DE60016808T2 - Schnellspinnen von kern-mantel-bikomponentenfasern - Google Patents

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Description

  • BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Schmelzspinnen von synthetischen Fasern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Schmelzspinnverfahren, durch welche Mantel/Kern-Bikomponentenpolyamidfasern hergestellt werden.
  • Polyamidfasern sind relativ billig und bieten eine Kombination von erwünschten Qualitäten wie Komfort, Wärme und Herstellungsleichtigkeit in einem breiten Bereich an Farben, Mustern und Texturen. Als Ergebnis werden Polyamidfasern weit verbreitet in einer Vielzahl an Haushalts- und Handelsgegenständen, einschließlich z.B. Teppichen, Stoffmaterial, Polstermöbel und Kleidung verwendet. Aus Polyamidfasern hergestellte Teppiche sind ein beliebter Bodenbelag, der sowohl Wohnungen als auch kommerzielle Anwendungen abdeckt.
  • Mantel/Kern-Polyamidfasern sind an und für sich bekannt. Zum Beispiel offenbart die U.S.-Patentschrift Nr. 5,447,794 Mantel/Kern-Polyamidfilamente, die fleckenbeständig sind. Gemäß der '794-Patentschrift kann es sich bei der Kernkomponente um Nylon 6, Nylon 6,6 und Copolymere davon handeln, während es sich bei der Mantelkomponente um hohe Kohlenstoffnylons wie Nylon 12,12, Nylon 6,12, Nylon 6,10, Nylon 11 und dergleichen handeln kann.
  • Multimodale Fasern sind z.B. in US-A-5 948 528 und US-A-5 486 417 beschrieben.
  • Das gegenwärtige Wissen auf dem Fachgebiet des Faserspinnens beruht darauf, dass herkömmliche Mantel/Kern-Polyamidbikomponentenfasern bei relativ langsamen Schmelzspinngeschwindigkeiten schmelzgesponnen werden müssen. In dieser Hinsicht ist gelehrt, dass das Einspinnen mit relativ geringer Geschwindigkeit von Mantel/Kern-Bikomponentenfasern nötig ist, um zu gewährleisten, dass die Mantelkomponente eine vollständige Abdeckung der Kernkomponente bereitstellt (d. h. so dass die Mantelkomponente vollständig die Kernkomponente entlang der gesamten Faserlänge umgibt). Zum Beispiel offenbart die '794-Patentschrift, dass Spinngeschwindigkeiten von weniger als 500 Meter pro Minute eingesetzt wurden (siehe Spalte 5, Zeile 23–24 der '794-Patentschrift). Aufgrund der attraktiven Eigenschaften, die Mantel/Kern-Polyamidbikomponentenfasern aufweisen, oder so hergestellt werden können, dass sie sie aufweisen, wäre es höchst wünschenswert, wenn sie mit relativ hohen Schmelzspinngeschwindigkeiten, z.B. etwa 4000 Meter pro Minute oder mehr und stärker bevorzugt etwa 4500 Meter pro Minute oder mehr schmelzgesponnen werden könnten. Ein Hochgeschwindigkeitsspinnen von Bikomponentenfasern würde folglich stark zu einer Faserherstellung mit niedrigeren Kosten beitragen. Gegen die Erfüllung eines solchen Bedarfs richtet sich die vorliegende Erfindung.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Bikomponentenfasern in Anspruch 1 definiert.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von teilweise orientierten Garnen, die aus mehreren mulilobalen Bikomponentenfilamenten zusammengesetzt sind, in Anspruch 13 definiert.
  • Die vorliegende Erfindung verkörpert sich in Verfahren, wobei multilobale Mantel/Kern-Bikomponentenfasern mit relativ hohen Spinngeschwindigkeiten und insbesondere mit Schmelzspinngeschwindigkeiten von etwa 4000 Metern pro Minute oder mehr und vorzugsweise 4500 Metern pro Minute oder mehr schmelzgesponnen werden. Besonders bevorzugt wird der Mantel aus Nylon 6, 12 gebildet, während der Kern aus Nylon 6 gebildet wird.
  • Diese und andere Aspekte und Vorteile werden deutlicher, nachdem eine umsichtige Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen davon durchgeführt wird.
  • Wie hier und in den beiliegenden Ansprüchen verwendet, bedeutet der Begriff „Faserformen", dass er Polymere beschreibt, die in eine Faserstruktur mit einer Länge von mindestens dem 100fachen ihrer Breite geformt werden können. Der Begriff „Faser" schließt Fasern von extremer oder undefinierter Länge (Filamente) und Fasern von kurzer Länge (Stapel) ein. Der Begriff „Garn" bedeutet einen kontinuierlichen Strang oder ein kontinuierliches Bündel von Fasern. Der Begriff „Bikomponentenfasern" bedeutet eine Faser mit mindestens zwei ausgeprägten Querschnittsdomänen, die jeweils aus verschiedenen Polymeren gebildet sind, und es ist deshalb beabsichtigt, konzentrische und exzentrische Mantel/Kern-Faserstrukturen einzuschließen.
  • Nahezu jedes beliebige schmelzspinnbare Polymer kann bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Klassen von geeigneten Polymermaterialien schließen Polyamide, Polyester, Acryle, Olefine, Maleinsäureanhydrid-gepfropfte Olefine und Acrylnitrile ein.
  • Die beim Bilden des Kerns und des Mantels der Bikomponentenfasern dieser Erfindung verwendeten bevorzugten Polymere sind Polyamide. In dieser Hinsicht sind diese bevorzugten Polyamide generisch durch den Begriff „Nylon" bekannt und sind langkettige synthetische Polymere, die Amid(-CO-NH-)-Bindungen entlang der Hauptpolymerkette enthalten. Geeignete schmelzspinnbare, faserbildende schließen diejenigen, die durch die Polymerisation eines Laktams oder einer Aminosäure erhalten werden, oder diejenigen Polymere, die durch die Kondensation eines Diamins und einer Dicarbonsäure gebildet werden, ein. Typische Polyamide, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, schließen Nylon 6, Nylon 6/6 , Nylon 6/9, Nylon 6/10, Nylon 6T, Nylon 6/12, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 4,6 und Copolymere davon oder Gemische davon ein. Polyamide können ebenso Copolymere von Nylon 6 oder Nylon 6/6 und ein Nylonsalz, dass durch Umsetzen einer Dicarbonsäurekomponente wie Terephthalsäure, Isophthalsäure, Adipinsäure oder Sebacinsäure mit einem Diamin wie Hexamethylendiamin, Methaxyloldiamin oder 1,4-Bisaminomethylcyclohexan erhalten wird, sein. Bevorzugt sind Polycaprolactam (Nylon 6) und Polyhexamethylenadipamid (Nylon 6/6). Besonders bevorzugt ist Nylon 6. Die bevorzugten Polyamide zeigen eine relative Viskosität zwischen 2,0 bis 4,5, vorzugsweise zwischen 2,4 bis 4,0.
  • Die zum Formen des Kerns und des Mantels der Bikomponentenfasern verwendeten faserbildenden Polymere sind voneinander verschieden. Das bestimmte faserbildende Polymer, das verwendet wird, kann auf der Basis der physikalischen Endfasereigenschaft, die erwünscht sein kann, ausgewählt werden. Besonders bevorzugt ist das Kernpolymer Nylon 6 und das Mantelpolymer Nylon 6,12.
  • Besonders bevorzugt ist der Mantel verglichen mit dem Kern relativ dünn. Das heißt, das Mantelpolymer umgibt vollständig das Kernpolymer und beträgt weniger als 30 Gew.-%, gewöhnlich weniger als 15 Gew.-% und typischerweise weniger als 10 Gew.-% des gesamten Fasergewichts. Besonders bevorzugt liegt das Mantelpolymer in einer Menge zwischen 3 Gew.-% bis 30 Gew.-%, typischerweise zwischen 3 Gew.-% bis 15 Gew.-% und gewöhnlich zwischen 3 Gew.-% bis 10 Gew.-% des gesamten Fasergewichts vor. Im Gegensatz dazu liegt das Kernpolymer in einer Menge zwischen größer als 70 Gew.-% bis 97 Gew.-%, gewöhnlich zwischen 85 Gew.-% bis 97 Gew.-% und gewöhnlich zwischen 90 Gew.-% bis 97 Gew.-% des gesamten Fasergewichts vor.
  • Die Mantel/Kern-Fasern werden unter Verwendung einer herkömmlichen Faserformapparatur gesponnen. So können z.B. getrennte Schmelzflüsse der Mantel- und Kernpolymere einem herkömmlichen Mantel/Kern-Spinndüsenbündel wie denjenigen, beschrieben in den U.S.-Patentschriften Nr. 5,162,074, 5,125,818, 5,344,297 und 5,445,884, zugeführt werden, wo die Schmelzflüsse unter Bildung von extrudierten, multilobalen (z.B. tri-, tetra-, penta- oder hexalobal) Fasern mit Mantel- und Kernstrukturen kombiniert werden. Vorzugsweise weisen die Fasern eine trilobale Struktur mit einem Modifikationsverhältnis von mindestens 2,0, vorzugsweise zwischen 2,2 und 4,0 auf. In dieser Hinsicht bedeutet der Begriff „Modifikationsverhältnis" das Verhältnis R1/R2, wobei R2 der Radius des größten Kreises, der vollständig in einem quer laufenden Querschnitt der Faser liegt und R1 der Radius des Kreises ist, der den quer laufenden Querschnitt umgibt.
  • Die extrudierten Fasern werden z.B. mit Luft gequencht, um die Fasern zu verfestigen. Die Fasern können dann abhängig von der bestimmten ins Auge gefassten Endanwendung mit einer Appretur behandelt werden. Zum Beispiel können die Fasern mit einer Appretur behandelt werden, die ein Schmieröl oder Gemisch von Ölen und antistatische Mittel umfasst. Die so geformten Fasern werden dann kombiniert, um ein Garnbündel zu bilden, das dann auf eine geeignete Verpackung gewickelt wird.
  • Während die Schmelzspinnapparatur gewöhnlich ist, ist die Spinngeschwindigkeit, die zum Spinnen der Bikomponentenfasern dieser Erfindung eingesetzt wird, sehr ungewöhnlich. Insbesondere werden durch die vorliegende Erfindung anders als beim Fachgebiet die Bikomponentenfasern mit relativ hohen Spinngeschwindigkeiten schmelzgesponnen. Vorzugsweise werden die Fasern mit Geschwindigkeiten von etwa 4000 Metern pro Minute oder mehr und stärker bevorzugt etwa 4500 Metern pro Minute oder mehr schmelzgesponnen.
  • Die Fasern der vorliegenden Erfindung können nahezu jedem gewünschten Nachspinnverfahren unterzogen werden. Zum Beispiel können die Fasern nach dem Spinnen orientiert werden. Werden sie orientiert, ist es bevorzugt, dass die Orientierung unmittelbar nach dem Schmelzspinnen (d. h. in einem einstufigen Spinn- und Orientierungsprozess) erfolgt. Besonders bevorzugt werden die Fasern der vorliegenden Erfindung zumindest teilweise orientiert und in Garne (d. h. in der Umgangssprache als teilweise orientierte Garne (POY) bekannt) gebildet. Das heißt, mehrere Enden der Fasern werden gleichzeitig schmelzgesponnen und dann unmittelbar in einem einstufigen Verfahren mit einem Zugverhältnis, das zum Erzielen einer mindestens etwa 45%igen Faserverlängerung und vorzugsweise etwa mindestens 60%igen Verlängerung ausreichend ist, orientiert.
  • Die vorliegende Erfindung wird aus dem folgenden nicht beschränkenden Beispiel weiter verständlich.
  • BEISPIELE
  • Teilweise orientierte Mantel/Kern-Bikomponentengarne (POY) wurden mit 4500 Metern pro Minute unter Verwendung von Nylon 6,12 als Mantelkomponente und Nylon 6 als Kernkomponente hergestellt. Garne mit trilobalem Querschnitt mit 40 Denier/10 Filamente wurden mit den folgenden Kern/Mantel-Verhältnissen hergestellt: 5/95, 15/85 und 30/70. Ein Garn aus einer einzelnen Komponente Nylon 6 wurde ebenso als Kontrolle hergestellt. Die Nylon-6,12- und Nylon-6-Polymere wurden von verschiedenen Extrudern, die dasselbe Heiztemperaturprofil (260 °C bis 269 °C) aufwiesen, extrudiert. Die Polymertemperaturen an den Matrizenköpfen betrugen etwa 269 °C. Die zwei getrennten Polymerströme wurden im Spinnbündel unter Verwendung der in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,344,297 an Hills (hier unter Bezugnahme eingebracht) beschriebenen Prinzipien kombiniert, um Bikomponentenfasern herzustellen. Die Fadenreihen wurden luftgequencht, geschmiert und vor dem Aufwickeln verflochten. Ein Hochgeschwindigkeitswickler (Barmag) wurde zum Aufwickeln der Garne mit 4500 Metern pro Minute verwendet.

Claims (23)

  1. Verfahren zur Herstellung von Mantel/Kern-Bikomponentenfasern, umfassend das Schmelzspinnen von ersten und zweiten Polymerströmen mit einer Schmelzspinngeschwindigkeit von 4000 Meter pro Minute oder mehr unter Bildung einer multilobalen Bikomponentenfaser, in welcher die ersten und zweiten Faserdomänen den ersten bzw. zweiten Polymerströmen entsprechen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Schmelzspinnens das Schmelzspinnen der ersten und zweiten Polymerströme zu einer Mantel/Kern-Bikomponentenfaser einschließt, wobei der erste Polymerstrom eine Kerndomäne der Bikomponentenfaser und der zweite Polymerstrom eine Manteldomäne der Bikomponentenfaser, die die Kerndomäne vollständig umgibt, bildet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten und zweiten Polymere unterschiedlich sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei jedes der ersten und zweiten Polymere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyamiden, Polyestern, Acrylen, Olefinen, Maleinsäureanhydrid, gepfropften Olefinen und Acrylnitrilen.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei jedes der ersten und zweiten Polymere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 6/9, Nylon 6/10, Nylon 6T, Nylon 6/12, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 4,6 und Copolymeren und Gemischen davon.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Polymerstrom Nylon 6 und der zweite Polymerstrom Nylon 6,12 ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Schmelzspinnens 4500 Meter pro Minute oder mehr beträgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Kern zwischen 70 bis 97 Gew.-% des Gesamtgewichts der Bikomponentenfaser und der Mantel zwischen 3 bis 30 Gew.-% des Gesamtgewichts der Bikomponentenfaser ausmacht.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Bikomponentenfasern multilobal sind und ein Modifikationsverhältnis R1/R2 zwischen 2,2 bis 4,0 aufweisen, wobei R1 der Radius eines Kreises ist, der den querlaufenden Queschnitt der Faser umgibt und R2 der Radius des größten Kreises ist, der vollständig innerhalb des querlaufenden Querschnitts liegt.
  10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend das Ziehen der Bikomponentenfaser zum Erzielen einer Faserverlängerung um mindestens 45 %.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend das Ziehen der Bikomponentenfaser zum Erzielen einer Verlängerung um mindestens 60 %.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fasern trilobal sind.
  13. Verfahren zur Herstellung von teilweise orientierten Garnen, die aus mehreren multilobalen Mantel/-Kern-Bikomponentenfasern zusammengesetzt sind, umfassend (i) Schmelzspinnen von mehreren ersten und zweiten Polymerströmen mit einer Schmelzspinngeschwindigkeit von 4000 Meter pro Minute oder mehr unter Bildung von mehreren multilobalen Bikomponentenfasern, wobei jede erste und zweite Faserdomänen aufweist, die den ersten bzw. zweiten Polymerströmen entsprechen, (ii) Ziehen der mehreren Bikomponentenfasern zum Erzielen einer Faserverlängerung um mindestens 60 % und (iii) Sammeln der mehreren Bikomponentenfasern unter Bildung eines Garns davon.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Schritt (iii) vor Schritt (ii) durchgeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Schmelzspinnens das Schmelzspinnen der ersten und zweiten Polymerströme zu einer Mantel/Kern-Bikomponentenfaser einschließt, wobei der erste Polymerstrom eine Kerndomäne der Bikomponentenfaser und der zweite Polymerstrom eine Manteldomäne der Bikomponentenfaser, die die Kerndomäne vollständig umgibt, bildet.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die ersten und zweiten Polymere unterschiedlich sind.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei jedes der ersten und zweiten Polymere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyamiden, Polyestern, Acrylen, Olefinen, Maleinsäureanhydrid, gepfropften Olefinen und Acrylnitrilen.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei jedes der ersten und zweiten Polymere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 6/9, Nylon 6/10, Nylon 6T, Nylon 6/12, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 4,6 und Copolymeren und Gemischen davon.
  19. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der erste Polymerstrom Nylon 6 und der zweite Polymerstrom Nylon 6,12 ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 15 oder 19, wobei der Schritt des Schmelzspinnens 4500 Meter pro Minute oder mehr beträgt.
  21. Verfahren nach Anspruch 15 oder 19, wobei der Kern zwischen 70 bis 97 Gew.-% des Gesamtgewichts der Bikom ponentenfaser und der Mantel zwischen 3 bis 30 Gew.-% des Gesamtgewichts der Bikomponentenfaser ausmacht.
  22. Verfahren nach Anspruch 15 oder 19, wobei die Bikomponentenfasern multilobal sind und ein Modifikationsverhältnis R1/R2 zwischen 2,2 bis 4,0 aufweisen, wobei R1 der Radius eines Kreises ist, der den querlaufenden Querschnitt der Faser umgibt und R2 der Radius des größten Kreises ist, der vollständig innerhalb des querlaufenden Querschnitts liegt.
  23. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Bikomponentenfasern trilobal sind.
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