DE4013946A1 - Verwirbeltes multifilamentgarn aus hochmodul-einzelfilamenten und verfahren zum herstellen eines solchen garnes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Multifilamentgarnes eines Gesamttiters von 500-4000 dtex, vorzugsweise 700-3000 dtex, bei dem zumindest ein Teil des Garnes aus Hochmodul-Einzelfilamenten eines Anfangsmoduls von mehr als 50 GPa, vorzugsweise mehr als 80 GPa besteht, bei welchem Verfahren das Garn durch ein Verwirbelungs­ medium, insbesondere Luft, verwirbelt wird, sowie ein derartiges Multifilamentgarn.

Derartige Hochmodulgarne, die aus flüssigkristallinen oder speziellen Hochpolymeren mit wenig flexiblen Ketten wie z. B. Aramid, Kohlenstoff und Glas bestehen, sind im allgemeinen sehr steif. Das herkömmliche Verfahren der Luftverwirbelung, wie es beispielsweise zur Erhöhung des Fadenschlusses oder zum Mischen mit anderen Garnkomponenten eingesetzt wird, führt insbesondere bei einem hohen Verwirbelungsgrad zu erheblichen Schwierigkeiten, weil die Einzelfilamente wegen ihrer Steifheit nur schwer zu verwirbeln sind und wegen ihrer Sprödigkeit zum Bruch neigen, was sich insbesondere in einer beträchtlichen Verringerung der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft (Feinheitsfestigkeit) auswirkt. Der Faden­ schluß dieser Garne ist dann unzureichend, und wegen der großen Anzahl von Brüchen der Einzelfilamente ist es nicht möglich, ein glattes flusenfreies Garn herzustellen. Eine starke Luftverwirbelung derartiger Hochmodulgarne führt daher zu keinen in der Praxis akzeptablen Resultaten.

Durch die vorliegende Erfindung sollen ein Verfahren zum Herstellen eines Hochmodul-Multifilamentgarnes sowie ein derartiges Multifilamentgarn geschaffen werden, das einen hohen Fadenschluß erhält und möglichst glatt und flusenfrei ist. Insbesondere soll eine Verringerung der feinheitsbezo­ genen Höchstzugkraft durch die Verwirbelung möglichst vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gekennzeich­ net, daß die Verwirbelung bei einer Temperatur von (0,25-0,9)T_s durchgeführt wird, worin T_s die Schmelz- bzw. Zerset­ zungstemperatur der Hochmodul-Einzelfilamente, gemessen in °C, ist.

Das Multifilamentgarn ist erfindungsgemäß dadurch gekenn­ zeichnet, daß der durchschnittliche Verwirbelungsabstand des Garns, gemessen im Nadeltest, kleiner als 150 mm ist und die Anzahl von Brüchen der Einzelfilamente, gemessen im Licht­ schrankenverfahren auf einer Seite des Garns, kleiner als 20/m ist.

Das Verwirbelungs-Grundpatent US 29 85 995 enthält bereits den allgemeinen Hinweis, daß die Verwirbelung von Garnen bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden kann und daß insbe­ sondere bei zu hoher Garnspannung und/oder einem zu niedri­ gen Druck des Verwirbelungsmediums eine gewisse Plastifizie­ rung des Garns durch Befeuchten und/oder Erwärmen die Verwirbelung begünstigt. Dieser Gedanke wird in den US-PSen 30 69 836 und 30 83 523 aufgegriffen, in denen Garne aus Polyester oder Polyamid mit erwärmter Luft verwirbelt werden, um besonders schrumpfarme Garne herzustellen. In der EP-PS 01 64 624 wird ein Polyestergarn mit erwärmter Luft verwirbelt, damit das Garn in erwärmtem Zustand aufgewickelt werden kann. Die DD-PS 2 40 032 schließlich beschreibt die Herstellung eines Garns aus Polyamid, Polyester oder Polyo­ lefin, bei dem das Garn in einer Fadenschlußeinrichtung mit Dampf oder feuchter heißer Luft behandelt wird, um eine ein­ wandfrei aufspulbare Seide zu erhalten.

Im Gegensatz zu diesem Stand der Technik beruht die vorlie­ gende Erfindung auf der Erkenntnis, daß bei besonders hoch­ moduligen Multifilamentgarnen eine Warmverwirbelung im Gegensatz zu einer Kaltverwirbelung praktisch keine Verrin­ gerung der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft zur Folge hat und sogar zu einer Erhöhung der Höchstzugkraft führen kann. Tatsächlich ist es durch die Erfindung erstmals gelungen, ein stark verwirbeltes Multifilamentgarn eines Anfangmoduls von mehr als 50 GPa herzustellen, das einen hohen Faden­ schluß hat, glatt und praktisch flusenfrei ist und dessen feinheitsbezogene Höchstzugkraft nicht bzw. nicht wesentlich geringer als die des unverwirbelten Garnes ist.

Zweckmäßigerweise wird das Garn so stark verwirbelt, daß der durchschnittliche Verwirbelungsabstand des Garns, gemessen im Nadeltest, kleiner als 150 mm, vorzugsweise kleiner als 70 mm bzw. 50 mm ist.

Zur Verwirbelung können herkömmliche Verwirbelungsdüsen ver­ wendet werden. Der Verwirbelungsabstand bzw. die Verwirbe­ lungsdichte wird in erster Linie durch den Druck des Verwir­ belungsmediums und den speziellen Düsentyp bestimmt. Um daher einen erwünschten Verwirbelungsabstand zu erzielen, muß für einen bestimmten Düsentyp ein entsprechender Verwir­ belungsdruck gewählt werden. Zweckmäßigerweise liegt der Arbeitsdruck im Bereich von 1 bis 10 bar, vorzugsweise 1,5 bis 8 bar und insbesondere 2 bis 4 bar.

Die Verwirbelungstemperatur beträgt vorzugsweise (0,5-0,9) T_s, insbesondere (0,7-0,8)T_s. Bestehen z. B. die Hochmodul-Einzelfilamente aus Aramid, so liegt die Verwirbe­ lungstemperatur zweckmäßigerweise im Bereich von 200-360°C, vorzugsweise bei 300°C. Im Fall von Kohlenstoff sollte die Verwirbelungstemperatur zwischen 200° und 500°C, vorzugs­ weise zwischen 300° und 500°C liegen. Bestehen die Hoch­ modul-Einzelfilamente aus Glas, so beträgt die Verwir­ belungstemperatur 300°-600°C, vorzugsweise 300°-500°C.

Die Hochmodul-Einzelfilamente können vor dem Verwirbeln auf die Verwirbelungstemperatur erwärmt werden, wobei die Erwär­ mung durch Galette, Heizfläche, Heizrohr, Strahlungsheizung unter Vorspannung oder Heißluft erfolgen kann. Besteht das gesamte Garn aus den Hochmodul-Einzelfilamenten, so kann auch das Verwirbelungsmedium auf die Verwirbelungstemperatur erwärmt werden.

Die Erfindung ist nicht nur bei Einkomponentengarnen verwendbar, sondern auch bei sog. commingled Garnen, bei denen nur ein Teil des Garns aus den Hochmodul-Einzelfila­ menten und der andere Teil aus thermoplastischen Einzelfila­ menten eines geringeren Anfangsmoduls bestehen. In diesem Fall werden nur die Hochmodul-Einzelfilamente auf die Verwirbelungstemperatur vorerwärmt, während die niedriger schmelzenden thermoplastischen Einzelfilamente nicht vorer­ wärmt werden und auch das Verwirbelungsmedium nicht erwärmt wird.

Als thermoplastische Einzelfilamente geringeren Anfangsmo­ duls kommen z. B. PEEK, PEI, PET und PPS in Frage.

Wie bereits erwähnt, ist das gemäß der Erfindung herge­ stellte Multifilamentgarn dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Brüchen der Einzelfilamente kleiner als 20 pro Meter ist. Vorzugsweise ist die Anzahl der Brüche sogar kleiner als 10/m und kann sogar nahezu Null, insbesondere kleiner als 3/m werden. Die Brüche der Einzelfilamente werden durch das übliche Lichtschrankenverfahren gemessen, das die auf einer Seite des Garns abstehenden gebrochenen Enden der Einzelfilamente erfaßt.

Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Multilfilamentgarnes besteht darin, daß die feinheitsbezo­ gene Höchstzugkraft wesentlich höher ist als bei einer Kalt­ verwirbelung des Garns. Dies dürfte zum einen auf die gerin­ gere Anzahl von Brüchen der Einzelfilamente und zum anderen auf eine vorteilhaftere Ausrichtung der Einzelfilamente zurückzuführen sein. Handelt es sich um ein Einkomponenten­ garn, das insgesamt aus den Hochmodul-Einzelfilamenten besteht, so sollte die feinheitsbezogene Höchstzugkraft des verwirbelten Garns mindestens 80% desjenigen des unverwir­ belten Garns betragen. Häufig läßt sich sogar eine fein­ heitsbezogene Höchstzugkraft von mindestens 90% und in bestimmten Fällen von mehr als 100% derjenigen des unverwir­ belten Garnes erzielen.

Auch im Fall von commingled Garnen führt die Erfindung zu einer Erhöhung der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft im Vergleich zu kaltverwirbelten Garnen. Tatsächlich zeichnen sich auch die commingled Garne durch einen hohen Fadenschluß und große Glätte aus, die die Garne sogar webtauglich machen können.

Anhand von in den Figuren dargestellten Diagrammen werden Beispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1-5 Diagramme, in denen für Aramid-Multifilament­ garne der Zusammenhang zwischen der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft (Feinheitsfestigkeit) und der erfindungsgemäß vorgesehenen Warmverwirbelung dargestellt ist;

Fig. 6, 7 Diagramme, die für Glas- und Kohlenstoff-Multi­ filamentgarne den Zusammenhang zwischen der Feinheitsfestig­ keit und der erfindungsgemäß vorgesehenen Warmverwirbelung darstellen;

Fig. 8 ein Diagramm, in dem die Feinheitsfestigkeit von erfindungsgemäß ausgebildeten Einkomponentengarnen und commingled Garnen dargestellt ist.

In dem in Fig. 1 gezeigten Diagramm ist die Feinheitsfe­ stigkeit (in cN/tex) eines Aramidgarnes HMA 7061 darge­ stellt, wobei die gestrichelte Kurve a für ein Garn mit einer Drehung F100 und die Kurve b für ein zu Versuchszwek­ ken untersuchtes ungedrehtes Garn gilt. Die linken Enden der beiden Kurven beziehen sich auf das unverwirbelte Vorlage­ garn, während die Mitten der Kurven für ein kaltverwirbeltes Garn und die rechten Enden der Kurven für ein erfindungsge­ mäßes Garn gelten, das nach einer Vorerwärmung auf 300°C verwirbelt wurde.

Wie die beiden Kurven deutlich machen, sinkt die Feinheits­ festigkeit bei einer Kaltverwirbelung beträchtlich, während sie bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Warmverwirbelung im wesentlichen erhalten bleibt. Unterhalb des Diagramms ist der Verwirbelungsabstand (in mm) des Garns dargestellt, der im Fall des kaltverwirbelten Garns 32 mm und im Fall des warmverwirbelten Garns 19 mm beträgt.

Das Diagramm der Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Feinheitsfestigkeit und der Verwirbelungstemperatur, und zwar für ein Aramidgarn HMA 6918 mit Drehung Z100. Wie ersichtlich, steigt in diesem Fall die Feinheitsfestigkeit mit der Verwirbelungstemperatur an. Der Verwirbelungsabstand ist von der Verwirbelungstemperatur weitgehend unabhängig.

In dem Diagramm der Fig. 3 ist der Zusammenhang zwischen der Feinheitsfestigkeit und verschiedenen Erwärmungsarten für ein Aramidgarn HMA 7061 dargestellt. So wurde das Garn mit Galette auf 300°C vorerwärmt oder mit Heißluft auf 300°C bzw. 400°C vorerwärmt, und als weitere Möglichkeit wurde die Verwirbelungsluft auf 300°C erwärmt. Auch dieses Diagramm macht deutlich, daß die Feinheitsfestigkeit bei einer Kaltverwirbelung deutlich absinkt, während sie bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Warmverwirbelung praktisch gleichbleibt bzw. ansteigt.

In dem Diagramm der Fig. 4 ist zusätzlich zu der Feinheits­ festigkeit noch die Drehung (in %) für ein Aramidgarn HMA 6918 dargestellt. Die vier Knickpunkte der beiden Kurven gelten für das unverwirbelte Vorlagegarn ohne Drehung, das unverwirbelte Vorlagegarn mit Drehung Z100 sowie das warm­ verwirbelte Garn mit und ohne Drehung. Auch bei diesem Garn führt die Warmverwirbelung zu einer gewissen Erhöhung der Feinheitsfestigkeit, während die Dehnung nahezu konstant bleibt.

Das Diagramm der Fig. 5 gibt der Kurve I in Fig. 4 vergleichbare Werte für ein Aramidgarn HMA 6718.

In dem Diagramm der Fig. 6 ist die Feinheitsfestigkeit eines Multifilamentgarnes aus Glas dargestellt, das einmal als unbehandeltes Vorlagegarn, dann als kaltverwirbeltes Garn und schließlich als warmverwirbeltes Garn vorlag. Im Fall der Warmverwirbelung wurde das Garn mit Heißluft vorer­ wärmt, und zwar einmal auf 300°C und zum anderen auf 600°C. Der Verwirbelungsdruck betrug jeweils 1,0 bar.

Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, führt auch im Fall des Glasgarnes die Kaltverwirbelung zu einer deutlichen Verrin­ gerung der Feinheitsfestigkeit, während sie bei der Warmver­ wirbelung erhalten bzw. noch gesteigert wird.

Den gleichen Zusammenhang zeigt das Diagramm der Fig. 7, in dem die untere Kurve für ein Glasgarn vom Typ E und die obe­ re Kurve für ein Kohlenstoffgarn gilt.

In dem Diagramm der Fig. 8 ist die Feinheitsfestigkeit für verwirbelte und unverwirbelte Einkomponentengarne verschie­ dener Materialien wie auch für verschiedene commingled Garne dargestellt. Die kreuzschraffierten Säulen gelten für unver­ wirbelte Garne aus Aramid, Kohlenstoff, Glas bzw. PEEK. Die schräg schraffierten Säulen gelten für warmverwirbelte Garne derselben Materialien. Die mit gestrichelten Linien schraf­ fierten Säulen schließlich gelten für commingled Garne aus Aramid, Kohlenstoff bzw. Glas, denen jeweils PEEK beigemischt wurde.

Für alle Diagramme gilt, daß bei der Warmverwirbelung die Verwirbelungstemperatur 300°C betrug, sofern in den Diagram­ men nicht etwas anderes angegeben ist.

Claims (19)

1. Verfahren zum Herstellen eines Multifilamentgarnes eines Gesamttiters von 500-4000 dtex, vorzugsweise 700-3000 dtex, bei dem zumindest ein Teil des Garnes aus Hochmodul-Einzelfilamenten eines Anfangsmoduls von mehr als 50 GPa, vorzugsweise mehr als 80 GPa besteht, bei welchem Verfahren das Garn durch ein Verwirbelungsmedium, insbesondere Luft, verwirbelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelung bei einer Temperatur von (0,25-0,9)T_s durchgeführt wird, worin T_s die Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur der Hochmodul-Einzelfilamente, gemes­ sen in °C, ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelungstemperatur (0,5-0,9)T_s, vorzugsweise (0,7-0,8)T_s beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Garn so stark verwirbelt wird, daß der durchschnittliche Verwirbelungsabstand des Garns, gemessen im Nadeltest, kleiner als 150 mm, vorzugsweise kleiner als 70 mm bzw. 50 mm ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochmodul-Einzelfilamente aus Aramid bestehen und die Verwirbelungstemperatur 200-360°C, vorzugsweise 300°C beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochmodul-Einzelfilamente aus Kohlenstoff bestehen und die Verwirbelungstemperatur 200-500°C, vorzugsweise 300-500°C beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochmodul-Einzelfilamente aus Glas bestehen und die Verwirbelungstemperatur 300°-600°C, vorzugsweise 300°-500°C beträgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochmodul-Einzelfilamente vor dem Verwirbeln auf die Verwirbelungstemperatur erwärmt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmung durch Galette, Heizfläche, Heizrohr, Strahlungsheizung unter Vorspannung oder Heißluft erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das gesamte Garn aus den Hochmodul-Einzelfilamenten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungsmedium auf die Verwirbelungstemperatur erwärmt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem nur ein Teil des Garns aus den Hochmodul-Einzelfilamen­ ten und der andere Teil aus thermoplastischen Einzelfilamen­ ten eines geringeren Anfangsmoduls besteht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nur die Hochmodul-Einzelfilamente auf die Verwirbelungstemperatur vorerwärmt werden und die Verwirbe­ lung der beiden Teile mit nicht erwärmtem Verwirbelungs­ medium durchgeführt wird.

11. Verfahren naach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die thermoplastischen Einzelfilamente aus PEEK, PEI, PET oder PPS bestehen.

12. Multifilamentgarn eines Gesamttiters von 500-4000 dtex, vorzugsweise 700-3000 dtex, bei dem zumindest ein Teil des Garns aus Hochmodul-Einzelfilamenten eines Anfangsmoduls von mehr als 50 GPa, vorzugsweise mehr als 80 GPa besteht und das verwirbelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Verwirbelungsab­ stand des Garns, gemessen im Nadeltest, kleiner als 150 mm ist und die Anzahl von Brüchen der Einzelfilamente, gemessen im Lichtschrankenverfahren auf einer Seite des Garns, kleiner als 20/m ist.

13. Multifilamentgarn nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Verwirbelungsab­ stand des Garns kleiner als 70 mm, vorzugsweise kleiner als 50 mm ist.

14. Multifilamentgarn nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Brüchen der Ein­ zelfilamente kleiner als 10/m, vorzugsweise kleiner als 3/m ist.

15. Multifilamentgarn nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das insgesamt aus den Hochmodul-Einzelfilamenten besteht, dadurch gekennzeichent, daß die feinheitsbezogene Höchstzugkraft des verwirbelten Garns mindestens 80% derje­ nigen des unverwirbelten Garns beträgt.

16. Multifilamentgarn nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die feinheitsbezogene Höchstzugkraft des verwirbelten Garns mindestens 90%, vorzugsweise mehr als 100% derjenigen des unverwirbelten Garns beträgt.

17. Multifilamentgarn nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichent, daß die Hochmodul-Einzelfila­ mente aus Aramid, Kohlenstoff oder Glas bestehen.

18. Multifilamentgarn nach einem der Ansprüche 12 bis 14, 17, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil des Garns aus den Hochmodul-Einzelfilamenten und der andere Teil aus thermoplastischen Einzelfilamenten eines geringeren Anfangs­ modules besteht.

19. Multifilamentgarn nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Einzelfilamente aus PEEK, PEI, PET oder PPS bestehen.