DE60109729T2

DE60109729T2 - Verfahren zur herstellung von füllfaserprodukten, die polytrimethylenterephthalat-stapelfasern enthalten

Info

Publication number: DE60109729T2
Application number: DE60109729T
Authority: DE
Inventors: A. Ismael HERNANDEZ; David Geoffrey HIETPAS; M. James HOWELL
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: BR0107221A; ES2239166T3; MXPA02004731A; BR0107220A; ATE287980T1; EP1230451A1; TW557334B; AR033392A1; CN1401019A; EP1230450B1; JP2004509237A; ATE292203T1; AR030586A1; KR100603487B1; DE60109729D1; US20020153641A1; CN1411517A; JP2011144493A; EP1230450A1; JP2004509239A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Faserbahnen oder Fadengelege, die Polytrimethylenterephthalat ("3GT")-Kräuselstapelfasern aufweisen sowie Faserfüllprodukte, die derartige Faserbahnen und Fadengelege aufweisen, sowie Verfahren zur Herstellung der Stapelfasern, Faserbahnen, Fadengelege und Faserfüllprodukte.
EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
Polyethylenterephthalat ("2GT") und Polybutylenterephthalat ("4GT"), die im Allgemeinen bezeichnet werden als "Polyalkylenterephthalate", sind übliche kommerzielle Polyester. Polyalkylenterephthalate verfügen über hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften und speziell über chemische, Wärme- und Lichtstabilität, über hohe Schmelzpunkte und hohe Festigkeiten. Als Ergebnis haben sie weite Anwendung für Kunstharze, Folien und Fasern und einschließlich Stapelfasern und Faserfüllungen gefunden, die derartige Stapelfasern aufweisen.
Polytrimethylenterephthalat (3GT) hat als Faser aufgrund der neueren Entwicklungen zu kostengünstigeren Wegen zu 1,3-Propandiol (PDO), eine der Monomerkomponenten des Polymergrundgerüstes, zunehmendes kommerzielles Interesse erzielt. 3GT ist seit langem in Faserform wegen seiner Dispersionsfärbbarkeit bei Atmosphärendruck, seines niedrigen Biegemoduls, seiner elastischen Erholung und Rückstellvermögens angestrebt worden. Gegenüber dem Endlosfilament sind bei vielen Endanwendungen, wie beispielsweise Anwendungen zum Faserfüllen, Stapelfasern bevorzugt.
Die Herstellung von Stapelfaser, die für Faserfüllung geeignet ist, liefert eine Reihe von potentiellen Vorteilen aber auch spezifischen Problemen gegenüber früheren Stapelfasern, die in Faserfüllung verwendet wurden. Die Herausforderungen liegen darin, eine Ausgewogenheit der Eigenschaften zu erhalten, die das Erzielen einer zufriedenstellenden Faserkräuselung einschließen und eine ausreichende Faserreißdehnung (Reißfestigkeit und Abriebfestigkeit), während gleichzeitig Weichheit und geringe Faser-Faser-Reibung bewahrt bleiben. Die Ausgewogenheit der Eigenschaften ist entscheidend zum Erreichen beider nachgeschalteter Verarbeitungen, wie beispielsweise Kardieren oder Fadenöffnen, während letztendlich ein wünschenswertes Kundenprodukt bereitgestellt wird.
Im Fall von 2GT, bei dem es sich um eine weit verbreitete Stapelfaser zur Faserfüllung handelt, sind diese Probleme von den Erzeugern des Faserprodukts durch Verbesserungen der Chemie der Polymerisation und optimierte Faserherstellung gelöst worden. Dieses hat zu verbesserten Spinn- und Streckprozessen geführt, die auf die Herstellung von 2GT-Hochleistungsfasern zugeschnitten waren. Es besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Prozess für 3GT-Stapelfaser, der Fasern mit geeigneter Verarbeitbarkeit in kommerziellen Anlagen unter Einsätzen von Prozessen des Kardierens und Fadenöffnens erzeugt. Die zur Lösung dieser Probleme im Verlaufe der Jahre für 2GT- oder 4GT-Fasern entwickelten Lösungen lassen sich oftmals nicht unmittelbar auf 3GT-Fasern übertragen, was auf die besonderen Eigenschaften zurückzuführen ist, die der Chemie des 3GT-Polymers zugrunde liegen.
Das nachgeschaltete Verarbeiten von Stapelfasern zu Endanwendungen der Faserfüllung erfolgt typischerweise an konventionellen Stapelkrempeln oder Garnets. Die kandierte Bahn oder das Fadengelege werden im typischen Fall zu einem angestrebten Flächengewicht und/oder Dicke einem Kreuzlegen unterworfen, wahlweise gebondet und anschließend direkt als Füllmaterial in die gewünschte Endanwendung eingesetzt. Im Fall von Kissen zur Verwendung für den Schlafkomfort, wird das Fadengelege (das wahlweise unter Einbeziehung eines Kunstharzes oder einer niedriger schmelzenden Faser und Passage des Fadengeleges durch einen beheizten Ofen gebondet ist) geschnitten und in einen Kissenbezug mit einer typischen Füllung von 12 bis 24 Ounce gefüllt. Wie vorstehend ausgeführt, umfasst dieser Prozess mehrere Schritte, von denen viele mit hohen Geschwindigkeiten ausgeführt werden und bei denen die Fasern bis zu einem erheblichen Umfang einem Abrieb unterworfen werden und eine Herausforderung für die Zugfestigkeitseigenschaften darstellen. Beispielsweise ist der erste Schritt die Faseröffnung, der oftmals ausgeführt wird, indem die Fasern auf kraftgetriebenen Förderbändern rolliert werden, die Reihen von spitzen Stahlzähnen für die Aufgaben enthalten, große Gruppen von Fasern zu ziehen und aufzutrennen. Die geöffneten Fasern werden sodann mit Hilfe von Druckluft weiter transportiert und passieren anschließend ein Netz von Decken-Leitungssysteme und Flockenspeiser. Die Flockenspeiser füllen die Vorrichtungen zum Kandieren oder Fadenöffnen, in denen die Fasern über die kämmende Wirkung der Rollen aufgetrennt werden, die eine hohe Dichte von Zähnen aus festem Draht enthalten.
Die Fasern müssen eine wichtige Reihe von physikalischen Eigenschaften besitzen, so dass sie den vorgenannten Prozess mit guter Ausbeute passieren (Minimum an Faserschäden und Blockierungen), während das Material gleichzeitig seine Eignung zur Verwendung als Faserfüllung erhält. Eines der wichtigsten Parameter ist die Faserfestigkeit, die als die Reißfestigkeit oder Reißfestigkeit in Gramm pro Denier-Einheit definiert ist. Im Fall von 2GT können Faserreißfestigkeiten von 4 bis 7 Gramm pro Denier über einen breiten Bereich von Faser-Deniereinheiten erhalten werden. Im Fall von 3GT liegen die typischen Reißfestigkeiten unterhalb von 3 Gramm pro Denier. Diese Fasern mit lediglich wenigen Gramm Reißfestigkeit sind für eine kommerzielle Verarbeitung nicht wünschenswert. Es besteht ein Bedarf nach 3GT-Stapelfasern mit Reißfestigkeiten von mehr als 3 Gramm pro Denier und speziell nach Fasern am unteren Ende des typischen Denier-Bereiches für Stapelfasern zur Faserfüllung (2,0 bis 4,5 dpf). Darüber hinaus ist die Kräuselungsaufnahme, ein Maß für die Füllung der Faser, die ihr durch den mechanischen Kräuselprozess vermittelt wird, eine wichtige Eigenschaft für Stapelfasern zur Faserfüllung sowohl bei der Verarbeitung der Stapelfasern als auch für die Eigenschaften des resultierenden Produkts der Faserfüllung. Darüber hinaus schließen Fasermodifikationen im typischen Fall den Auftrag einer Beschichtung zur Verbesserung der Eigenschaften der Faseroberfläche ein, um Volumenhaltigkeit oder Auflockerungsvermögen der Struktur zu verbessern sowie die Faser-Faser-Reibung zu verringern. Diese Überzüge werden im typischen Fall bezeichnet als "Glättungsmittel". Derartige Überzüge erlauben eine leichtere Bewegung zwischen den Fasern, wie in den US-P-3 454 422 und 4 725 635 beschrieben wurde. Die Überzüge erhöhen auch die Gesamtauslenkung der Gruppe, da die Fasern leichter übereinander gleiten.
Die Faserkräuselung beeinflusst ebenfalls das Belastungsverhalten der dreidimensionalen Struktur. Die Faserkräuselung kann zweidimensional oder dreidimensional sein und wird konventionell mit Hilfe mechanischer Mittel erzeugt oder kann von sich aus aufgrund struktureller Verschiedenheiten oder Zusammensetzungsunterschiede in der Faser vorhanden sein. Unter der Annahme eines konstanten Fasergewichts, ähnlicher Fasergröße, Geometrie und Oberflächeneigenschaften wird in der Regel eine Faser mit geringer Kräuselung (d.h. eine hohe Amplitude, geringe Frequenz der Kräuselung) eine höhere Volumenhaltigkeit (d.h. eine hochwirksame Bauschung, dreidimensionale Struktur mit geringer Dichte, die sich leicht unter einer vorgegebenen Standardlast in Folge eines geringen Umfanges der Verknäuelung der gekräuselten Fasern) erzeugen. Im Gegensatz dazu erzeugen Fasern mit höherer Kräuselung (geringe Amplitude, hohe Frequenz) in der Regel dreidimensionale Strukturen mit höherer Dichte und verringerter Volumenhaltigkeit. Derartige dreidimensionale Strukturen höherer Dichte werden sich nicht so leicht verformen, wenn eine Standardlast aufgebracht wird, was auf ein höheres Maß an Faserverknäuelung in der Struktur zurückzuführen ist. In typischen gefüllten Artikeln ist die aufgebrachte Last (d.h. die Last, für die der Artikel bemessen wurde, um diese zu halten) ausreichend hoch, um eine relative Verschiebung der Fasern in der Struktur zu bewirken. Diese Last ist jedoch nicht groß genug, um eine plastische Verformung der einzelnen Fasern hervorzurufen.
Der Kräuselungsgrad beeinflusst ebenfalls das Vermögen der Faser, sich nach Kompression zu erholen. Fasern mit geringem Kräuselungsgrad erholen sich nicht so leicht wie Fasern mit hoher Kräuselung, da den Fasern mit geringer Kräuselung die "Federung" fehlt, die durch höhere Kräuselung vermittelt wird. Andererseits sind Fasern mit geringer Kräuselung leichter aufzulockern, was auf den geringeren Betrag der Faserverknäuelung zurückzuführen ist. Wie vorstehend diskutiert wurde, wünscht der Anwender von gefüllten Artikeln im typischen Fall sowohl Halt als auch Volumenhaltigkeit. Beide dieser Eigenschaften werden stark beeinflusst von der Kräuselungsfrequenz, jedoch in entgegengesetzter und sich widersprechender Weise. Um eine hohe Volumenhaltigkeit zu erhalten, verwendet man eine geringe Kräuselung. Dem gegenüber verwendet man eine hohe Kräuselung, um einen starken Halt zu erhalten. Weitere Variablen, die man modifizieren kann, schließen die Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Faser ein, das Einstellen der Faser-Denier und/oder eine Veränderung des Faserquerschnittes.
Für Endanwendungen der Stapelfaser für Faserfüllung muss das Produkt mehreren Kriterien genügen, die Vorbedingung für nahezu alle kommerziellen Anwendungen sind. Es besteht eine Anforderung an ein hohes Bauschvermögen und speziell einem wirksamen und widerstandsbelasteten Bauschvermögen. Wirksames Bauschvermögen bedeutet, dass das Füllmaterial vollständig und wirksam den Hohlraum ausfüllt, in dem es eingebracht ist. Materialien mit einem hohen Maß an wirksamem Bauschvermögen bezeichnet man als solche mit einem guten "Füllvermögen" aufgrund ihrer Fähigkeit, dem gefüllten Artikel eine starke Balligkeit oder ein fülliges Aussehen zu vermitteln. Widerstandsbelastetes Bauschvermögen wird hierin bezeichnet als "tragendes Bauschvermögen", was bedeutet, dass das Füllmaterial einer Verformung unter aufgebrachter Spannung widersteht. Die Strukturen mit einer Füllung mit widerstandsbelastetem Bauschvermögen vermitteln kein kissenähnliches Gefühl unter Belastung und stellen selbst unter hohen Belastungen ein gewisses Maß an elastischem Halt bereit. Eine Füllung mit widerstandsbelastetem Bauschvermögen wird angestrebt, weil gefüllte Artikel sowohl ein gutes Tragen des Bauschvermögen vermitteln als auch stark dämmend sind.
Das Rückstellvermögen, d.h. die Erholung von Spannung oder Kompression, ist ein anderes wichtiges Merkmal für Füllmaterial. Materialien mit hohem Rückstellvermögen sind lebendig und zeigen einen erheblichen Grad an Erholung von Spannung oder Kompression, während Materialien mit geringer Rückstellfähigkeit weniger Sprungkraft haben. Rückstellfähigkeit und Halt sind besonders wichtig bei Materialien, die in Erzeugnissen verwendet werden, wie beispielsweise Kissen, die sich so verhalten müssen, dass sie sich den Formen jedes beliebigen Objekts anpassen, das eine Kompression einbringt, und müssen gleichzeitig den Objekten einen angemessenen Halt bieten. Darüber hinaus muss sich das Kissen, sobald das Objekt entfernt ist, von der Kompression erholen und bereit sein, nachfolgenden Objekten, die darauf aufgebracht werden, Anpassung und Halt zu geben. Schließlich verbessert sich die technische Verarbeitbarkeit der Fasern, wenn das Rückstellvermögen zunimmt.
Traditionell hat man Daunenfüllung in Produkten verwendet, um zusätzlich zu einem Gefühl der Weichheit Polsterung und Dämmung bereitzustellen, die in vielen Fällen angestrebt werden. Die Hauptnachteile des traditionellen Füllmaterials schließen jedoch seine hohen Kosten ein und die Allergene, die üblicherweise in dem Daunenmaterial angetroffen werden. Da darüber hinaus Daunenfüllung nicht wasserfest ist, saugt sie Wasser auf und wird schwer und gewährt einen geringeren polsternden Halt bei Exponierung an feuchten Umgebungen.
Die Technik der Herstellung und Verfeinerung von synthetischen Faserfüllmaterialien versucht diese und andere Probleme zu lösen. Das oberste Ziel auf diesem Gebiet ist die Erzeugung einer synthetischen Faserfüllung gewesen, die rückstellfähig ist, komfortabel und sich auflockern lässt wie Daunen, die gleichzeitig jedoch die zwei entscheidenden Vorteile gegenüber Daune vermittelt: eine hypoallergene und wasserfeste Füllung. Ein großer Fortschritt bedeutete die Einführung von synthetischem Faserfüllmaterial, das aus Polyester hergestellt wurde. 2GT, das einige der Qualitäten der Daune besitzt, ist lange zur Erzeugung von Faserfüllmaterialien verwendet worden. Im Verlaufe der Jahre haben zahlreiche Wissenschaftler versucht, ein Polyester-Faserfüllmaterial zu schaffen, indem man sich der Daune durch Nachahmung ihrer Form genähert hat oder Wege gefunden hat, sich ihrem Verhalten anzunähern. Methoden zur Erzeugung neuer Strukturen oder Faserformen wurden beschrieben von Marcus in den US-P-4 794 038 und 5 851 665, von Broaddus in der US-P-4 836 763 und Samuelson in der US-P-4 850 847. Die aus diesen Polyestern hergestellten synthetischen Polyester haben jedoch Nachteile insofern, dass 2GT-Polyesterfasern von sich aus starr sind und eine hohe Faser-Faser-Reibung haben. Diese letztere Eigenschaft bewirkt selbst bei Fasern, die mit einer härtbaren Silicon-Appretur behandelt wurden, dass die Fasern verfilzen und zusammenklumpen, was auf eine Verknäuelung und Abrasion der Faser zurückzuführen ist. Wahrscheinlich bewirken diese Phänomene, dass die Glättungsbeschichtung im Verlaufe der Nutzungsdauer der Faserfüllung beschädigt oder entfernt wird.
Fasern werden bei Anwendungen zur Faserfüllung unter Erzeugung dreidimensionaler ("3D") lasttragender Strukturen kombiniert. Die Merkmale der Lastauslenkung derartiger dreidimensionaler Strukturen werden von drei Hauptfaktoren beeinflusst: die Eigenschaften der Faser zum Aufbau der Struktur; die Herstellungsmethode, die zur Erzeugung der dreidimensionalen Struktur zur Anwendung gelangt und die Umhüllung, die die dreidimensionale Struktur umgibt. Untersuchungen haben darüber hinaus gezeigt, dass die Auslenkung einer solchen Struktur eine Folge der Verschiebung der einzelnen Fasern in der Struktur ist. Die Faserverschiebung hängt in solchen Strukturen von dem Umfang der Kräuselung jeder Faser ab (die den Grad der Verknäuelung beeinflusst), von den mechanischen Eigenschaften (d.h. Biegemoment und Young'scher Elastizitätsmodul), den Erholungseigenschaften der Faser (wie leicht die Fasern ausgelenkt werden können und wie leicht sie sich von dieser Auslenkung wieder erholen), von der Größe und der Geometrie der Faser und den Faser-Faser-Reibungseigenschaften der Fasern (wie leicht die Fasern aneinander vorbeigleiten).
Obgleich die 3GT in ihrer kommerziellen Verfügbarkeit verhältnismäßig neu sind, sind seit ziemlich langer Zeit Forschungsarbeiten ausgeführt worden. Beispielsweise beschreibt die US-P-3 584 103 ein Verfahren zum Schmelzspinnen von 3GT-Filamenten mit asymmetrischer Doppelbrechung. Helikal gekräuselte Textilfasern aus 3GT werden durch Schmelzspinnen von Filamenten hergestellt, so dass sie über ihre Durchmesser eine asymmetrische Doppelbrechung haben, Verstrecken der Filamente zur Orientierung ihrer Moleküle, Wärmebehandeln der verstreckten Filamente bei 100° bis 190°C, während gleichzeitig die Länge konstant gehalten wird, und Erhitzen der wärmebehandelten Filamente in einem erholten Zustand oberhalb von 45°C und bevorzugt bei etwa 140°C für 2 bis 10 min, um eine Kräuselung zu entwickeln. Alle diese Beispiele demonstrieren ein Relaxieren der Fasern bei 140°C.
Die JP-P-11-107081 beschreibt eine Relaxation von 3GT-Multifilamentgarn aus unverstreckter Faser bei einer Temperatur unterhalb von 150°C und bevorzugt 110° bis 150°C für 0,2 bis 0,8 Sekunden und bevorzugt 0,3 bis 0,6 Sekunden, gefolgt von einer Falschverzwirnung des Multifilamentgarns.
Die EP-P-1 016 741 beschreibt die Verwendung eines phosphorhaltigen Additivs und bestimmter Qualitätseinschränkungen des 3GT-Polymers, um einen verbesserten Weißgrad, Schmelzstabilität und Spinnstabilität zu erhalten. Die Filamente und nach dem Spinnen und Strecken hergestellten Kurzfasern werden bei 90° bis 200°C wärmebehandelt.
Die JP-P-11-189938 lehrt die Erzeugung von 3GT-Kurzfasern (3 bis 200 min) und beschreibt einen Schritt zur Feuchtwärmebehandlung bei 100° bis 160°C für 0,01 bis 90 min oder einen Schritt der Trockenwärmebehandlung bei 100° bis 300°C für 0,01 bis 20 min. Im Arbeitsbeispiel l wird 3GT bei 260°C mit einer Garnspinn-Aufnahmegeschwindigkeit von 1.800 m/min versponnen. Nach dem Strecken der Faser erhält diese eine Wärmebehandlung mit konstanter Länge bei 150°C für 5 min mit einem Flüssigkeitsbad. Anschließend wird sie gekräuselt und geschnitten. In Arbeitsbeispiel 2 wird auf die verstreckten Fasern eine Trockenwärmebehandlung bei 200°C für 3 min angewendet.
Die GB-P-1 254 826 beschreibt Polyalkylenfilamente, Stapelfasern und Garne und einschließlich 3GT-Filamente und -Stapelfasern. Der Fokus liegt auf Teppichflor und Faserfüllung. Beispiel IV beschreibt die Anwendung des Verfahrens von Beispiel I zur Herstellung von 3GT-Endlosfilamenten. Beispiel V beschreibt die Anwendung des Verfahrens von Beispiel I zur Herstellung von 3GT-Stapelfasern. Beispiel I beschreibt das Durchführen eines Filamentbündels durch eine Stauchkammer-Texturiervorrichtung, die Wärmebehandlung des gekräuselten Produktes in Form des Spinnkabels, indem des Temperaturen von etwa 150°C für eine Dauer von 18 min ausgesetzt wird, und das Schneiden des wärmefixierten Kabels zu Stapellängen von 6 inch. Beispiel VII beschreibt die Prüfung von 3GT-Stapelfasern-Fadengelegen, welche 3GT aufweisen, die nach dem Verfahren von Beispiel IV hergestellt wurden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Faserbahn oder eines Fadengeleges, welches Polytrimethylenterephthalat-Monokomponenten- Stapelfasern aufweist, welches Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen von Polytrimethylenterephthalat, (b) Schmelzspinnen des schmelzflüssigen Polytrimethylenterephthalats bei einer Temperatur von 245° bis 285°C zu Filamenten, (c) Abschrecken der Filamente, (d) Verstrecken der abgeschreckten Filamente, (e) Kräuseln der verstreckten Filamente unter Anwendung eines mechanischen Kräuselungsapparates mit einem Kräuselungsgrad von 3 bis 12 Kräuselungen/cm (8 bis 30 Kräuselungen/inch), (f) Relaxieren der gekräuselten Filamente bei einer Temperatur von 50° bis 130°C, (g) Schneiden der relaxierten Filamente zu Stapelfasern mit einer Länge von 0,5 bis 15 cm (0,2 bis 6 inch), (h) Fadenöffnen oder Kardieren der Stapelfasern zur Erzeugung einer Faserbahn und (i) wahlweise Kreuzlegen der Faserbahn zur Erzeugung eines Fadengeleges.
Die Erfindung richtet sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Faserfüllproduktes, welches Polytrimethylenterephthalat-Monokomponentenstapelfasern aufweist, umfassend (a) Bereitstellen von Polytrimethylenterephthalat, (b) Schmelzspinnen des schmelzflüssigen Polytrimethylenterephthalats bei einer Temperatur von 245° bis 285°C zu Filamenten, (c) Abschrecken der Filamente, (d) Verstrecken der abgeschreckten Filamente, (e) Kräuseln der verstreckten Filamente unter Anwendung eines mechanischen Kräuselungsapparates mit einem Kräuselungsgrad von 3 bis 12 Kräuselungen/cm (8 bis 30 Kräuselungen/inch), (f) Relaxieren der gekräuselten Filamente bei einer Temperatur von 50° bis 130°C, (g) Schneiden der relaxierten Filamente zu Stapelfasern mit einer Länge von 0,5 bis 15 cm (0,2 bis 6 inch), (h) Fadenöffnen oder Kandieren der Stapelfasern zur Erzeugung einer Faserbahn und (i) wahlweise Kreuzlegen der Faserbahn zur Erzeugung eines Fadengeleges und (j) Füllen der Faserbahn oder des Fadengeleges zu einem Faserfüllprodukt.
Die Stapelfasern haben vorzugsweise 3 bis 15 dpf und mehr bevorzugt 3 bis 9 dpf.
Vorzugsweise haben die Stapelfasern eine Länge von 1,3 bis 7,6 cm (0,5 bis 3 inch).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kreuzlegen ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Faserbahn gebondet. Vorzugsweise wird das Bonden ausgewählt aus Sprühbonden (Sprühverfestigen), thermisches Bonden und Ultraschallbonden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Stapelfaser bei geringer Verfestigungstemperatur mit den Stapelfasern zur Verstärkung des Bondens gemischt.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Fasern, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Baumwoll-, Polyethylenterephthalat-, Nylon-, Acetat- und Polybutylenterephthalat-Fasern, mit den Stapelfasern gemischt.
Bevorzugt wird die Relaxation durch Erhitzen der gekräuselten Filamente in einem zwangsfreien Zustand ausgeführt.
Vorzugsweise wird das Verfahren ohne einen Wärmebehandlungsschritt ausgeführt.
Die Erfindung richtet sich ebenfalls auf ein Verfahren zum Herstellen einer Polytrimethylenterephthalat-Stapelfaser mit einer gewünschten Kräuselungsaufnahme, umfassend: (a) Bestimmen der Beziehung zwischen Denier und Kräuselungsaufnahme und (b) Herstellen von Stapelfasern mit einer auf der Grundlage dieser Bestimmung ausgewählten Denier-Zahl.
Die Erfindung wird in der detaillierten Beschreibung der Erfindung, der beigefügten Zeichnung und den beigefügten Patentansprüchen eingehender beschrieben.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN (AUS DER VORLÄUFIGEN PATENTANMELDUNG)
1 ist ein Streuungsdiagramm und zeigt die Beziehung zwischen Kräuselungsaufnahme und Denier-Zahl für erfindungsgemäße Fasern und zeigt ferner das Fehlen einer solchen Beziehung bei Fasern bekannter Ausführung;
2 ist ein Streuungsdiagramm und zeigt die Kurve für das tragende Bauschvermögen gegenüber der Kennzahl der Stapelpolsterreibung für die erfindungsgemäßen Fasern und kommerzielle 2GT-Faserfüllung;
3 ist ein Streuungsdiagramm und zeigt die Kurve für das tragende Bauschvermögen gegenüber der Kräuselungsaufnahme für die erfindungsgemäßen Fasern und kommerzielle 2GT-Faserfüllung;
4 ist eine graphische Darstellung der Kompressionskurven für erfindungsgemäße Fasern und kommerzielle 2GT-Faserfüllung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Herstellen gestreckter, gekräuselter Polytrimethylenterephthalat-Stapelfasern, die für Anwendungen zur Faserfüllung geeignet sind, und richtet sich auf das Verfahren zum Herstellen von Faserfüllungen aus den resultierenden Fasern sowie auf die resultierenden Fasern, Faserbahnen, Fadengelegen und andere Produkte.
Polytrimethylenterephthalat, das in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, kann hergestellt werden mit Hilfe bekannter Herstellungsmethoden (chargenweise, kontinuierlich, usw.), wie sie beispielsweise beschrieben wurden in den US-P-5 015 789, 5 276 201, 5 284 979, 5 334 778, 5 364 984, 5 364 987, 5 391 263, 5 434 239, 5 510 454, 5 504 122, 5 532 333, 5 532 404, 5 540 868, 5 633 018, 5 633 362, 5 677 415, 5 686 276, 5 710 315, 5 714 262, 5 730 913, 5 763 104, 5 774 074, 5 786 443, 5 811 496, 5 821 092, 5 830 982, 5 840 957, 5 856 423, 5 962 745, 5 990 265, 6 140 543, 6 245 844, 6 066 714, 6 255 442, 6 281 325 und 6 277 289, EP-998 440, WO 98/57913, 00/58393, 01/09073, 01/09069, 01/34693, 00/14041 und 01/14450, H. L. Traub, "Synthese und textilchemische Eigenschaften des Polytrimethylenterephthalats", Dissertation an der Universität Stuttgart (1994) und S. Schauhoff, "New Developments in the Production of Polytrimethylene Terephthalate, ((neue Entwicklungen in der Herstellung von Polytrimethylenterephthalat (PTT))", Man-Made Fiber Year Book (September 1996).
Polytrimethylenterephthalate, die als Polyester in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind kommerziell verfügbar bei der E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware, unter dem Warenzeichen "Sorona".
Das Polytrimethylenterephthalat, das für die vorliegende Erfindung geeignet ist, hat eine Grenzviskosität bei 0,60 Deziliter/Gramm (dl/g) oder höher und bevorzugt mindestens 0,70 dl/g und mehr bevorzugt mindestens 0,80 dl/g und am meisten bevorzugt mindestens 0,90 dl/g. Die Grenzviskosität beträgt typischerweise etwa 1,5 dl/g oder weniger und bevorzugt 1,4 dl/g oder weniger und mehr bevorzugt 1,2 dl/g oder weniger und am meisten bevorzugt 1,1 dl/g oder weniger. Polytrimethylenterephthalat-Homopolymere, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung besonders verwendbar sind, haben einen Schmelzpunkt von näherungsweise 225° bis 231°C.
Die Stapelfasern lassen sich herstellen, indem Polymer zu Filamenten gegebenenfalls unter Anwendung von Gleitmittel, versponnen, die Filamente verstreckt, die Filamente gekräuselt und ein Glättungsmittel aufgebracht werden, die Fasern relaxiert werden (während das Glättungsmittel gehärtet wird) und gegebenenfalls ein Antistatikum auf die Filamente aufgebracht wird, die Filamente in Form von Stapelfasern geschnitten und die Stapelfaser aufgeknäuelt werden.
Das Verspinnen wird unter Anwendung konventioneller Methoden und Anlagen ausgeführt, wie sie auf dem Fachgebiet im Zusammenhang mit Polyesterfasern bevorzugten wurden, wobei die hierin beschriebenen Vorgehensweisen beschrieben sind. Beispielsweise werden zahlreiche Methoden des Verspinnens in den US-P-3 816 486 und 4 639 347 und der GB-P-1 254 826 und den JP-P-11-189938 beschrieben.
Die Spinngeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 600 Meter pro Minute oder mehr und beträgt im typischen Fall 2.500 Meter pro Minute oder weniger. Die Spinntemperatur beträgt im typischen Fall 245°C oder mehr und 285°C oder weniger und bevorzugt 275°C oder weniger. Am meisten bevorzugt wird das Spinnen bei etwa 255°C ausgeführt.
Die Spinndüse ist eine konventionelle Spinndüse vom Typ, wie er bei konventionellen Polyestern verwendet wird, wobei Lochgröße, Anordnung und Zahl von der gewünschten Faser und der Spinnanlage abhängen.
Das Abschrecken kann in konventioneller Weise ausgeführt werden, indem Luft oder andere Fluids verwendet werden, wie sie auf dem Fachgebiet beschrieben werden (z.B. Stickstoff). Es können Querstrom-, Radial-, asymmetrische oder andere Kühlmethoden angewendet werden.
Nach dem Kühlen können konventionelle Spinnzusätze mit Hilfe von Standardmethoden aufgetragen werden (z.B. unter Verwendung einer Platschwalze).
Nach dem bevorzugten Verfahren werden schmelzgesponnene Filamente auf einem Spinnkabelzylinder aufgenommen und anschließend mehrere Spinnkabelzylinder zusammengesetzt und aus den Filamenten ein großes Spinnkabel erzeugt. Danach werden die Filamente unter Anwendung konventioneller Methoden verstreckt und vorzugsweise bei 46 bis 110 m/min (50 bis 120 yard/min). Die Streckverhältnisse reichen bevorzugt von 1,25 bis 4 und mehr bevorzugt von 1,25 bis 2,5. Das Verstrecken kann wahlweise unter Anwendung eines zweistufigen Streckprozesses ausgeführt werden (siehe hierzu beispielsweise die US-P-3 816 486). Während des Streckens kann unter Anwendung konventioneller Methoden eine Appretur aufgebracht werden.
Beim Herstellen von Stapelfasern für Textilanwendungen werden die Fasern vorzugsweise nach dem Verstrecken und vor dem Kräuseln und Relaxieren wärmebehandelt. Unter "Wärmebehandeln" wird verstanden, dass die verstreckten Fasern unter Spannung erhitzt werden und bevorzugt bei 85° bis 115°C für 3GT. Dieses erfolgt im typischen Fall unter Anwendung beheizter Rollen oder Sattdampf. Der Wärmebehandlungsprozess hat die Aufgabe des Aufbaus einer Kristallinität mit einer bevorzugten Orientierung entlang der Faserachse, wodurch die feinheitsbezogene Reißfestigkeit der Faser zunimmt. Da bei Anwendungen zur Faserfüllung das nachgeschaltete Verarbeiten auf das Kardieren und Fadenöffnen beschränkt ist und die Faser keinen belastenden und abrasiven Garnspinnprozessen unterworfen wird, ist ein Wärmebehandlungsschritt im typischen Fall bei der Herstellung von Stapelfasern für Anwendungen zur Faserfüllung nicht erforderlich.
Es können konventionelle Methoden der mechanischen Kräuselung angewendet werden. Bevorzugt ist eine mechanische Vorrichtung zur Stapelfaserkräuselung mit Dampfunterstützung, wie beispielsweise eine Stauchkammer.
Eine Appretur kann unter Anwendung konventioneller Methoden auf der Kräuselvorrichtung aufgebracht werden.
Der Kräuselungsgrad beträgt im typischen Fall 3 Kräuselungen pro cm (cpc) oder mehr (8 Kräuselungen pro inch (cpi) oder mehr), mehr bevorzugt 3,9 cpc (10 cpi) oder mehr und im typischen Fall 11,8 cpc (30 cpi) oder weniger und bevorzugt 9,8 cpc (25 cpi) oder weniger und mehr bevorzugt 7,9 cpc (20 cpi) oder weniger. Bei Anwendungen zur Faserfüllung werden Werte für den Kräuselungsgrad von etwa 3,9 cpc (10 cpi) am meisten bevorzugt. Die resultierende Kräuselungsaufnahme (%) ist eine Funktion der Fasereigenschaften und beträgt vorzugsweise 10% oder mehr und mehr bevorzugt 15% oder mehr und noch mehr bevorzugt 20% oder mehr und weiterhin mehr bevorzugt 30% oder mehr und vorzugsweise bis zu 40% und mehr bevorzugt bis zu 60%.
Bevorzugt wird nach der Kräuselung und vor dem Relaxieren ein Glättungsmittel aufgetragen. Beispielhafte Glättungsmittel, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, wurden in der US-P-4 725 635 beschrieben.
Die Erfinder haben festgestellt, dass ein Absenken der Temperatur der Relaxation entscheidend dafür ist, eine maximale Kräuselungsaufnahme zu erhalten. Unter "Relaxation" wird verstanden, dass die Filamente in einem zwangsfreien Zustand erhitzt werden, so dass die Filamente frei sind von Schrumpfung. Die Relaxation wird nach dem Kräuseln und vor dem Schneiden ausgeführt. Im typischen Fall wird die Relaxation ausgeführt, um die Schrumpfung herauszunehmen und die Fasern zu trocknen. In einer typischen Relaxiervorrichtung liegen die Fasern auf einem Förderband und laufen durch einen Ofen. Die Mindesttemperatur der Relaxation, die für die vorliegende Erfindung anwendbar ist, beträgt 40°C, da niedrigere Temperaturen der Faser nicht ermöglichen, in einem ausreichenden Zeitraum zu trocknen. Bevorzugt liegt die Temperatur der Relaxation unterhalb von 130°C, vorzugsweise beträgt sie 120°C oder weniger und mehr bevorzugt 105°C oder weniger und noch mehr bevorzugt 100°C oder weniger und weiterhin mehr bevorzugt weniger als 100°C und am meisten bevorzugt weniger als 80°C. Die Relaxationstemperatur beträgt vorzugsweise 55°C oder mehr und mehr bevorzugt mehr als 55°C und mehr bevorzugt 60°C oder mehr und am meisten bevorzugt mehr als 60°C. Vorzugsweise wird eine Relaxationsdauer von 60 min nicht überschritten, wobei sie mehr bevorzugt 25 min oder weniger beträgt. Die Relaxationsdauer muss ausreichend lang sein, um die Fasern zu trocknen und die Fasern auf die gewünschte Relaxationstemperatur zu bringen, was von der Größe der Denier-Zahl des Spinnkabels abhängt und Sekunden betragen kann, wenn geringe Größen (z.B. 1.000 Denier (1.100 dtex)) relaxiert werden. Bei kommerziellen Einstellungen können die Zeiten bis zu 1 min betragen. Bevorzugt laufen die Filamente durch den Ofen mit einer Geschwindigkeit von 46 bis etwa 183 Meter/Minute (50 bis 200 Yard/Minute) für 6 bis 20 Minuten oder bei anderen Geschwindigkeiten, die geeignet sind, um die Fasern zu relaxieren und zu trocknen. Vorzugsweise wird das Glättungsmittel während des Relaxierens gehärtet.
Wahlweise kann auf die Filamente nach ihrem Relaxieren eine antistatische Ausrüstung aufgebracht werden.
Vorzugsweise werden die Filamente in einem Piddler-Zylinder aufgenommen, gefolgt von einem Schneiden und gegebenenfalls Härten und Aufknäueln. Die Stapelfasern der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt auf einer der Relaxation nachgeschalteten mechanischen Schneidvorrichtung geschnitten.
Die Fasern haben vorzugsweise 0,5 bis 15 cm (0,2 bis 6 inch) und mehr bevorzugt 1,3 bis 7,6 cm (0,5 bis 3 inch) und am meisten bevorzugt 3,81 cm (1,5 inch). Für unterschiedliche Endanwendungen können unterschiedliche Stapellängen bevorzugt sein.
Die Fasern können nach dem Schneiden und vor dem Aufknäueln fixiert werden. Methoden zum Fixieren und die Zeiten werden variieren und können unter Anwendung von UV-Vorrichtungen Sekunden betragen oder bei Verwendung eines Ofens noch länger. Ofentemperaturen betragen vorzugsweise 80° bis 100°C.
Die Stapelfaser hat vorzugsweise eine feinheitsbezogene Reißfestigkeit von 3,0 Gramm/Denier (g/d) (2,65 cN/dtex (die Umwandlungen zu cN/dtex wurden ausgeführt unter Anwendung von 0,883 multipliziert mit dem g/d-Wert, bei denen es sich um die in der Industrie übliche Standardmethode handelt)) oder darüber und vorzugsweise mehr als 3,0 g/d (2,65 cN/dtex) und mehr bevorzugt 3,1 g/d (2,74 cN/dtex) oder höher, um ein Verarbeiten auf der Hochgeschwindigkeitsspinnanlage und Kardieranlage ohne Beschädigung der Faser zu ermöglichen. Feinheitsbezogene Reißfestigkeiten bis zu 4,6 g/d (4,1 cN/dtex) oder höher können mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung erreicht werden. Besonders bemerkenswert ist, dass diese Reißfestigkeiten mit Dehnungen (Reißdehnung) von 55% oder weniger und normalerweise 20% oder mehr erreicht werden können.
Bei der Faserfüllung kommen Stapelfasern mit 0,88 bis 44 dtex (0,8 bis 40 dpf) zur Anwendung. Für Faserfüllung hergestellte Fasern haben typischerweise mindestens 3,3 dtex (3 dpf) und mehr bevorzugt mindestens 6,6 dtex (6 dpf). Typischerweise haben sie 16,5 dtex (15 dpf) oder weniger und mehr bevorzugt 9,9 dtex (9 dpf) oder weniger. Bei zahlreichen Anwendungen, wie beispielsweise Kissen, haben die Stapelfasern bevorzugt 6,6 dtex (6 dpf).
Die Fasern enthalten bevorzugt mindestens 85 Gew.-% und mehr bevorzugt 90 Gew.-% und noch mehr bevorzugt mindestens 95 Gew.-% Polytrimethylenterephthalat-Polymer. Die am meisten bevorzugten Polymere enthalten im Wesentlichen insgesamt Polytrimethylenterephthalat-Polymer und die in Polytrimethylenterephthalat-Fasern verwendeten Additive (Additive schließen Antioxidantien ein, Stabilisiermittel (z.B. UV-Stabilisiermittel), Mattierungsmittel (z.B. TiO₂, Zinksulfid oder Zinkoxid), Pigmente (z.B. TiO₂, usw.), Flammhemmmittel, Antistatika, Farbstoffe, Füllstoffe (wie beispielsweise Calciumcarbonat), antimikrobielle Mittel, antistatische Mittel, optische Aufheller, Streckmittel, Verarbeitungshilfen und andere Verbindungen, die den Herstellungsprozess oder das Verhalten von Polytrimethylenterephthalat verbessern). Bei Verwendung wird TiO₂ bevorzugt in einer Menge von mindestens 0,01 Gew.-% und mehr bevorzugt mindestens 0,02 Gew.-% und vorzugsweise bis zu 5 Gew.-% und mehr bevorzugt bis zu 3 Gew.-% und am meisten bevorzugt bis zu 2 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Polymere oder Fasern zugesetzt. Matte Polymere enthalten bevorzugt 2 Gew.-% und halbmatte Polymere bevorzugt etwa 0,3 Gew.-%.
Bei den Fasern der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einkomponentige Fasern. (Damit sind speziell zweikomponentige und mehrkomponentige Fasern ausgeschlossen, wie beispielsweise Mantel-Kern- oder Seite-an-Seite-Fasern, die aus zwei verschiedenen Typen von Polymeren oder zwei gleiche Polymere mit unterschiedlichen Merkmalen in dem jeweiligen Bereich hergestellt werden, wobei jedoch andere Polymere nicht ausgeschlossen werden, die in der Faser und den Additiven, die vorhanden sind, dispergiert sind). Sie können massiv, hohl oder mehrfach-hohl sein. Es können runde oder andere Fasern hergestellt werden (z.B. achtlappig, mit Rosetten (auch als "sol" bekannt), gewellt-oval, dreilappig, mit vier Kanälen (auch bekannt als "quatra-channel"), mit gewellten Rippen, Rippen, sternchenförmig, usw.).
Die Stapelfasern der vorliegenden Erfindung sind für Anwendungen zur Faserfüllung vorgesehen. Vorzugsweise werden die Knäuel geöffnet, die Fasern gekämmt (Fadenöffnung oder Kardierung), um eine Faserbahn zu erzeugen, wobei die Faserbahn einem Kreuzlegen unterbrochen wird, um ein Fadengelege zu erzeugen (dieses ermöglicht das Erzielen eines höheren Gewichts und/oder Größe), wobei die Fadengelege in das fertige Produkt unter Anwendung einer Vorrichtung zum Kissenstopfen oder einer anderen Einfüllvorrichtung gefüllt werden. Die Fasern in der Faserbahn können weiter miteinander verfestigt werden, indem übliche Methoden des Bondierens angewendet werden, wie beispielsweise das Sprühbonden (Kunstharz), Thermobonden (niedrig schmelzend) und Ultraschallbonden. Gegebenenfalls wird eine Stapelfaser mit niedriger Temperatur des Bondens (z.B. ein Polyester mit geringer Temperatur des Bondens) mit den Fasern zur Verbesserung des Bondens gemischt.
Nach der Erfindung erzeugte Faserbahnen haben im typischen Fall 17 bis 68 g/m² (0,5 bis 2 ounce/yard²). Kreuzgelegte Fadengelege weisen 30 bis 1.000 g/m² Fasern auf.
Unter Anwendung der Erfindung ist es möglich, eine Polytrimethylenterephthalat-Faserfüllung mit Eigenschaften herzustellen, die der Faserfüllung der 2GT-Stapelfaser überlegen ist, einschließlich mit erhöhter Weichheit der Faser, Berstfestigkeit, Eigenbauschung und überlegenen Eigenschaften des Feuchtigkeitstransports, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Erfindung richtet sich ebenfalls auf eine Faserfüllung, die Polytrimethylenterephthalat-Stapelfasern aufweist, und auf das Verfahren zur Erzeugung der Fasern sowie auf das Verfahren zur Erzeugung der Faserfüllung aus den Fasern.
Eine nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Faserfüllung kann in vielen Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Bekleidung (z.B. Büstenhalterpolsterung), Kissen, Möbel, Dämmung, Steppdecken, Filter, Autos (z.B. Polsterungen), Schlafsäcke, Matrazenauflagen und Matrazen.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung haben bevorzugt ein "tragendes Bauschvermögen" (BL2) von 0,2 oder mehr und vorzugsweise von 0,4 inch oder weniger. Dieses wird über das Verhalten in einem Fadengelege gemessen.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele werden zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung geboten und sind nicht als einschränkend auszulegen. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Anteile und Prozentangaben usw. auf Gewicht bezogen.
MESSUNGEN UND EINHEITEN
Die hierin diskutierten Messungen wurden unter Anwendung konventioneller US-Textileinheiten, einschließlich Denier, ausgeführt, bei dem es sich um eine metrische Einheit handelt. Um den vorgeschriebenen Praktiken außerhalb der USA zu genügen, werden die US-Einheiten hierin gemeinsam mit den entsprechenden metrischen Einheiten angegeben. Die speziellen Eigenschaften der Fasern wurden entsprechend der nachfolgenden Beschreibung gemessen.
RELATIVE VISKOSITÄT
Die relative Viskosität ("LRV") ist die Viskosität von Polymer, das in HFIP-Lösemittel (Hexafluorisopropanol mit einem Gehalt von 100 ppm 98%iger chemisch reiner Schwefelsäure). Der Apparat zum Messen der Viskosität ist ein Kapillarviskosimeter, das man bei einer Reihe von kommerziellen Anbietern (Design Scientific, Cannon, usw.) erhalten kann. Die relative Viskosität wird in Centistokes an einer 4,75 gew.-%igen Lösung von Polymer in HFIP bei 25°C im Vergleich zu der Viskosität von reinem HFIP bei 25°C gemessen.
GRENZVISKOSITÄT
Die Grenzviskosität (IV) wurde unter Anwendung der Viskositätsmessung mit einem Viscotek Forced Flow-Viskosimeter Y900 (Viscotek Corporation, Houston, TX) für das in 50/50 Gew.-% Trifluoressigsäure/Dichlormethan bei einer Konzentration von 0,4 g/dl bei 19°C aufgelöstem Polyester auf der Grundlage einer automatisierten Methode nach dem Standard ASTM D5225-92 bestimmt.
KRÄUSELUNGSAUFNAHME
Die Kräuselungsaufnahme ("CTU", crimp take-up) ist eine der Angaben für das Rückstellvermögen der Faser, mit der gemessen wird, wie gut die angegebene Frequenz und Amplitude der sekundären Kräuselung in der Faser fixiert ist. Die Kräuselungsaufnahme setzt die Länge der gekräuselten Faser mit der Länge der langgestreckten Faser in Beziehung und wird dadurch von der Kräuselamplitude, der Kräuselfrequenz und der Fähigkeit der Kräuselungen beeinflusst, einer Verformung entgegen zu wirken. Die Kräuselungsaufnahme wird berechnet anhand der Formel: CTU(%) = [100(L1 – L2)/L1 worin L₁ die gestreckte Länge darstellt (Fasern, die unter einer angehängten Last von 0,13 ± 0,02 Gramm pro Denier ((0,115 ± 0,018 dN/tex) für eine Dauer von 30 Sekunden hängen) und L₂ stellt die Kräusellänge dar (Länge der gleichen Fasern, die unter einem angehängten Gewicht im Ruhezustand für 60 Sekunden nach der ersten Dehnung hängen).
TRAGENDES BAUSCHVERMÖGEN
Die Bauscheigenschaften der Fadengelege der vorliegenden Erfindung wurden bestimmt, indem die Füllstruktur auf einer Instron-Prüfmaschine und die Höhe unter Last bestimmt wurden. Der Test, der nachfolgend bezeichnet wird als Messversuch für den gesamten Einsatzbereich des Bauschvermögens ("TBRM"), wird ausgeführt, indem Flächen mit einer Seitenlänge von 15,25 cm (6 inch) aus einer kardierten Faserbahn geschnitten werden und diese in Form eines Kreuzgeleges gestapelt werden, bis ein Gesamtgewicht von etwa 20 g erreicht ist. Die Gesamtfläche wird sodann unter einer Last von 22,7 kg (50 pound) zusammengedrückt. Die Stapelhöhe wird (nach einem Konditionierzyklus unter einer Last von 0,9 kg (2 pound) bei Höhen von Belastungen von 0,0007 H₁ und 0,014 H₅ kg/cm² bzw. 68,95 und 1.378,98 Pa Überdruck (0,01 und 0,2 pounds per square inch) aufgezeichnet. H_i ist die Anfangshöhe und ein Maß für die wirksame Bauschung, d.h. für die Anfangsbauschung oder für das Füllvermögen, und H₅ ist die Höhe unter Last und ein Maß für die widerstandsbelastete Bauschung, d.h. für die tragende Bauschung. Wie in der US-P-5 723 215 unter Bezugnahme auf die US-P-3 772 137 und 5 458 971 beschrieben wurde, werden die Höhen BL1 und BL2 in inch gemessen, und zwar BL1 bei etwa 7 N/m² (0,001 psi) und BL2 bei etwa 1.400 N/m² (0,2 psi).
REIBUNG
Die Reibung wird mit Hilfe der Methode der "Stapelpolsterreibung" ("SPF") gemessen. Es wird ein Stapelpolster der Fasern, deren Reibung gemessen werden soll, sandwichartig zwischen einem Gewicht auf der Oberseite des Stapelpolsters und einer Grundfläche, d.h. unterhalb des Stapelpolsters angeordnet und auf dem unteren Kreuzkopf einer Instron 1122-Prüfmaschine eingespannt (ein Erzeugnis von Instron Engineering Corp., Canton, Mass).
Das Stapelpolster wird hergestellt, indem die Stapelfasern (unter Anwendung einer SACO-Lowell-Oberwalzenkarde) unter Erzeugung eines Fadengeleges kandiert werden, das in Abschnitte geschnitten wird mit einer Länge von 10,2 cm (4,0 inch) und einer Breite von 6,4 cm (2,5 inch) mit einer Orientierung der Fasern in Längsrichtung des Fadengeleges. Es werden ausreichend Abschnitte übereinander gestapelt, so dass das Stapelpolster 1,5 g wiegt. Das Gewicht auf der Oberseite des Stapelpolsters mit einer Länge von 4,78 cm (1,88 inch), einer Breite von 3,86 cm (1,52 inch) und einer Höhe von 3,71 cm (1,46 inch) hat ein Gewicht von 496 g. Die Oberflächen des Gewichts und der Grundfläche, die das Stapelpolster kontaktieren, werden mit Schmirgelleinen (mit einer Körnung im Bereich von 220 bis 240) abgedeckt, das mit den Oberflächen des Stapelpolsters Kontakt hat. Das Stapelpolster wird auf die Grundfläche gesetzt. Das Gewicht wird auf die Mitte des Polsters aufgebracht. An einer der kleineren vertikalen Seiten (Breite × Höhe) des Gewichts wird ein Nylon-Monofilamentfaden angebracht und um eine kleine Riemenscheibe bis zum oberen Kreuzkopf der Instronmaschine gelegt und auf diese Weise um die Riemenscheibe in einem Umhüllungswinkel von 90° gewickelt.
Ein mit der Instronmaschine verbundener Computer gibt ein Startsignal für den Test. Der untere Kreuzkopf der Instronmaschine wird mit einer Geschwindigkeit von 31,75 cm/min (12,5 in/min) nach unten bewegt. Das Stapelpolster, das Gewicht und die Riemenscheibe werden ebenfalls mit der Grundfläche nach unten bewegt, die auf dem unteren Kreuzkopf befestigt sind. In dem Nylonfaden nimmt die Spannung in dem Maße zu, wie er zwischen dem Gewicht, das sich nach unten bewegt, und dem oberen Kreuzkopf, der stationär bleibt, gestreckt wird. Die Spannung wird auf das Gewicht in einer horizontalen Richtung aufgebracht die die Richtung der Orientierung der Fasern in dem Stapelpolster ist. Zu Anfang gibt es keine oder kaum eine Bewegung im Inneren des Stapelpolsters. Die auf dem oberen Kreuzkopf der Instronmaschine aufgebrachte Kraft wird mit Hilfe einer Druckmessdose überwacht und nimmt bis zu einem Grenzwert zu, wenn die Fasern in dem Polster beginnen, sich zueinander schneller zu bewegen. (Durch das Schleifleinen an den Grenzflächen des Stapelpolsters gibt es wenig Relativbewegung an diesen Grenzflächen, so dass im Wesentlichen jede Bewegung aus den Fasern im Inneren des Stapelpolsters resultiert, die sich zueinander schnell bewegen). Der Wert der Grenzkraft zeigt an, wieviel zur Überwindung der statischen Faser-Faser-Reibung erforderlich ist und wird aufgezeichnet.
Der Reibungskoeffizient wird bestimmt, indem die gemessene Grenzkraft durch das Gewicht von 496 g dividiert wird. Es werden 8 Werte verwendet, um den Mittelwert des SPF zu berechnen. Diese 8 Werte werden erhalten, indem an jedem von 2 Stapelpolsterproben 4 Bestimmungen ausgeführt werden.
KISSENBAUSCHUNG
Die Messungen der Kissenbauschung unterscheiden sich von den bereits beschriebenen Messungen der Faserbauschung, die hierin erklärt wurden. Es wurden Kissen aus Füllstoffstrukturen geringer Dichte hergestellt und Messungen zur Bestimmung ihrer Bauscheigenschaften unterworfen. Die Kissen wurden hergestellt, indem ein Fadengelege aus einem kreuzgelegten Faserband erzeugt wurde. Das Faserband wurde in geeignete Längen geschnitten, um für das angestrebte Gewicht zu sorgen, und wurde gewalzt und in einen Baumwollkissenbezug mit einer Abmessung von 50,8 cm × 66,0 cm (20 × 26 inch) im angefüllten Zustand eingeführt. Die Werte für die Messungen an den Füllstrukturen, die in den Beispielen angegeben werden, sind Mittelwerte.
Kissen, die aus Füllmaterial gefertigt werden, das über die größte wirksame Bauschung oder Füllvermögen verfügt, haben die größte Mittenhöhe. Die Mittenhöhe des Kissens ohne eine Last, H_O, wird bestimmt, indem in die gegenüberliegenden Ecken des Kissens mehrere Male eingeschlagen wird und das Kissen auf den beladungsabhängigen Tisch einer Instron-Prüfmaschine gelegt und dessen Höhe bei einer Last von 0 gemessen wird. Die Instron-Prüfmaschine ist mit einem Presserfuß mit Metallteller mit einem Durchmesser von 10,2 cm (4 inch) ausgestattet. Der Presserfuß wird sodann unter Anwendung einer Last von 4,54 kg (10 pound) bis zum Mittelabschnitt des Kissens belastet und die Kissenhöhe an dieser Stelle als die Lasthöhe, H_L, aufgezeichnet. Vor den eigentlichen Messungen von H_O und H_L wurde das Kissen einem Zyklus von 9,08 kg (20 pound) Druck ausgesetzt und die Last zur Wiederherstellung genommen. Für die H_L-Messung wurde eine Last von 4,5 kg (10 pound) verwendet, da diese der auf ein Kissen unter tatsächlichen Anwendungsbedingungen aufgebrachten Last nahe kommt. Kissen mit den höchsten H_L-Werten zeigen gegenüber einer Verformung den größten Widerstand und liefern damit die größte tragende Bauschung.
Die Bauschhaltbarkeit wurde ermittelt, indem die Füllstruktur wiederholten Zyklen von Kompression und Lastfreigabe unterworfen wurde. Derartige wiederholte Zyklen oder Arbeitsgänge der Kissen wurden ausgeführt, indem das Kissen auf einen Drehtisch gelegt wurde, der mit 2 Paar hydraulisch betätigten Arbeitsfüßen von 10,2 cm × 30,5 cm (4 × 12 inch) ausgestattet war und die oberhalb des Drehtisches in einer solchen Weise angebaut waren, dass während einer Umdrehung im Wesentlichen der gesamte Inhalt einer Kompression und Lastfreigabe unterworfen wurde. Die Kompression wurde aufgebracht, indem die Arbeitsfüße mit einem hydraulischen Überdruck von 552 kPa (80 pounds per square Inch) betätigt wurden, so dass sie eine statische Belastung von näherungsweise 56,6 kg (125 pound) ausübten, sobald sie in Kontakt mit dem Drehtisch gelangten. Der Drehtisch dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 1 U/110 s, und jeder der Arbeitsfüße wirkt auf das Füllmaterial 17 Mal pro Minute komprimierend und lastfreigebend. Nachdem es über eine vorgegebene Zeitdauer wiederholt komprimiert wurde, wurde das Kissen durch mehrmaliges Einschlagen der gegenüberliegenden Ecken aufgelockert. Wie zuvor wurde das Kissen einem Zyklus zum Wiederherstellen unterworfen und die Werte für H_O und H_L bestimmt.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Dieses Vergleichsbeispiel beruht auf einer Verarbeitung von Polyethylenterephthalat (" 2GT") unter Anwendung typischer 2GT-Bedingungen. Es wurden 2GT-Fasern mit 6,6 dtex (6 Denier pro Filament) mit runden Hohlfasern durch Schmelzextrudieren von 21,6 LRV-Flocken in konventioneller Weise bei 297°C durch eine 144 Loch-Spinndüse bei etwa 7 kg/h (16 pph) mit einer Spinngeschwindigkeit von etwa 684 m/min (748 ypm) erzeugt, eine Appretur aufgebracht und die Garne auf Röhren aufgenommen. Die auf diesen Röhren aufgenommenen Garne wurden zu einem Spinnkabel vereint und in konventioneller Weise mit etwa 91 m/min (100 ypm) unter Anwendung einer zweistufigen Streckung (siehe beispielsweise die US-P-3 816 486) überwiegend in einem Wasserbad (das verdünnte Appretur enthielt) gestreckt. Die erste Streckstufe streckte die Faser in einem Bad bei 45°C um etwa das 1,5-fache. Eine nachfolgende Streckung von etwa dem 2,2-fachen wurde in einem Bad bei 98°C ausgeführt. Die Faser wurde sodann in konventioneller Weise unter Anwendung einer konventionellen mechanischen Stapelkräuselvorrichtung mit Dampfunterstützung gekräuselt. Die Faser wurde unter Anwendung zweier verschiedener Kräuselwerte und zweier verschiedener Dampfkonzentrationen gekräuselt. Die Fasern wurden sodann in konventioneller Weise bei 180°C relaxiert. Die Kräuselungsaufnahme ("CTU") wurde nach dem Kräuseln gemessen und ist in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben.
TABELLE 1 EINFLUSS EINER RELAXATIONSTEMPERATUR VON 180°C AUF 2GT
BEISPIEL 1 (KONTROLLE – HOCHTEMPERATURBEDINGUNGEN DER RELAXIEREINRICHTUNG)
Dieses Beispiel veranschaulicht, dass, wenn Stapelfasern unter Anwendung hoher Relaxationstemperaturen hergestellt werden, aus 3GT erzeugte Stapelfasern eine deutlich schlechtere Qualität haben als 2GT-Stapelfasern. Es wurde 3GT mit 6,6 dtex (6 Denier pro Filament) mit runden hohlen Fasern unter Anwendung der gleichen Verarbeitungsbedingungen wie im Vergleichsbeispiel mit der Ausnahme erzeugt, dass aufgrund des Unterschiedes im Schmelzpunkt gegenüber dem 2GT die 3GT-Fasern bei 265°C extrudiert wurden. Die erste Streckstufe streckte die Faser etwa 1,2-fach. Die Kräuselungsaufnahme der 3GT-Fasern wurde nach dem Kräuseln gemessen und ist in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben.
TABELLE 2 EINFLUSS EINER RELAXATIONSTEMPERATUR VON 180°C AUF 3GT
Vergleicht man die in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Ergebnisse, so kann leicht festgestellt werden, dass die unter ähnlichen Verarbeitungsbedingungen der Stapelfasern hergestellten 3GT-Fasern, die mit den hohen Relaxationstemperaturen erzeugt wurden, über eine sehr viel geringere Kräuselbeständigkeit verfügten, was zu einer verringerten tragenden Bauschung führt. Darüber hinaus verfügten die 3GT-Fasern über eine verringerte mechanische Festigkeit. Diese Eigenschaften sind für Anwendungen in der Faserfüllung entscheidend und machen die vorgenannten 3GT-Ergebnisse generell unrentabel oder lassen diese unbefriedigend sein.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Dieses Vergleichsbeispiel beruht auf der Verarbeitung von 2GT unter Anwendung der erfindungsgemäßen Verarbeitungsbedingungen für 3GT.
In diesem Beispiel wurden 2GT-Fasern von etwa 6,6 dtex (6 Denier pro Filament) in konventioneller Weise bei 42 kg/h (92 pph) bei 280°C unter Verwendung einer 363 Loch-Spinndüse und einer Spinngeschwindigkeit von etwa 823 m/min (900 ypm) gesponnen und auf Röhren aufgenommen. Die auf diesen Röhren aufgenommenen Garne wurden zu einem Spinnkabel vereint und in konventioneller Weise unter Anwendung einer zweistufigen Streckung in überwiegend einem Wasserbad bei etwa 91 m/min (100 ypm) gestreckt. Die erste Streckstufe streckte die Faser etwa 3,6-fach in einem Bad bei 40°C. Die nachfolgende Streckung von etwa 1,1-fach wurde in einem Bad bei 75°C ausgeführt. Anschließend wurde die Faser in konventioneller Weise gekräuselt, indem eine konventionelle mechanische Stapelfaser-Kräuselvorrichtung mit Dampfunterstützung angewendet wurde. Die Faser wurde unter Verwendung von Dampf mit 103 kPa (15 psi) zu etwa 5 c/cm (12 cpi) gekräuselt. Anschließend wurden die Fasern in konventioneller Weise bei verschiedenen Temperaturen relaxiert. Die Kräuselungsaufnahme wurde nach dem Kräuseln gemessen und ist in Tabelle 3 gezeigt.
TABELLE 3 EINFLUSS NIEDRIGER RELAXATIONSTEMPERATUREN AUF 2GT BEI 12 CPI (5 c/cm)
Das 2GT zeigt eine lediglich geringe Abnahme in der Erholung, die durch Kräuselungsaufnahme mit erhöhter Relaxationstemperatur gemessen wurde.
BEISPIEL 2
In diesem Beispiel wurden 3GT-Fasern mit 4,4 dtex (4,0 Denier pro Filament) mit runden Fasern durch Schmelzextrudieren von Flocken in konventioneller Weise bei 265°C durch eine 144 Loch-Spinndüse bei etwa 6 kg/h (14 pph) mit einer Spinngeschwindigkeit von etwa 503 m/min (550 ypm) erzeugt, eine Appretur aufgebracht und die Garne auf Röhren aufgenommen. Diese Garne wurden zu einem Spinnkabel vereint und bei etwa 91 m/min (100 ypm) in konventioneller Weise unter Anwendung eines zweistufigen Streckens überwiegend in einem Wasserbad gestreckt. Die erste Streckstufe streckte die Faser etwa 3,6-fach überwiegend in einem Wasserbad bei 45°C. Die nachfolgende Streckung von etwa 1,1-fach wurde in einem Bad entweder bei 75°C oder 98°C ausgeführt. Die Fasern wurden anschließend in konventioneller Weise gekräuselt, indem eine konventionelle mechanische Stapelfaser-Kräuselvorrichtung mit Dampfunterstützung verwendet wurde. Die Fasern wurden bis etwa 5 c/cm (12 cpi) unter Anwendung von Dampf bei etwa 103 kPa (15 psi) gekräuselt. Die Fasern wurden sodann in konventioneller Weise bei verschiedenen Temperaturen relaxiert. Die Kräuselungsaufnahme wurde nach dem Kräuseln gemessen und ist in der nachfolgenden Tabelle 4 angegeben.
TABELLE 4 EINFLUSS NIEDRIGER RELAXATIONSTEMPERATUREN AUF 3GT BEI 12 CPI (5 c/cm)
Die Eigenschaften der Erholung von 3GT wurden durch Kräuselungsaufnahme gemessen und sind in Tabelle 4 angegeben und nahmen mit steigender Relaxationstemperatur rasch ab. Dieses Verhalten ist überraschenderweise verschieden gegenüber dem Verhalten von 2GT, das in Tabelle 3 gezeigt wird, und es wird eine lediglich geringfügige Abnahme der Erholung bei zunehmender Relaxationstemperatur festgestellt. Dieses überraschende Ergebnis verdoppelte sich sogar bei Verwendung einer Badtemperatur von 98°C für die zweite Streckstufe, was in Tabelle 4 gezeigt ist. Dieses Beispiel zeigt auch, dass 3GT-Fasern, die entsprechend den mehr bevorzugten Relaxationstemperaturen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, über überlegene Eigenschaften gegenüber den 2GT-Fasern verfügen.
BEISPIEL 3
Dieses Beispiel demonstriert einen anderen überraschenden Zusammenhang, der bei den 3GT-Fasern der Erfindung festgestellt wurde: das Variieren der Denierwerte der Filamente. Es wurden 3GT-Fasern mit unterschiedlichen Denierwert und Querschnitten in ähnlicher Weise wie in dem vorangegangenen Beispiel erzeugt. Die Erholung der Fasern, d.h. die Kräuselungsaufnahme, wurde mit den in der nachfolgenden Tabelle 5 angegebenen Ergebnissen gemessen. Die Fasern wurden mit einem Silicon-Glättungsmittel, wie es in der US-P-4 725 635 beschrieben wurde behandelt, das bei 170°C beim Halten für mindestens 4 min härtet, sobald die Feuchtigkeit aus dem Spinnkabel abgetrieben wurde. Bei 170°C ist die Kräuselungsaufnahme der Faser sehr gering. Um geglättete Fasern zu erzeugen, wurde der Stapel für 8 Stunden bei 100°C gehalten, um die Appretur des Silicon-Glättungsmittels zu härten.
TABELLE 5 EINFLUSS DER DENIERWERTE DES FILAMENTES AUF 3GT
Wie in Tabelle 5 gezeigt ist, haben die Denierwerte der Filamente einen direkten Einfluss auf die Erholung von der Kompression. Mit zunehmendem Denierwert nimmt die Erholung, d.h. Kräuselungsaufnahme, zu. Bei ähnlichen Tests mit 2GT zeigte dieses einen geringen Einfluss auf die Erholung unter Änderung der Denierzahl. Dieses unerwartete Ergebnis wird in 1 besser veranschaulicht. 1 ist eine graphische Darstellung der Kräuselungsaufnahme in Abhängigkeit von der Denierzahl pro Filament für 3 verschiedene Arten von Fasern. Faser B ist eine erfindungsgemäße Faser entsprechend den Einzelheiten in Tabelle 5. Wie aus 1 entnommen werden kann gibt es bei den 2GT-Fasern keine oder eine nur geringe Änderung der Erholung bei zunehmender Denierzahl pro Filament. Andererseits gibt es bei den 3GT-Fasern der Erfindung eine lineare Zunahme der Erholung mit zunehmender Denierzahl pro Filament.
BEISPIEL 4
Dieses Beispiel demonstriert die bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung für eine Stapelfaser mit mittlerer Denierzahl und rundem Querschnitt, die unter einer Reihe von Verarbeitungsbedingungen hergestellt wurde.
Es wurde Polytrimethylenterephthalat mit einer Grenzviskosität (IV) von 1,04 über einem bis 175°C erhitzten inertem Gas getrocknet und sodann in der Schmelze zu einem unverstreckten Stapelfaser-Spinnkabel durch 741 Loch-Spinndüsen versponnen, die so beschaffen waren, dass sie einen runden Querschnitt vermittelten. Die Temperaturen des Spinnblockes und der Übertragungsleitung wurden bei 254°C gehalten. Am Austritt aus der Spinndüse wurde der Fadenlauf über einen konventionellen Querluftstrom abgeschreckt. Eine Spinnappretur wurde auf das abgeschreckte Spinnkabel aufgetragen und dieses mit 1.280 m/min (1.400 yard/min) aufgewickelt. Das unverstreckte Spinnkabel, das in dieser Stufe aufgenommen wurde, hatte nach den Bestimmung 5,96 dtex (5,42 dpf) mit einer Reißdehnung von 238% und einer feinheitsbezogenen Reißfestigkeit von 1,93 g/Denier (1,7 cN/dtex). Das vorstehend beschriebene Produkt des Spinnkabels wurde gestreckt, gekräuselt und entsprechend der nachfolgenden Beschreibung relaxiert.
BEISPIEL 4A:
Das Spinnkabel wurde unter Anwendung einer zweistufigen Prozedur von Strecken/Relaxieren bearbeitet. Das Spinnkabelprodukt wurde in einem zweistufigen Streckprozess mit einem Gesamtstreckverhältnis zwischen dem Satz der ersten und letzten Walze von 2,10 gestreckt. In diesem zweistufigen Prozess wurden zwischen 80 und 90% der Gesamtstreckung bei Raumtemperatur in der ersten Stufe ausgeführt und anschließend die übrigen 10 bis 20% der Streckung, während die Faser in einem bei 90° bis 100°C eingestellten Dampf bei Atmosphärendruck eingetaucht war. Mit der Einführung des Spinnkabels in eine konventionelle Stauchkammer-Kräuselvorrichtung wurde die Spannung der Spinnkabelstrecke durchweg aufrecht erhalten. Dampf bei Atmosphärendruck wurde auch auf das Spinnkabelband während des Kräuselungsprozesses angewendet. Nach der Kräuselung wurde das Spinnkabelband in einem bis 56°C beheizten Förderbandofen mit einer Verweilzeit in dem Ofen von 6 min relaxiert. Das resultierende Spinnkabel wurde zu Stapelfasern geschnitten, die einen dtex-Wert von 3,49 (dpf 3,17) hatten. Obgleich das Streckverhältnis entsprechend der vorstehenden Beschreibung auf 2,10 eingestellt war, legt die Abnahme der Denierzahl vom ungestreckten Spinnkabel (5,42 dpf) zur endgültigen Stapelfaserform (3,17 dpf) ein tatsächliches Prozess-Streckverhältnis von 1,71 nahe. Die Differenz wird durch Schrumpfung und Relaxation der Faser während der Schritte des Kräuselns und Relaxierens hervorgerufen. Die Reißdehnung des Stapelfasermaterials betrug 87% und die feinheitsbezogene Reißfestigkeit der Faser 3,22 g/Denier (2,84 cN/dtex). Die Kräuselungsaufnahme der Faser betrug 32% mit 3,9 Kräuselungen/cm (10 Kräuselungen/inch).
BEISPIEL 4B:
Das Spinnkabel wurde unter Anwendung einer einstufigen Prozedur von Strecken/Relaxieren bearbeitet. Das Spinnkabelprodukt wurde ähnlich wie in Beispiel 4A mit den folgenden Modifikationen bearbeitet. Der Streckprozess erfolgte in einer einzigen Stufe, während die Faser in Dampf bei Atmosphärendruck bei 90° bis 100°C eingetaucht war. Die resultierende Stapelfaser wurde mit 3,53 dtex (3,21 dpf), mit einer Reißdehnung von 88% und einer feinheitsbezogenen Festigkeit der Faser von 3,03 g/Denier (2,7 cN/dtex) bestimmt. Die Kräuselungsaufnahme der Faser betrug 32% mit einer Kräuselung/cm von 3,9 (Kräuselung/inch: 10).
BEISPIEL 4C:
Das Spinnkabel wurde unter Anwendung einer zweistufigen Prozedur von Strecken/Wärmebehandeln/Relaxieren bearbeitet. Das Spinnkabelprodukt wurde ähnlich wie in Beispiel 4A einer Streckbehandlung mit der Ausnahmen unterzogen, dass in der zweiten Stufe des Streckprozesses der Dampf bei Atmosphärendruck durch einen bis 65°C aufgeheizten Wasserstrahl ersetzt wurde und das Spinnkabel unter Spannung bei 110°C über eine Reihe von beheizten Bolzen wärmebehandelt wurde, bevor es in die Kräuselungsstufe eintrat. Der Relaxierofen war auf 55°C eingestellt. Die resultierende Stapelfaser wurde mit 3,61 dtex (3,28 dpf) bestimmt, mit einer Reißdehnung von 86% und einer feinheitsbezogenen Festigkeit der Faser von 3,10 g/Denier (2,74 cN/dtex) bestimmt. Die Kräuselungsaufnahme der Faser betrug 32% mit einer Kräuselung/cm von 3,9 (Kräuselung/inch: 10).
BEISPIEL 4D:
Dieses Spinnkabel wurde unter Anwendung einer zweistufigen Prozedur von Strecken/Wärmebehandeln/Relaxieren bearbeitet. Das Spinnkabelprodukt wurde ähnlich wie in Beispiel 4C einer Streckbehandlung mit den folgenden Modifikationen unterzogen. Das Gesamtstreckverhältnis war auf 2,52 eingestellt. Die Temperatur der Wärmebehandlung war auf 95°C und der Relaxierofen auf 65°C eingestellt. Die resultierende Stapelfaser wurde mit 2,88 dtex (2,62 dpf) bestimmt, mit einer Reißdehnung von 67% und einer feinheitsbezogenen Festigkeit der Faser von 3,90 g/Denier (3,44 cN/dtex) bestimmt. Die Kräuselungsaufnahme der Faser betrug 31% mit einer Kräuselung/cm von 5,1 (Kräuselung/inch: 13).
BEISPIEL 5
Dieses Beispiel veranschaulicht die überlegenen Eigenschaften des Materials zur Faserfüllung der Erfindung. Es wurden runde Fasern mit einem Hohlraum unter Verwendung von 3GT-Polymer in ähnlicher Weise wie in Beispiel 2 erzeugt und mit Hilfe einer mechanischen Stauchkammer-Kräuselungsvorrichtung gekräuselt. Die Fasern wurden mit einer Siliconbeschichtung von etwa 0,30 Gew.-% der Faser ausgestattet, um das ästhetische Aussehen in einem fadengeöffneten Gelege zu erhöhen. Die Siliconbeschichtung wurde wie in Beispiel 3 gehärtet. Die Fadengelege wurden auf widerstandsbehafteter Bauschung als ein Maß für die Lastauslenkung oder Weichheit, d.h. H₅, entsprechend der vorstehenden Beschreibung, analysiert. Andere gemessene Eigenschaften schließen den Reibungsindex des Stapelpolsters (SPF) ein, ein Maß für die Reibungseigenschaften oder für den Seidencharakter, die Kräuselungsaufnahme (CTU) als ein Maß für das Verhalten der Kompressionserholung. Die Ergebnisse der Analysen sind in Tabelle 6 zusammengestellt.
TABELLE 6 EIGENSCHAFTEN DER FASERFÜLLUNG AUS 3GT
Es wurden kommerziell verfügbare 2GT-Fasern in ähnlicher Weise mit einer konventionellen Siliconbeschichtung versehen. Die Auslenkung und die Last und die Reibungseigenschaften der Fasern der Erfindung wurden sodann mit den kommerziellen Fasern verglichen. Es wurde festgestellt, dass die 3GT-Fasern sehr viel weicher (d.h. eine geringere Auslenkung unter Last) und seidiger (d.h. geringerer Reibungsindex) waren als vergleichbare 2GT-Fasern, die unter Anwendung einer ähnlichen Technologie erzeugt wurden. 2 ist eine graphische Darstellung, die den Reibungsindex in Abhängigkeit von der Auslenkung und der Last für die Fasern der Erfindung zusammen mit kommerziell verfügbaren Fasern zeigt. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Erholungseigenschaften in Abhängigkeit von der Auslenkung und der Last für die in 2 gezeigten Fasern zeigt.
2 und 3 veranschaulichen zusammen den Vorteil der 3GT-Fasern der Erfindung gegenüber konventionellen 2GT-Fasern. Von entscheidender Bedeutung ist die Tatsache, dass, obgleich die 3GT-Fasern eine geringere Reibung und Halt haben, sie immer noch höhere Erholungswerte bewahren. Spezieller ist zu bemerken, dass der Halt und die Reibungseigenschaften der 3GT-Fasern sehr viel geringer sind als die der kommerziellen 2GT-Angebote (siehe 2). Allerdings ist die Erholung der 3GT-Fasern genauso groß oder größer als die der 2GT-Fasern (siehe 3).
Einer der entscheidenden Gründe für das Fehlen von 2GT-Fasern in den unteren Bereichen für Halt und Reibung besteht darin, dass diese Fasern ebenfalls eine geringe Kräuselungsaufnahme hatten. Üblicherweise ließen sich diese Fasern unter Anwendung konventioneller Ausrüstung für die Verarbeitung von Faserfüllmaterial kommerziell nicht zu Fertigprodukten verarbeiten. Die üblicherweise zur Anwendung gelangende kommerzielle Verarbeitungsanlage für Faserfüllmaterialien schließt Maschinen zum Fadenöffnen ein, die zur Erzeugung von Fadengelegen verwendet wurden wie sie zum Stauchen in Fertigprodukten benutzt wurden, sowie Kardiermaschinen, die typischerweise verwendet wurden, um textile Stapelfaser zu Kardenband zu verarbeiten. Bei derartigen konventionellen Anlagen für Faserfüllmaterial werden die Stapelfasern orientiert und wird eine dreidimensionale Struktur erzeugt. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, beruhen diese Maschinen auf ein gewisses "Federvermögen" in den Fasern, um einwandfrei zu funktionieren. Anders herum gesagt, wenn die Kräuselungsaufnahme zu gering ist, dann wird der erste Zylinder verstopft und die Fertigung angehalten.
Anders als bei den Synthesefasern bekannter Ausführung verfügen die erfindungsgemäßen 3GT-Fasern über eine Kombination sowohl von guter Weichheit als auch geringer Reibung bei hoher Erholung. Diese Kombination von Eigenschaften führt zu einem kommerziell akzeptablen Verarbeiten unter Anwendung konventioneller Anlagen für Faserfüllmaterial. Die Produkte für die Endanwendung verfügen darüber hinaus über überlegene Eigenschaften gegenüber den Produkten, die mit 2GT erzeugt wurden, wie in dem nächsten Beispiel gezeigt wird.
BEISPIEL 6
Es wurden 3GT-Stapelfasern einer Fadenöffnung unterzogen und zu Fadengelegen kreuzgelegt und die Fadengelege anschließend in Kissen gestopft. Eines der Kissen wurde mit den neuartigen Fasern der Erfindung gestopft, während das andere mit konventionellen 2GT-Fasern gestopft wurde. Die Kissen wurden zusammengedrückt, um die tragenden Eigenschaften der Fasern in einer Endanwendung zu testen. Die Kompressionskurven, bei denen die Kompressionskraft in Abhängigkeit von der Kompressionstiefe aufgetragen wird, sind in 4 gezeigt. Die Kompressionskurven veranschaulichen, dass die mit den neuartigen Fasern, d.h. 3GT, hergestellten Kissen leichter zusammengedrückt werden als Standardkissen mit einer Kompressionslast bis zu 10 pound. Dieses Kompressionsverhalten wird vom Anwender des Kissens als ein weicheres Kissen wahrgenommen. Andererseits bewahren die 3GT-Kissen nach einer Kompressionslast von 10 pound immer noch einen gewissen Teil ihrer tragenden Eigenschaften und vermeiden ein Niederdrücken des Kissens bis zur Unterseite, wie das bei kommerziellen Kissen der Fall ist, was für den Anwender ein komfortableres Kissen bedeutet.
Die vorstehend ausgeführte Offenbarung von Ausführungsformen der Erfindung ist zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert worden. Diese sind nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen einschränkend auszulegen. Für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet sind angesichts der vorstehenden Offenbarung zahlreiche Variationen und Modifikationen an den hierin beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich. Der Schutzbereich der Erfindung wird lediglich durch die beigefügten Ansprüche festgelegt.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Faserbahn oder eines Fadengeleges, welches Polytrimethylenterephthalat-Monokomponentenstapelfasern aufweist, welches Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen von Polytrimethylenterephthalat, (b) Schmelzspinnen des schmelzflüssigen Polytrimethylenterephthalats bei einer Temperatur von 245° bis 285°C zu Filmenten, (c) Abschrecken der Filamente, (d) Verstrecken der abgeschreckten Filamente, (e) Kräuseln der verstreckten Filamente unter Anwendung eines mechanischen Kräuselungsapparates mit einem Kräuselungsgrad von 3 bis 12 Kräuselungen/cm (8 bis 30 Kräuselungen/Zoll), (f) Relaxieren der gekräuselten Filamente bei einer Temperatur von 50° bis 130°C, (g) Schneiden der relaxierten Filamente zu Stapelfasern mit einer Länge von 0,5 bis 15 cm (0,2 bis 6 Zoll), (h) Fadenöffnen oder Kardieren der Stapelfasern zu Erzeugung einer Faserbahn und (i) wahlweise Kreuzlegen der Faserbahn zur Erzeugung eines Fadengeleges.
Verfahren zum Herstellen eines Faserfüllproduktes, welches Polytrimethylenterephthalat-Stapelfasern aufweist, umfassend das Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 und anschließend (j) Füllen der Faserbahn oder des Fadengeleges zu einem Faserfüllprodukt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Stapelfasern eine Denier-Zahl von 3 bis 15 haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Stapelfasern eine Länge von 1,3 bis 7,6 cm (0,5 bis 3 Zoll) haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Stapelfasern eine Kräuselungsaufnahme von 30% oder mehr haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Relaxation bei 105°C oder weniger erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Relaxation unterhalb von 100°C erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Relaxation bei 80°C oder weniger erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Relaxation das Durchleiten der Filamente durch einen Ofen mit einer Geschwindigkeit von 46 bis 183 m/Min (50 bis 200 yards/Minute) für 6 bis 20 Minuten umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend das Verfestigen der Faserbahn.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem das Verfestigen ausgewählt ist aus Sprühverfestigung, Thermoverfestigung und Ultraschallverfestigung.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei welchem mit den Stapelfasern eine Stapelfaser mit niedriger Verfestigungstemperatur gemischt ist, um das Verfestigen zu verbessern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem Fasern, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Baumwoll-, Polyethylenterephthalat-, Nylon-, Acrylat- und Polybutylenterephthalat-Fasern, mit den Stapelfasern gemischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem die Relaxation durch Erhitzen der gekräuselten Filamente in einem zwangsfreien Zustand ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren ohne einen Wärmebehandlungsschritt ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei welchem das Kreuzlegen zur Ausführung gelangt.