkeit V_w, der vertikale Abstand H (cm) von der Flüssigkeitsoberfläche zum Boden der Flüssig keitskühlvorrichtung und die Temperatur der Kühlflüssigkeit sind in Tabelle II gezeigt. Die gesponnenen Fäden wurden unter den gleichen Spinnbedingungen wie in Beispiel 1 aufge nommen. Die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Fasern sind in Tabelle II angegeben.

Die Fasern wurden dann einer weiteren Zieh-Wärmebehandlung unterzogen (einer einstufigen Ziehbehandlung unter Verwen dung eines Schlitzheizers mit einer Temperatur von 245°C) und dann wurde deren Festigkeit und Zugfestigkeitsmodul aus gewertet. Die Fasern mit einer Zähigkeit größer als 81 g/tex (9 g/d) und solche mit einem Zugfestigkeitsmodul größer als 1350 g/tex (150 g/d) sind mit einem ○ markiert und solche, die diese Werte nicht erreichen, mit einem x. Die Ziehverhältnisse betragen 1,31, 1,25 und 1,57 für die Beispiele 7, 8 bzw. 9.

Vergleichsbeispiele 8-10

Ein Polyäthylenterephthalat mit einer Intrinsic-Viskosi tät IV von 1,0 wurde bei einer Spinntemperatur von 310°C durch eine Spinndüse (24 Spinnöffnungen jeweils mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,4 mm) bei einer Extrusionsge schwindigkeit (V₀) an den Öffnungen von 10,7 m/min gespon nen. Die resultierenden Fäden wurden an der Luft abge schreckt bei 20°C und dann unter den jeweiligen in Tabelle II angegebenen Bedingungen aufgenommen und bei einem natür lichen Ziehverhältnis gezogen. Die physikalischen Eigen schaften der so erhaltenen Fasern sind in Tabelle II angege ben.

Die so erhaltenen Fasern wurden einer weiteren Zieh-Wärmebe handlung unterworfen (einer einstufigen Ziehbehandlung unter Verwendung eines Schlitzheizers mit einer Temperatur von 245°C) und deren Festigkeit und Zugfestigkeitsmodul wird dann ausgewertet. Die Fasern mit einer Festigkeit größer als 81 g/tex (9 g/d) und solche mit einem Zugfestigkeitsmodul größer als 350 g/tex (150 g/d) sind mit einem großen ○ markiert und solche, die diese Werte nicht erreichen, mit einem x. Die Ziehverhält nisse betrugen 2,97, 3,08 und 2,85 für die Vergleichsbei spiele 8, 9 bzw. 10.

Vergleichsbeispiel 11

Ein Polyäthylenterephthalat mit einer Intrinsic-Viskosität IV von 1,0 wurde bei 310°C durch eine Spinndüse (24 Spinn öffnungen mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,4 mm) mit einer Extrusionsgeschwindigkeit V₀ an den Öffnungen von 10,7 m/min extrudiert. Die resultierenden Fäden wurden abgekühlt durch Abschrecken an Luft bei 20°C und ohne Zieh-Wärmebe handlung mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von 3300 m/min aufgewickelt. Die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Fasern sind in Tabelle II angegeben.

Die resultierenden Fasern wurden einer weiteren Zieh-Wärme behandlung (einer 2-stufigen Ziehbehandlung bei 150°C bzw. 240°C unter Verwendung von Schlitzheizern mit einem ersten Ziehverhältnis von 2,01 und einem zweiten Ziehverhältnis von 1,09) unterzogen.

Die Festigkeit und Zugfestigkeitsmodule der resultierenden Fasern wurden ausgewertet. Die Fasern mit einer Zähigkeit größer als 81 g/tex (9 g/d) und solchen mit einem Zugfestigkeitsmodul größer als 1350 g/tex (150 g/d) sind mit einem ○ markiert und solche, die diese Werte nicht erreichen, mit einem x.

Vergleichsbeispiele 12-13

Ein Polyäthylenterephthalat mit einer Intrinsic-Viskosität IV von 1,0 wurde durch eine Spinndüse (24 Spinndüsen mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,4 mm) bei einer Spinntempe ratur von 310°C und mit einer Extrusionsgeschwindigkeit V₀ an den Öffnungen von 10,7 m/min extrudiert. Die resultieren den Fäden wurden abgekühlt durch Luftabschreckung bei 20°C und unter den in Tabelle II angegebenen Bedingungen aufge nommen und bei dem natürlichen Ziehverhältnis bei 80°C heiß gezogen. Die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Fasern sind in Tabelle II angegeben.

Die resultierenden Fasern wurden einer weiteren Ziehbehand lung unterworfen. Die Festigkeit und die Zugfestigkeitsmo dule der resultierenden Faser wurden ausgewertet. Die Fasern mit einer Zähigkeit größer als 81 g/tex (9 g/d) und solche mit einem Zugfestigkeitsmodul größer als 1350 g/tex (150 g/d) sind mit einem ○ mar kiert, und solche, die diese Werte nicht erreichen, sind mit einem x markiert.

Vergleichsbeispiel 14

Die Fäden wurden unter den gleichen Spinnbedingungen wie in Beispiel 1 gesponnen und aufgenommen, außer, daß die Poly merextrusionsgeschwindigkeit V₀ 14,3 m/min, der Abstand L zwischen der Spinndüse und der Flüssigkeitsoberfläche der Flüssigkeitskühlvorrichtung 30 cm, die Flüssigkeitsabflußge schwindigkeit am Boden der Flüssigkeitskühlvorrichtung 2000 m/min, die Aufnahmegeschwindigkeit 5500 m/min, der vertikale Abstand H von der Flüssigkeitsoberfläche der Flüssigkeits kühlvorrichtung zum Boden der Flüssigkeit 10 cm und die Temperatur der Kühlflüssigkeit 25°C beträgt. Obwohl eine Probe für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften gewonnen werden konnte, war es unmöglich, auf stabile Weise zu spinnen und aufzuwickeln. Die Eigenschaften der so erhal tenen Fasern sind in Tabelle II angegeben.

Die so erhaltenen Fasern wurden einer weiteren Zieh-Wärmebe handlung (einer einstufigen Ziehbehandlung mit einem Zieh verhältnis von 1,22 unter Verwendung eines Schlitzheizers mit einer Temperatur von 245°C) unterworfen und die Festig keit und die Zugfestigkeitsmodule der gezogenen Fasern aus gewertet. Die Fasern, die eine Zähigkeit größer als 81 g/tex (9 g/d) und ein Zugfestigkeitsmodul größer als 1350 g/tex (150 g/d) haben, sind mit einem ○ markiert und solche, die nicht diese Werte erreichen, mit einem x.

Wie aus den beschriebenen Beispielen deutlich wird, bietet das erfindungsgemäße Verfahren erstmals eine Möglichkeit, stabil Fäden mit hoher Orientierung und niedriger Kristalli nität herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, mit hoher Produktivität sicher die physikalischen Eigen schaften von Polyesterfasern aus den genannten Fäden zu ver bessern unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbesserung der Eigenschaften der Fäden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Polyesterfasern, gekenn zeichnet durch Schmelzspinnen von Athylenterephthalat-Poly ester zum Bilden von hochorientierten niederkristal linen Polyesterfasern, die, wenn sie aufgenommen und be vor sie gezogen werden, eine Doppelbrechung (Δn) und eine spezifische Wichte (SG) innerhalb der unten be zeichneten Bereiche (a) und (b) aufweisen, und dann ohne Aufzuwickeln sofortiges Durchführen der Zieh- und Wärme behandlung der Fäden zwischen ersten Führungswalzen (5) und zweiten Führungswalzen (8) bei einem Ziehverhältnis (DR) entsprechend der folgenden Formel (c): Δn ≧ 5SG - 6,64 (a)Δn ≧ 0.100 (b)2.0 ≧ DR < 1,0 (c)

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hochorientierten niederkristallinen Polyesterfäden hergestellt werden durch Schmelzspinnen von Äthylenterephthalat-Polyester mit einer Intrinsic-Viskosität (IV) von mindestens 0,8 durch eine Spinndüse (1) zum Bilden von Fasern (2), die durch eine Flüssigkeitskühlvorrichtung (3) geleitet und dann aufgenommen werden, unter Bedingungen, die den fol genden Verfahrensanforderungen genügen:

(1) der Abstand L (cm) zwischen der Spinndüse (1) und der Flüssigkeitsoberfläche der Flüssigkeitskühlvor richtung (3) ist (Fadenverfestigungspunkt -5), wobei der Fadenverfestigungspunkt bestimmt wird durch eine Messung des Fadendurchmessers mit einer Online-Messung der Fadendurchmesseränderung von Fä den, die an Luft abgeschreckt werden unter folgenden Bedienungen: 20°C, 65% relative Luftfeuchtigkeit (RH), 0,3 m/sec,
(2) die Flüssigkeits-Abflußgeschwindigkeit (m/min) am unteren Ende der Flüssigkeitskühlvorrichtung (3) ist V_w/60, wobei V_w die Aufnahmegeschwindigkeit (m/min) der Fasern ist,
(3) die Aufnahmegeschwindigkeit V_w (m/min) ist V₀ × 200, wobei V₀ die Extrusionsgeschwindigkeit (m/min) des Polyesters aus der Spinndüse (1) ist,
(4) der vertikale Abstand H (cm) von der Flüssig keitsoberfläche der Kühlvorrichtung bis zum Boden der Flüssigkeit ist 5 cm und
(5) die Flüssigkeitstemperatur der Flüssigkeitskühlvor richtung ist 50°C.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten Füh rungswalzen bei einer Temperatur zwischen 5°C und 60°C gehalten werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zieh- und Wärmebehandlung in einer zwischen den ersten Führungswalzen (5) und den zweiten Führungswalzen (8) angeordneten Heizzone (7) durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die gezogenen Fasern bevor sie aufgewickelt werden, einer Entspannungsbehandlung mit einem Entspannungsverhältnis von 15% oder weniger unterzogen werden.

6. Polyesterfaser hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.