DE60111548T2

DE60111548T2 - Dehnbare polymerfasern und daraus hergestellte artikel

Info

Publication number: DE60111548T2
Application number: DE60111548T
Authority: DE
Inventors: Daniel Garret FIGULY; J. Anthony SOROKA
Original assignee: Invista Technologies SARL USA
Current assignee: Invista Technologies SARL USA
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: AU2002213030A1; JP2004518828A; KR100760796B1; EP1320638A1; CN1466635A; TW567258B; KR20030061371A; DE60111548D1; EP1320638B1; MXPA03002752A; ATE298015T1; WO2002027083A1; CN1250787C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft streckbare Fasern, einschließlich mehrflügelige, streckbare synthetische Polymerfasern, die aus mindestens zwei Arten von Polymeren erzeugt werden. Die Erfindung betrifft ebenfalls Verfahren zum Herstellen derartiger Fasern. Die Erfindung betrifft außerdem Artikel, die aus den Fasern erzeugt werden, einschließlich Garne, Kleidungsstücke und dergleichen.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN GEBIETS
Es wird angestrebt, in zahlreiche Produkte, die aus Synthesefasern erzeugt werden, einschließlich zahlreiche Kleidungsstücke, wie beispielsweise Sportbekleidung und Wirkwaren, Dehnbarkeit einzuführen.
Wie in der US-P-4 861 660 von Ishii offenbart wird, sind zahlreiche Methoden bekannt, synthetischen Filamenten Dehnbarkeit zu vermitteln. In einer der Methoden werden die Fasern zwei- oder dreidimensional gekräuselt. In einer anderen dieser Methoden werden streckbare Filamente aus elastischen Polymeren erzeugt, wie beispielsweise Naturkautschuk oder Synthesekautschuk, oder aus einem synthetische Elastomer, wie beispielsweise ein Polywethan-Elastomer. Allerdings gibt es in Verbindung mit jeder dieser Methoden Nachteile. Ishii versucht die Nachteile solcher Filamente dadurch zu überwinden, dass er den Filamenten Asymmetrie vermittelt, die aus zwei Polymeren erzeugt werden. Die Asymmetrie bewirkt, dass die filamentären Bestandteile des Verbundprofils spiralig um den axialen filamentären Bestandteil in alternativ wechselnden verschiedenen Richtungen gewickelt werden. Dadurch zeigt das resultierende Verbundfilament eine verbesserte Dehnbarkeit sowie einen guten Griff und Glanz. Zusätzlich zu ihrer axialen spiraligen Verdrillung können die Ishii-Fasern in Folge ihres asymmetrischen Querschnittes jedoch nach einer milden Wärmebehandlung eine weitgehend dreidimensionale oder helikale Kräuselung entwickeln. Diese dreidimensionale Kräuselungscharakteristik vermittelt den Fasern ein Drehmoment, und es ist festgestellt worden, dass sie den aus solchen Fasern aufgebauten textilen Flächengebilden eine erhebliche und oftmals unerwünschte "Kantenkräuselung" vermitteln. Die ihnen innewohnende Bauschung und Ungleichförmigkeit derartiger Fasern macht es auch schwierig, aus ihnen ein gleichförmig geringes Flächengewicht oder durchscheinende textile Flächengebilde aufzubauen. Aus diesen Gründen sind die Ishii-Fasern in daraus gewebten oder gewirkten textilen Flächengebilden oftmals nicht zufriedenstellend.
Die US-P-3 017 686 von Breen et al. offenbart ebenfalls ein aus zwei Polymeren erzeugtes Filament. Diese Polymere sind thermoplastische harte Polymere, von denen keines über elastomere Eigenschaft verfügt. Diese Polymere werden gewählt, damit man eine ausreichende Differenz in der Schrumpfung erhält, so dass die Rippe des Filaments eine sinusförmige Konfiguration oder "Kräuselung" hat. Breen befasst sich mit der Frequenz, mit der die Rippen auf einem Filament die Richtung ändern, so dass zwischen angrenzenden Filamenten eine dichte Packung nicht möglich ist, und befasst sich nicht mit der Dehnbarkeit. Daher zeigen die von Breen offenbarten Filamente nicht das hohe Maß der Erholung, die in vielen der gegenwärtigen textilen Flächengebilden angestrebt wird.
Es besteht daher eine Nachfrage nach Fasern und Artikeln daraus, die dehnbar sind und ein hervorragendes Streckvermögen und Erholungsvermögen haben und vorzugsweise ohne die unerwünschte zwei- oder dreidimensionale Kräuselungscharakteristik, sowie nach einfachen Methoden zur Erzeugung derartiger Fasern und Artikel.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung löst die Probleme in Verbindung mit den bekannten Ausführungen, indem eine dehnbare synthetische Polymerfaser bereitgestellt wird, die einen weitgehend radial-symmetrischen Querschnitt haben. Dadurch wird eine unerwartete Kombination von hohem "Stretch" und hoher Gleichförmigkeit ohne signifikante Beträge eines zwei- oder dreidimensionalen Kräuselns. Als Ergebnis eignen sich die Fasern der Erfindung gut zur Verwendung in glatten, nicht bauschigen und stark dehnbaren textilen Flächengebilden. Ein solches Ergebnis war angesichts der gegenteiligen Lehre der US-P-4 861 660 von Ishii unerwartet.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine streckbare synthetische Polymerfaser mit einem weitgehend radial-symmetrischen Querschnitt bereitgestellt, die einen axialen Kern aufweist, der ein thermoplastisches, elastomeres Polymer hat, sowie eine Mehrzahl von Flügeln, die mindestens ein thermoplastisches, nichtelastomeres Polymer aufweisen und die an dem Kern angefügt sind.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kleidungsstück gewährt, welches die streckbare synthetische Polymerfaser entsprechend der vorstehenden Beschreibung aufweist.
Die Erfindung gewährt ferner ein Verfahren zum Schmelzspinnen zum Spinnen von polymeren Endlosfasern, umfassend: Durchleiten einer Schmelze, die mindestens ein thermoplastisches nichtelastomeres Polymer aufweist, und einer Schmelze, die ein thermoplastisches elastomeres Polymer aufweist, durch eine Spinndüse, um eine Mehrzahl von streckbaren synthetischen Polymerfasern zu erzeugen, von denen jede einen weitgehend radial-symmetrischen Querschnitt hat und die einen axialen Kern aufweisen, der das elastomere Polymer aufweist sowie eine Mehrzahl von Flügeln, die das nichtelastomere Polymer aufweisen, die an dem Kern angefügt sind; Abschrecken der Fasern nach ihrem Austritt aus der Kapillare der Spinndüse, um die Fasern zu kühlen; und Aufnehmen der Fasern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Querschnittprofils einer 6-flügeligen Faser gemäß der Erfindung;
2A und 2B Fasern gemäß der Erfindung, worin die spiralige Verdrillung fast geschlossen peripher (2A) ist und worin die spiralige Verdrillung fast vollständig nichtperipher ist (2B);
3 eine erfindungsgemäße Faser, wobei die Faser leicht wellig ist;
4 eine Darstellung der Querschnittform einer speziellen, symmetrischen zweiflügeligen Faser mit einem dünnen Mantel um den Kern und zwischen den Flügeln gemäß der Erfindung;
5 eine schematische Ablaufdarstellung eines Apparates, der zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Fasern verwendbar ist;
6 eine Darstellung einer Spinndüsengruppe im Stapelaufbau in Seitenansicht, die zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Faser verwendet werden kann;
6A eine Darstellung einer Düsenplatte A in Draufsicht in einem Winkel von 90° zur Spinndüsengruppe im Stapelaufbau, wie sie in 6 gezeigt ist, und dargestellt über die Linien 6A-6A von 6;
6B eine Darstellung der Düsenplatte B in Draufsicht in einem Winkel von 90° zur Spinndüsengruppe im Stapelaufbau entsprechend der Darstellung in 6 und aufgenommen entlang den Linien 6B-6B von 6;
6C eine Darstellung der Düsenplatte C in Draufsicht in einem Winkel von 90° zur Spinndüsengruppe im Stapelaufbau entsprechend der Darstellung in 6 und aufgenommen entlang den Linien 6C-6C von 6;
7 eine Darstellung der Spinndüsengruppe im Stapelaufbau in Seitenansicht, wie sie zur Erzeugung bestimmter Fasern gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
7A eine Darstellung der Düsenplatte A in Draufsicht im Winkel von 90° zu der Spinndüsengruppe im Stapelaufbau, wie sie in 7 gezeigt wird, und aufgenommen entlang den Linien 7A-7A von 7;
7B eine Darstellung der Düsenplatte B in Draufsicht in einem Winkel von 90° zur Spinndüsengruppe im Stapelaufbau entsprechend der Darstellung in 7 und aufgenommen entlang den Linien 7B-7B von 7;
7C eine Darstellung der Düsenplatte C in Draufsicht in einem Winkel von 90° zur Spinndüsengruppe im Stapelaufbau entsprechend der Darstellung in 7 und aufgenommen entlang den Linien 7C-7C von 7;
7F eine Darstellung der Düsenplatte F in Draufsicht in einem Winkel von 90° zur Spinndüsengruppe im Stapelaufbau entsprechend der Darstellung in 7 und aufgenommen entlang den Linien 7F-7F von 7;
7G eine Darstellung der Düsenplatte G in Draufsicht in einem Winkel von 90° zur Spinndüsengruppe im Stapelaufbau entsprechend der Darstellung in 7 und aufgenommen entlang den Linien 7G-7G von 7;
7H eine Darstellung der Düsenplatte H in Draufsicht in einem Winkel von 90° zur Spinndüsengruppe im Stapelaufbau entsprechend der Darstellung in 7 und aufgenommen entlang den Linien 7H-7H von 7;
8 ein Querschnittprofil einer erfindungsgemäßen Faser, wie sie in Beispiel 7 exemplifiziert wird;
9 ein Querschnittprofil einer erfindungsgemäßen 6-flügeligen Faser wie sie in Beispiel 7 exemplifiziert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine streckbare synthetische Polymerfaser gewährt, wie sei verallgemeinert mit 10 in den 1, 2A, 2B, 3, 4, 8 und 9 gezeigt wird. In die Faser der vorliegenden Erfindung einbezogen ist ein axialer Kern, der mit 12 in 1 gezeigt wird, und eine Mehrzahl von Flügeln, die mit 14 in 1 gezeigt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein axialer Kern ein thermoplastisches elastomeres Polymer auf, wobei die Flügel mindestens ein thermoplastisches, nichtelastomeres Polymer aufweisen, das an dem Kern angefügt ist. Bevorzugt ist das thermoplastische, nichtelastomere Polymer permanent streckbar.
Der hierin verwendete Begriff "Faser" ist mit dem Begriff "Filament" austauschbar. In den Begriff "Garn" sind Garne aus einem einzelnen Filament einbezogen. Der Begriff "Multifilamentgarn" bezieht sich allgemein auf Garne aus zwei oder mehreren Filamenten. Der Begriff "thermoplastisch" bezieht sich auf ein Polymer, das wiederholt in der Schmelze verarbeitet werden kann (beispielsweise durch Schmelzspinnen). Unter "elastomeres Polymer" wird ein Polymer verstanden, das in Form einer Monokomponentenfaser vorliegt, frei ist von Streckmitteln, eine Reißdehnung von mehr als 100% hat und das, beim Strecken auf das 2-fache seiner Länge und Halten für 1 min und anschließend Freigeben, sich auf weniger als das 1,5-fache seiner ursprünglichen Länge innerhalb von einer Minute nach dem Freigeben zusammenzieht. Die elastomeren Polymere in der erfindungsgemäßen Faser können einen Biegemodul von weniger als etwa 96.500 kPa (14.000 "pounds per square inch") haben und noch typischer weniger als etwa 58.600 kPa (etwa 8.500 "pounds per square inch"), sofern es in einer Monokomponentenfaser vorliegt, die nach dem Standard ASTM D790, "Biegeeigenschaften bei Raumtemperatur oder 23°C" versponnen worden ist sowie unter den Bedingungen, wie sie im Wesentlichen hierin beschrieben sind. Wie hierin verwendet wird, bedeutet "nichtelastomeres Polymer" jedes beliebige Polymer, bei dem es sich nicht um ein elastomeres Polymer handelt. Diese Polymere lassen sich auch als Polymere mit "geringer Elastizität", "hart" und mit "hohem Modul" bezeichnen. Unter "permanent streckbar" wird verstanden, dass das Polymer eine Fließgrenze hat und, wenn das Polymer über diese Grenze hinaus gestreckt wird, es seine ursprüngliche Länge nicht wieder annimmt.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung werden als "Bikonstituentenfasern" bezeichnet, sofern sie mindestens zwei Polymere aufweisen, die aneinander entlang der Länge der Faser adhäriert sind, wobei jedes Polymer zu einer anderen generischen Klasse gehört, z.B. Polyamid, Polyester oder Polyolefin. Sofern die Elastizitätseigenschaften der Polymere ausreichend verschieden sind, können Polymere der gleichen generischen Klasse verwendet werden und die resultierende Faser ist eine "Bikomponentenfaser". Derartige Bikomponentenfasern liegen ebenfalls innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung.
Die Faser der vorliegenden Erfindung wird um ihre Längsachse ohne signifikante zwei- oder dreidimensionale Kräuselungseigenschaften verdrillt. (In einer solchen höher dimensionalen Kräuselung nimmt die Längsachse der Fasern selbst eine Zick-Zack- oder helikale Konfiguration an, wobei derartige Fasern nicht solche der Erfindung sind). Die Faser der vorliegenden Erfindung lässt sich damit kennzeichnen, dass sie über eine im Wesentlichen spiralige Verdrillung und eine eindimensionale Drehungslinie verfügt. "Weitgehend spiralige Verdrillung bzw. Drehungslinie" schließt sowohl eine Drehungslinie ein, die vollständig um den elastomeren Kern geht, als auch eine Drehungslinie, die lediglich teilweise um den Kern geht, da festgestellt worden ist, dass eine vollständige Drehungslinie um 360° nicht erforderlich ist, um die angestrebten Streckeigenschaften in der Faser zu erreichen. 2A zeigt eine Faser 10 mit einer im Wesentlichen spiraligen Verdrehung, die fast geschlossen peripher ist, während 2B eine Faser 10 mit einer im Wesentlichen spiraligen Verdrillung zeigt, die fast vollständig nicht peripher ist. Eine "eindimensionale" Drehungslinie bzw. spiralige Verdrillung bedeutet, dass, obgleich die Flügel der Fasern weitgehend spiralig sein können, die Achse der Faser selbst bei geringer Spannung im Wesentlichen gerade ist im Gegensatz zu Fasern, die eine zwei- oder dreidimensionale Kräuselung haben. Allerdings liegen Fasern, die über eine gewisse Welligkeit verfügen, innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung, wie durch Faser 10 in 3 veranschaulicht wird.
Das Vorhandensein oder Fehlen einer zwei- oder dreidimensionalen Kräuselung lässt sich anhand des Umfanges der Streckung ermessen, der erforderlich ist, um die Faser im Wesentlichen gerade zu ziehen (indem alle möglichen Nichtlinearitäten ausgezogen werden) und ist ein Maß der radialen Symmetrie der Fasern, die über eine spiralige Verdrillung verfügen. Die erfindungsgemäße Faser kann weniger als etwa 10% Streckung und noch typischer weniger als etwa 7% Streckung und beispielsweise etwa 4% bis etwa 6% erfordern, um die Faser weitgehend gerade zu ziehen.
Die Faser der vorliegenden Erfindung verfügt über einen im Wesentlichen radial-symmetrischen Querschnitt, wie aus 1 entnommen werden kann. Unter "im Wesentlichen radial-symmetischer Querschnitt" wird ein Querschnitt verstanden, in dem die Flügel so angeordnet sind und solche Abmessungen haben, dass eine Rotation der Faser um ihre Längsachse um 360/n Grad, worin "n" eine ganze Zahl ist, welche die "n"-fache Symmetrie der Fasern darstellt, im Wesentlichen den gleichen Querschnitt wie vor der Rotation ergibt. Der Querschnitt ist im Wesentlichen symmetrisch hinsichtlich der Größe, des Polymers und des Winkelabstandes um den Kern. Dieser im Wesentlichen radial-symmetrische Querschnitt vermittelt eine unerwartete Kombination von hoher Streckung und hoher Gleichförmigkeit ohne signifikante Beträge einer zwei- oder dreidimensionalen Kräuselung. Eine solche Gleichförmigkeit ist im Hochleistungsverarbeiten von Fasern von Vorteil, wie beispielsweise durch Führungen und Wirknadehn hindurch, sowie bei der Erzeugung von glatten "nicht aufgerauhten" textilen Flächengebilden und speziell bei durchscheinenden Geweben, wie beispielsweise bei Strumpfwaren. Fasern, die über einen im Wesentlichen radial-symmetrischen Querschnitt verfügen, setzen kein Potential zur Selbstkräuselung, d.h. sie haben keine signifikanten zwei- oder dreidimensionalen Kräuselungseigenschaften. Siehe hierzu allgemein die "Textile Research Journal, Juni 1967, S. 449".
Bei einem Maximum an radialer Querschnittsymmetrie kann der Kern einen weitgehend kreisförmigen oder regelmäßigen Polyederquerschnitt haben, z.B. wie die 1, 4, 8 und 9 zeigen. Unter "weitgehend kreisrund" wird das Verhältnis der zwei Längen von zwei Achsen, die sich einander im Winkel von 90° im Zentrum des Faserquerschnittes kreuzen, nicht größer ist als etwa 1,2:1. Die Verwendung eines weitgehend kreisrunden oder regelmäßigen Polyederquerschnitt des Kerns kann im Gegensatz zu den Kernen der US-P-4 861 660 das Elastomer vor dem Kontakt mit den Walzen, Führungen, usw. schützen, wie später unter Bezugnahme auf die Zahl der Flügel beschrieben wird. Die Mehrzahl von Flügeln kann in jeder beliebigen gewünschten Weise um den Kern herum angeordnet werden, beispielsweise entsprechend der Darstellung in 1 unterbrochen, wobei das Flügelpolymer keinen zusammenhängenden Mantel auf dem Kern bildet, oder mit angrenzendem angrenzenden Flügel(n), die sich an der Kernoberfläche treffen, wie beispielsweise in 4 und 5 der US-P-3 418 200 veranschaulicht wird. Die Flügel können gleiche oder unterschiedliche Größen haben, so lange im Wesentlichen eine radiale Symmetrie bewahrt ist. Darüber hinaus kann jeder Flügel auf einem anderen Polymer als die übrigen Flügel sein und zwar wiederum so lange eine weitgehend radiale Symmetrie gewahrt bleibt und die Symmetrie der Polymerzusammensetzung erhalten bleibt. Aufgrund der einfacheren Herstellung und weil es leichter ist, eine radiale Symmetrie zu erhalten, haben die Flügel jedoch vorzugsweise ungefähr die gleichen Abmessungen und sind aus dem gleichen Polymer oder Blend von Polymeren gefertigt. Ebenfalls wird bevorzugt, dass die Flügel den Kern zur leichteren Herstellung in einer unterbrochenen Form umgeben.
Obgleich der Faserquerschnitt hinsichtlich der Größe, des Polymers und des Winkelabstandes um den Kern weitgehend symmetrisch ist, gilt als selbstverständlich, dass geringfügige Abweichungen von einer perfekten Symmetrie in der Regel bei jedem beliebigen Spinnprozess in Folge von Faktoren auftreten, wie ungleichförmiges Abkühlen oder unvollständiger Polymerschmelzfluss oder fehlerhafte Spinndüsen. Es gilt als selbstverständlich, dass derartige Abweichungen unter der Voraussetzung zulässig sind, dass sie nicht so groß sind, dass sie die Aufgaben der Erfindung nicht mehr erfüllen, so wie das Bereitstellen von Fasern mit erwünschter Streckung und Erholung über einer eindimensionalen spiraligen Verdrillung, während zwei- und dreidimensionale Kräuselungen auf ein Minimum herabgesetzt sind. Das bedeutet, dass die Fasern vorsätzlich nicht asymmetrisch ausgeführt wird wie in der US-P-4 861 660.
Die Flügel ragen von dem Kern, an dem sie angefügt sind nach außen und bilden eine Mehrzahl von Spiralen mindestens in einem Abstand um den Kern speziell nach einer erfolgten Erhitzung. Die Steigung solcher Spiralen kann größer werden, wenn die Faser gestreckt wird. Die erfindungsgemäße Faser verfügt über eine Mehrzahl von Flügeln und bevorzugt 3 bis 8 und mehr bevorzugt 5 oder 6. Die Zahl der Flügel, die zur Anwendung gelangt, kann von anderen Merkmalen der Fasern und von den Bedingungen abhängen, unter denen sie erzeugt werden und zur Anwendung kommen. Beispielsweise können 5 oder 6 Flügel verwendet werden, wenn ein Monofilament erzeugt wird und speziell bei höheren Streckverhältnissen und Faserspannungen. In diesem Fall kann der Flügelabstand um den Kern in einer ausreichenden Folgezahl sein, dass das Elastomer gegenüber dem Kontakt mit Walzen, Führungen und dergleichen geschützt ist und dadurch weniger anfällig gegenüber Rissen, Walzenverwerfungen und Verschleiß ist, als bei Verwendung von weniger Flügeln. Der Effekt der höheren Streckverhältnisse und Faserspannungen besteht darin, die Faser härter gegen Walzen und Führungen zu drücken und dadurch die Flügel auszuschmiegen und den Elastomer-Kern in Kontakt mit der Walze oder der Führung zu bringen, wobei eine Präferenz für mehr als 2 Flügeln bei hohen Streckverhältnissen und Faserspannungen besteht. Bei Monofilamenten werden oftmals 5 oder 6 Flügel für eine optimale Kombination einer leichten Herstellung und verringertem Kernkontakt bevorzugt. Sofern ein Mehrfachgarn angestrebt wird, lassen sich bis herab zu 2 oder 3 Flügel verwenden, was darauf zurückzuführen ist, dass die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes zwischen dem Elastomer-Kern und den Walzen oder Führungen durch das Vorhandensein der anderen Fasern verringert ist.
Obgleich die Flügel den Kern vorzugsweise in unterbrochener Weise wegen der leichteren Herstellung umgeben, kann in dem Kern auf seiner Außenseite ein Mantel aus einem nichtelastomeren Polymer zwischen den Stellen einbezogen werden, wo die Flügel mit dem Kern in Kontakt gelangen. 4 zeigt eine Faser 10 mit einem Mantel 16. Die Manteldicke kann im Bereich von etwa 0,5% bis etwa 15% des größten Radius des Faserkerns liegen. Der Mantel kann die Adhäsion der Flügel an dem Kern unterstützen, indem mehr Kontaktstellen zwischen den Kern- und Flügelpolymeren bereitgestellt werden, was ein nützliches Merkmal dann ist, wenn die Polymere in der Bikonstituentenfaser aneinander nicht ohne weiteres haften. Der Mantel kann darüber hinaus den abrasiven Kontakt zwischen dem Kern und den Walzen, Führungen und dergleichen verringern und speziell dann, wenn die Faser eine geringe Zahl von Flügeln hat.
Der Kern und/oder die Flügel des mehrflügeligen Querschnittes der vorliegenden Erfindung können massiv sein oder Löcher oder Hohlräume enthalten. Im typischen Fall sind sowohl der Kern als auch die Flügel massiv. Darüber hinaus könne die Flügel jede beliebige Form haben, wie beispielsweise ovale Formen, T-, C- oder S-Formen (siehe beispielsweise 4). Beispiele für verwendbare Flügelformen finden sich in der US-P-4 385 886. T-, C- oder S-Formen können dazu beitragen, den Elastomer-Kern gegenüber dem Kontakt mit Führungen und Walzen zu schützen, wie bereits beschrieben wurde.
Das Gewichtsverhältnis des gesamte Flügelpolymers zu Kernpolymer kann variiert werden, um den gewünschten Mix von Eigenschaften aufzuprägen, z.B. die gewünschte Elastizität von dem Kern – und die übrigen Eigenschaften von dem Flügelpolymer. Beispielsweise kann ein Gewichtsverhältnis von nichtelastomerem Flügelpolymer zu elastomerem Kernpolymer im Bereich von etwa 10/90 bis etwa 70/30 und bevorzugt etwa 30/70 bis etwa 40/60 verwendet werden. Bei hoher Haltbarkeit in Kombination mit hohem Streckvermögen bei Anwendungen, in denen die Faser nicht mit einem begleitenden Garn verwendet wird (z.B. Strumpfwaren) wird oftmals ein F1ügel/Kern-Gewichtsverhältnis im Bereich von etwa 35/65 bis etwa 50/50 bevorzugt.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, kann der Kern der Faser der Erfindung aus einem thermoplastischen, elastomeren Polymer erzeugt werden. Beispiele für verwendbare Elastomere schließen thermoplastische Polyurethane ein, thermoplastische Polyester-Elastomere, thermoplastische Polyolefine, thermoplastische Polyesteramid-Elastomere und thermoplastische Polyetheresteramid-Elastomere.
Verwendbare thermoplastische Polyurethan-Kernelastomere schließen solche ein, die hergestellt sind aus polymerem Glykol, einem Diisocyanat und mindestens einem Diol- oder Diamin-Kettenverlängerer. Bevorzugt werden Diol-Kettenverlängerer, da die damit hergestellten Polyurethane geringere Schmelzpunkte haben als bei Verwendung eines Diamins als Kettenverlängerer. Polymere Glykole, die in der Herstellung der elastomeren Polyurethane verwendbar sind, schließen Polyetherglykole ein, Polyesterglykole, Polycarbonatglykole und Copolymere davon. Beispiele für derartige Glykole schließen ein: Poly(ethylenether)glykol, Poly(tetramethylenether)glykol, Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol, Poly(ethylen-co-1,4-butylenadipat)glykol, Polyethylen-co-1,2-propylenadipat)glykol, Poly(hexamethylen-co-2,2-dimethyl-1,3-propylenadipat)glykol, Poly(3-methyl-1,5-pentylenadipat)glykol, Poly(3-methyl-1,5-pentylennonanoat)glykol, Poly(2,2-dimethyl-1,3-propylendodecanoat)glykol, Poly(pentan-1,5-carbonat)glykol und Poly(hexan-1,6-carbonat)glykol. Verwendbare Diisocyanate schließen ein: 1-Isocyanato-4-[(4-isocyanatophenyl)methyl]benzol, 1-Isocyanato-2-[(4-isocyanatophenyl)methyl]benzol, Isophorondiisocyanat, 1,6-Hexandiisocyanat, 2,2-Bis(4-isocyanatophenyl)propan, 1,4-Bis(p-isocyanato), alpha,alpha-Dimethylbenzyl)benzol, 1,1'-Methylen-bis(4-isocyanatocyclohexan) und 2,4-Tolylendiisocyanat. Verwendbare Diol-Kettenverlängerer schließen ein: Ethylenglykol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propylendiol, Diethylenglykol und Mischungen davon. Bevorzugte polymere Glykole sind: Poly(tetramethylenether)glykol, Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol, Poly(ethylen-co-1,4-butylenadipat)glykol und Poly(2,2-dimethyl-1,3-propylendodecanoat)glykol. Ein bevorzugtes Diisocyanat ist 1-Isocyanato-4-[(4-isocyanatophenyl)methyl]benzol. Bevorzugte Diol-Kettenverlängerer sind 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol. Um das Molekulargewicht des Polymers zu steuern können monofunktionelle Kettenabbrecher zugesetzt werden, wie beispielsweise 1-Butanol und dergleichen. Verwendbare thermoplastische Polyester- Elastomere schließen die Polyetherester ein, die durch die Reaktion eines Polyetherglykols mit einem niedermolekularen Diol hergestellt werden, z.B. mit einem Molekulargewicht von weniger als etwa 250; sowie eine Dicarbonsäure oder ein Diester davon, z.B. Terephthalsäure oder Dimethylterephthalat. Verwendbare Polyetherglykole schließen ein: Poly(ethylenether)glykol, Poly(tetramethylenether)glykol, Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol (deriviert von der Copolymerisation von Tetrahydrofuran und 3-Methyltetrahydrofuran) sowie Poly(ethylen-co-tetramethylenether)glykol. Verwendbare niedermolekulare Diole schließen Ethylenglykol ein, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propylendiol sowie Mischungen davon; 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol sind dabei bevorzugt. Verwendbare Dicarbonsäuren schließen Terephthalsäure wahlweise mit geringen Mengen von Isophthalsäure und Diester davon ein (z.B. <20 Mol.%).
Verwendbare thermoplastische Polyesteramid-Elastomere, die bei der Herstellung des Kerns der erfindungsgemäßen Fasern verwendet werden können, schließen solche ein, wie sie in der US-P-3 468 975 beschrieben wurden. Beispielsweise können derartige Elastomere mit Polyester-Segmenten hergestellt werden, die erzeugt werden durch Reaktion von Ethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,10-Decandiol, 1,4-Di(methylol)cyclohexan, Diethylenglykol oder Triethylenglykol mit Malonsäure, Succinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, 2-Methyladipinsäure, 3-Methyladipinsäure, 3,4-Dimethyladipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure oder Dodecandionsäure oder Ester davon. Beispiele von Polyamid-Segmenten in derartigen Polyesteramiden schließen solche ein, die hergestellt werden durch Reaktion von Hexamethylendiamin oder Dodecamethylendiamin mit Terephthalsäure, Oxalsäure, Adipinsäure oder Sebacinsäure sowie durch die Ringöffnungspolymerisation von Caprolactam.
Thermoplastische Polyetheresteramid-Elastomere sind solche, wie sie in der US-P-4 230 838 beschrieben wurden, die ebenfalls verwendet werden können, um den Faserkern herzustellen. Derartige Elastomere können beispielsweise hergestellt werden, indem ein mit Dicarbonsäure terminiertes Polyamid-Prepolymer aus einem niedermolekularen (z.B. etwa 300 bis etwa 15.000) Polycaprolactam, Polyoenantholactam, Polydodecanolactam, Polyundecanolactam, Poly(11-aminoundecanonsäure), Poly(12-aminododecanonsäure), Poly(hexamethyelnadipat), Poly(hexamethylenazelat), Poly(hexamethylensebacat), Poly(hexamethylenundecanoat), Poly(hexamethylendodecanoat), Poly(nonamethylenadipat) oder dergleichen und Succinsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Undecandionsäure, Terephthalsäure, Dodecandionsäure oder dergleichen hergestellt werden. Das Prepolymer lässt sich anschließend umsetzen mit einem Hydroxy-terminierten Polyether wie beispielsweise Poly(tetramethylenether)glykol, Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol, Poly(propylenether)glykol, Poly(ethylenether)glykol oder dergleichen.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, können die Flügel aus jedem beliebigen nichtelastomeren oder harten Polymer erzeugt werden. Beispiele für derartige Polymere schließen nichtelastomere Polyester, Polyamide und Polyolefine ein.
Verwendbare thermoplastische, nichtelastomere Flügel-Polyester schließen ein: Poly(ethylenterephthalat) ("2G-T") und Copolymere davon, Poly(trimethylenterephthalat) ("3G-T"), Polybutylenterephthalat ("4G-T") und Polyethylen-2,6-naphthalat), Poly(1,4-cyclohexylendimethylenterephthalat), Poly(lactid), Poly(ethylenazelat), Polyethylen-2,7-naphthalat), Poly(glykolsäure), Poly(ethylensuccinat), Poly(alpha,alpha-dimethylpropiolacton), Poly(p-hydroxybenzoat), Poly(ethylenoxybenzoat), Poly(ethylenisophthalat), Poly(tetramethylenterephthalat), Poly(hexamethylenterephthalat), Poly(decamethylenterephthalat), Poly(1,4-cyclohexandimethylenterephthalat) (trans), Poly(ethylen-1,5-naphthalat), Polyethylen-2,6-naphthalat), Poly(1,4-cyclohexylidendimethylenterephthalat) (cis) und Poly(1,4-cyclohexylidendimethylenterephthalat) (trans).
Bevorzugte nichtelastomere Polyester schließen ein: Poly(ethylenterephthalat), Poly(trimethylenterephthalat) und Poly(1,4-butylenterephthalat) sowie Copolymere davon. Sofern relativ hoch schmelzende Polyester, wie beispielsweise Poly(ethylenterephthalat) verwendet werden, kann in dein Polyester ein Comonomer eingearbeitet werden, so dass es bei herabgesetzten Temperaturen versponnen werden kann. Derartige Comonomere können lineare, cyclische und verzweigte aliphatische Dicarbonsäuren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen (z.B. Pentandionsäure) einschließen; aromatische Dicarbonsäuren außer Terephthalsäure mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen (z.B. Isophthalsäure); lineare, cyclische und verzweigte aliphatische Diole mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen (z.B. 1,3-Propandiol, 1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol und 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol) sowie aliphatische und araliphatische Etherglykole mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen (z.B. Hydrochinon-bis(2-hydroxyethyl)ether). Das Comonomer kann in dein Polyester in einer Menge im Bereich von etwa 0,5% bis 15 Mol.% vorliegen. Wegen ihrer leichten kommerziellen Verfügbarkeit und weil sie kostengünstig sind, sind bevorzugte Comonomere für Poly(ethylenterephthalat) Isophthalsäure, Pentandionsäure, Hexandionsäure, 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol.
Der/Die Flügelpolyester können auch geringe Mengen anderer Comonomere unter der Voraussetzung enthalten, dass diese Comonomere keinen nachteiligen Einfluss auf die Fasereigenschaften haben. Derartige andere Comonomere schließen 5-Natriumsulfoisophthalat ein, beispielsweise mit einer Menge im Bereich von etwa 0,2% bis 5 Mol.%. Sehr geringe Mengen von beispielsweise etwa 0,1 Gew.% bis etwa 0,5 Gew.% bezogen auf die gesamten Inhaltsstoffe von trifunktionellen Comonomeren, z.B. Trimellithsäure, können zur Steuerung der Viskosität eingearbeitet werden.
Verwendbare thermoplastische, nichtelastomere Flügelpolyamide schließen ein: Poly(hexamethylenadipamid) (Nylon 6,6); Polycaprolactam (Nylon 6); Polyenanthamid (Nylon 7); Nylon 10; Poly(12-dodecanolactam) (Nylon 12); Polytetramethylenadipamid (Nylon 4,6); Polyhexamethylensebacamid (Nylon 6,10); Poly(hexamethylendodecanamid) (Nylon 6,12); das Polyamid von Dodecamethylendiamin und n-Dodecandionsäure (Nylon 12,12), PACM-12-Polyamid, deriviert von Bis(4-aminocyclohexyl)methan und Dodecandionsäure, das Copolyamid aus 30% Hexamethylendiammoniumisophthalat und 70% Hexamethylen-diammoniumadipat, das Copolyamid aus bis zu 30% Bis(p-amidocyclohexyl)methylen und Terephthalsäure und Caprolactam, Poly(4-aminobutansäure) (Nylon 4), Poly(8-aminooctansäure) (Nylon 8), Poly(heptamethylenpimelamid) (Nylon 7,7), Poly(octamethylensuberamid) (Nylon 8,8), Poly(nonamethylenazelamid) (Nylon 9,9), Poly(decamethylenazelamid) (Nylon 10,9), Poly(decamethylensebacamid) (Nylon 10,10), Poly[bis(4-aminocyclohexyl)methan-1,10-decandicarboxamid], Poly(m-xyloladipamid), Poly(p-xylolsebacamid), Poly(2,2,2-trimethylhexamethylenpimelamid), Poly(piperazinsebacamid), Poly(11-aminoundecansäure) (Nylon 11), Polyhexamethylenisophthalamid, Polyhexamethylenterephthalamid und Poly(9- aminononansäure) (Nylon 9), Polycaproamid. Copolyamide können ebenfalls zur Anwendung gelangen, wie beispielsweise Poly(hexamethylen-co-2-methylpentamethylenadipamid), in dem der Hexamethylen-Teil mit bis zu etwa 75% bis 90 Mol.% der gesamten von Diamin derivierten Teile vorliegen kann.
Verwendbare Polyolefine schließen ein: Polypropylen, Polyethylen, Polymethylpentan und Copolymere sowie Terpolymere von einem oder mehreren von Ethylen oder Propylen mit anderen ungesättigten Monomeren. Beispielsweise liegen Fasern, die nichtelastomere Polypropylen-Flügel und einen elastomeren Polypropylen-Kern aufweisen, innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung, wobei diese Fasern Bikomponentenfasern sind.
Kombinationen von elastomeren und nichtelastomeren Polymeren können einschließen: ein Polyetheramid, z.B. ein Polyetleresteramid, ein Elastomer-Kern mit Polyamid-Flügeln und ein Polyetherester-Elastomer-Kern mit Polyesterflügeln. Beispielsweise kann ein Flügelpolymer Nylon 6,6 aufweisen sowie Copolymere davon, z.B. Poly(hexamethylen-co-2-methylpentamethylenadipamid) worin der Hexamethylen-Teil mit etwa 80 Mol.% wahlweise gemischt mit etwa 1 % bis zu etwa 15 Gew.% Nylon-12 vorliegt und wobei ein Kernpolymer ein elastomeres segmentiertes Polyetheresteramid aufweisen kann. "Segmentiertes Polyetheresteramid" bedeutet ein Polymer, das weiche Segmente (langkettiger Polyether) kovalent gebunden (über die Ester-Gruppen) an harten Segmenten (kurzkettige Polyamide) hat. Ähnliche Definitionen entsprechen dem segmentierten Polyetherester, segmentierten Polyurethan und dergleichen. Das Nylon 12 kann die Haftung des Flügels an dem Kern verbessern und speziell dann, wenn der Kern auf PEBAX^TM 3533SN von Atofina beruht. Ein anderes bevorzugtes Flügelpolymer kann einen nichtelastomeren Polyester aufweisen, der ausgewählt ist aus der Gruppe von Poly(ethylenterephthalat) und Copolymeren davon, Poly(trimethylenterephthalat) und Poly(tetramethylenterephthalat); ein elastomerer Kern, der zur Verwendung damit geeignet ist, kann einen Polyetherester aufweisen, der das Reaktionsprodukt eines Polyetherglykols aufweist (ausgewählt aus der Gruppe von Poly(tetramethylenether)glykol und Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol mit Terephthalsäure oder Dimethylterephthalat und ein niedermolekulares Diol, das ausgewählt ist aus der Gruppe von 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol.
Ein elastomerer Polyetherester-Kern kann ebenfalls mit nichtelastomeren Polyamid-Flügeln verwendet werden und speziell dann, wenn ein die Haftung förderndes Additiv verwendet wird, wie hierin an anderer Stelle beschrieben wird. Beispielsweise können die Flügel einer solchen Faser ausgewählt sein aus der Gruppe von: (a) Poly(hexamethylenadipamid) und Copolymeren davon mit 2-Methylpentamethylendiamin und (b) Polycaprolactam; und der Kern einer solchen Faser kann ausgewählt sein aus der Gruppe von (a) Polyetheresteramid und (b) den Reaktionsprodukten von Poly(tetramethylenether)glykol oder Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol mit Terephthalsäure oder Dimethylterephthalat, und ein Diol, ausgewählt aus der Gruppe von 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol.
Verfahren zum Herstellen der vorstehend beschriebenen Polymere sind auf dein Fachgebiet bekannt und können die Verwendung von Katalysatoren, Cokatalysatoren und Mitteln zur Kettenverzweigung einschließen, wie sie auf dein Fachgebiet bekannt sind.
Die hohe Elastizität des Kerns macht es ihm möglich, Druchkräfte, Torsionskräfte und Dehnungskräfte zu absorbieren, wenn er durch die angefügten Flügel verdrillt wird, wenn die Faser gestreckt und relaxiert wird. Diese Kräfte werden eine Delamination der Flügel- und Kernpolymere bewirken, wenn deren Anhaftung zu schwach ist. Das Anhaften kann durch Auswahl von einem oder mehreren der Flügel- und Kernzusammensetzungen oder durch die Verwendung eines Mantels erhöht werden, wie bereits vorher beschrieben wurde, und/oder durch die Verwendung von Additiven zu nur einem oder zu beiden Polymeren, die das Anhaften verstärken. Additive lassen sich zu einem oder mehreren der Flügel zusetzen, so dass jeder Flügel den gleichen oder einen unterschiedlichen Grad der Anhaftung an dem Kern hat. Daher werden im typischen Fall die Kern- und Flügelpolymere so ausgewählt, dass sie über eine ausreichende Kompatibilität verfügen und sie aneinander anhaften, so dass eine Abtrennung auf ein Minimum herabgesetzt ist, während die Fasern hergestellt werden und in Gebrauch sind.
Es können auch Additive zu den Flügel- und/oder Kernpolymeren zugesetzt werden, um die Haftung zu verbessern, wie beispielsweise Nylon 12, z.B. 5 Gew.% bezogen auf das gesamte Flügelpolymer, d.h. Poly(12-dodecanolactam), das auch bekannt ist als "12" oder "N12", kommerziell verfügbar als Rilsan "AMNO" von Atofina. Es können auch Maleinsäureanhydrid-Derivate verwendet werden (wie beispielsweise Bynel^® CXA, ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company, oder Lotader^® Ethylen/Acrylsäureester/Maleinsäureanhydrid-Terpolymere von Atofina), um ein Polyetheramid-Elastomer zur Verbesserung seiner Haftung an einem Polyamid zu modifizieren. Als ein weiteres Beispiel könnte ein thermoplastisches Novolakharz, z.B. HRJ12700 (Shenectady International) mit einer zahlengemittelten relativen Molekülmasse im Bereich von etwa 400 bis etwa 5.000 einem elastomeren (Co)polyetherester-Kern zur Verbesserung seiner Haftung an (Co)polyamid-Flügeln zugesetzt werden. Die Menge an Novolakharz sollte im Bereich von 1% bis 20 Gew.% mit einem mehr bevorzugten Bereich von 2% bis 10 Gew.% liegen. Beispiele für Novolakharze, die hierin verwendbar sind, schließen die Folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Phenol-Formaldehyd, Resorcin-Formaldehyd, p-Butylphenol-Formaldehyd, p-Ethylphenol-Formaldehyd, p-Hexylphenol-Formaldehyd, p-Propylphenol-Formaldehyd, p-Pentylphenol-Formaldehyd, p-Octylphenol-Formaldehyd, p-Heptylphenol-Formaldehyd, p-Nonylphenol-Formaldehyd, Bisphenol A-Formaldehyd, Hydroxynaphthalen-Formaldehyd und Alkyl-(wie beispielsweise tert-Butyl-)phenol-modifizierter Ester (wie beispielsweise Pentaerythritester) von Kollophonium (speziell teilweise maleiertes Kollophonium). Siehe die erteilte US-Patentanmeldung mit Aktenzeichen Nr. 09/384 605, eingereicht am 27. August, 1999, für Beispiele von Methoden zur Gewährung einer verbesserten Haftung zwischen Copolyester-Elastomeren und Polyamid.
Mit Polyestern funktionalisiertes Maleinsäureanhydrid ("MA") könnten ebenfalls als haftungsfördernde Additive verwendet werden. Beispielsweise kann Poly(butylenterephthalat) ("PBT") funktionalisiert sein mit MA über radikalisches Pfropfen in einem Doppelschneckenextruder nach J. M. Bhattacharya, Polymer International (August, 2000), 49:8, S. 860-866, von denen ebenfalls veröffentlicht wird, dass wenige Gewichtsprozent des resultierenden PBT-g-MA als ein Mittel zum Kompatibilisieren für binäre Blends von Poly(butylenterephthalat) mit Nylon 66 und Poly(ethylenterephthalat) mit Nylon 66 verwendet wurden. Beispielsweise könnte ein solches Additiv verwendet werden, um (Co)polyamid-Flügel stärker an einen (Co)polyetherester-Kern der erfindungsgemäßen Faser haften zu lassen.
Die Polymere und resultierenden Fasern, Garne und Artikel, die in der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gelangen, können konventionelle Additive aufweisen, die während des Polymerisationsprozesses oder zu dem erzeugten Polymer oder Artikel zugesetzt werden können und zur Verbesserung der Eigenschaften des Polymers oder Faser beitragen können. Beispiele für diese Additive schließen ein: Antistatika, Antioxidantien, antimikrobielle Substanzen, Flammhemmmittel, Farbstoffe, Lichtstabilisatoren, Polymerisationskatalysatoren und -zusatzstoffe, Haftvermittler, Mittel zum Entglänzen wie beispielsweise Titandioxid, Mattierungsmittel und organische Phosphate.
Andere Additive, die beispielsweise während der Prozesse des Verspinnens und/oder Verstreckens auf die Fasern aufgebracht werden können, schließen Antistatika ein, Glättungsmittel, Haftvermittler, Hydrophiliermittel, Antioxidantien, antimikrobielle Substanzen, Flammhemmmittel, Gleitmittel und Kombinationen davon. Außerdem lassen sich diese zusätzlichen Additive während der verschiedenen Prozessschritte zusetzen, wie auf dem Gebiet bekannt ist.
Die erfindungsgemäßen Fasern können in Form von Endlosfilamenten vorliegen (entweder als ein Multifilamentgarn oder als ein Monofilament) oder als Stapel (einschließlich beispielsweise Werkgarn oder Spinnfasergarn). Die verstreckten Fasern der Erfindung können eine Denierzahl pro Faser von etwa 1,5 bis etwa 60 (1,7 bis 67 dtex) haben. Vollständig verstreckte Fasern der Erfindung mit Polyamidflügel haben im typischen Fall feinheitsbezogene Reißfestigkeiten von etwa 1,5 bis 3,0 g/dtex und Fasern mit Polyesterflügel etwa 1 bis 2,5 g/dtex, was von den Flügel/Kern-Verhältnissen abhängt. Die resultierenden Fasern der Erfindung können eine Abkochstreckung von mindestens etwa 20% und bevorzugt mindestens etwa 40% zum besseren Komfort und Sitz des fertigen Bekleidungsstückes haben.
Obgleich die vorstehende Beschreibung auf die Vorteile gerichtet ist, wenn die Faser einen weitgehend radial-symmetrischen Querschnitt hat, ist eine solche Symmetrie, obgleich sie oftmals gewünscht wird, für die Ausführungsformen der Erfindung nicht erforderlich, wobei:

(a) die streckbare synthetische Polymerfaser mindestens etwa 20% Abkochschwindung hat und weniger als etwa 10% Streckung erforderlich sind, um die Faser weitgehend gerade zu ziehen;
(b) die streckbare synthetische Polymerfaser einen axialen Kern aufweist, der ein elastomeres Polymer aufweist und eine Mehrzahl von Flügeln, die ein nichtelastomeres Polymer angefügt an den Kern aufweisen, wobei der Kern auf seiner Außenseite einen Mantel aus einem nichtelastomeren Polymer zwischen den Stellen besitzt, wo die Flügel den Kern berühren;
(c) die streckbare synthetische Polymerfaser einen axialen Kern aufweist, der ein elastomeres Polymer aufweist und eine Mehrzahl von Flügeln, die ein nichtelastomeres Polymer an dem Kern angeheftet aufweisen, wobei der Kern einen weitgehend kreisrunden oder regelmäßigen Polyederquerschnitt hat; oder
(d) die streckbare synthetische Polymerfaser einen axialen Kern aufweist, der ein elastomeres Polymer aufweist und eine Mehrzahl von Flügeln, die ein nichtelastomeres Polymer angefügt an den Kern aufweisen, wobei mindestens einer der Flügel eine T-, C- oder S-Form hat.

Derartige Fasern gemäß dieser vier Ausführungsformen können hergestellt und verwendet werden und können einen oder mehrere der hierin beschriebenen Vorteile bieten.
Wenn ein Garn hergestellt wird, das eine Mehrzahl von Fasern aufweist, können die Fasern jede beliebige gewünschte Feinheitsnummer und jeden gewünschten dpf-Wert haben, wobei die Verhältnisse von elastomeren zu nichtelastomeren Polymeren von Faser zu Faser differieren können. Das Multifilamentgarn kann eine Mehrzahl unterschiedlicher Fasern enthalten, z.B. von 2 bis 100 Fasern. Darüber hinaus können Garne, welche die Fasern der vorliegenden Erfindung aufweisen, einen Bereich von linearen Dichten pro Faser haben und können außerdem nicht erfindungsgemäße Fasern aufweisen.
Die synthetischen Polymerfasern der vorliegenden Erfindung können zur Erzeugung von textilen Flächengebilden mit Hilfe bekannter Mittel verwendet werden, einschließlich durch Weben, Kettwirken, Schusswirken (einschließlich Rundstricken) oder Strumpfwirken. Derartige textile Flächengebilde verfügen über ein hervorragendes Streckvermögen und Erholungsvermögen. Die Fasern lassen sich in Textilien und Stoffen verwenden, wie beispielsweise in Ausstattungstextilien und Bekleidung (einschließlich Unterwäsche und Strumpfwaren), um die gesamte Kleidung oder ein Teil davon zu erzeugen, und einschließlich in Kurzwaren. Es hat sich gezeigt, dass Bekleidung, wie beispielsweise Strumpfwaren, und Stoffe, die aus den Fasern und Garnen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, glatt sind, leicht und sehr gleichförmig ("nicht rauh") mit guten Streck- und Erholungseigenschaften.
Darüber hinaus wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Schmelzspinnen zum Spinnen von polymeren Endlosfasern bereitgestellt. Dieses Verfahren wird im Zusammenhang mit 5 beschrieben, das eine schematische Darstellung eines Apparates ist, der zur Erzeugung der Fasern der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gelangen kann. Allerdings gilt als selbstverständlich, dass andere Apparate angewendet werden können. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst das Durchleiten einer ein elastomeres Polymer aufweisenden Schmelze durch eine Spinndüse, um eine Mehrzahl von streckbaren synthetischen Polymerfasern zu erzeugen, die einen ein elastomeres Polymer aufweisenden axialen Kern haben und eine Mehrzahl von an dem Kern angefügten Flügeln, die das nichtelastomere Polymer aufweisen. Bezug nehmend auf 5 wird eine Beschickung von thermoplastischem harten Polymer, die nicht dargestellt ist, bei 20 in eine Spinndüsengruppe im Stapelaufbau 35 zugeführt und eine Beschickung eines thermoplastischen elastomeren Polymers, die nicht dargestellt ist, bei 22 zu einer Spinndüsengruppe im Stapelaufbau 35 zugeführt. Es können Spinndüsengruppen vor oder nach der Koaleszens verwendet werden. Die zwei Polymere können als unverstreckte Filamente 40 von der Spinndüsengruppe 35 im Stapelaufbau extrudiert werden, die über Düsen verfügt, die so konzipiert sind, dass sie den gewünschten Querschnitt liefern. In das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Abschrecken der Filamente einbezogen, nachdem sie die Kapillare der Spinndüse verlassen haben, um die Fasern in beliebiger bekannter Weise zu kühlen, wie beispielsweise mit Hilfe von Kühlluft bei 50 in 5. Es kann jede beliebige geeignete Methode zum Abschrecken zur Anwendung gelangen, wie beispielsweise als Querstromluft oder Radialstromluft.
Die Filamente können wahlweise mit einer Appretur behandelt werden, wie beispielsweise Silikonöl, und wahlweise mit Magnesiumstearat unter Anwendung jeder beliebigen bekannten Methode mit einem in 5 gezeigte Appretur-Applikator 60. Diese Filamente werden sodann nach dem Abschrecken verstreckt, so dass sie eine Abkochstreckung von mindestens etwa 20% zeigen. Die Filamente können in mindestens einem Streckschritt verstreckt werden, beispielsweise zwischen einer Zuführrolle 80 (die mit 150 bis 1.000 Meter/Minute betrieben werden kann) und einer Streckrolle 90, die schematisch in 5 gezeigt ist, um ein verstrecktes Filament 100 zu erzeugen. Der Streckschritt kann mit dem Verspinnen gekoppelt werden, um ein voll verstrecktes Garn zu erzeugen, oder sofern ein teilweise orientiertes Garn angestrebt wird, in einem Split-Prozess, bei dem es zwischen dem Verspinnen und Verstrecken eine Verzögerung gibt. Das Strecken kann auch während des Aufwickelns der Filamente als eine Kette von Garnen ausgeführt werden, was in der Fachwelt auch bezeichnet wird als "Kettscheren". Dem Filament kann jedes beliebige Streckverhältnis aufgeprägt werden (dessen Mangel störend in das Verarbeiten eingreift, indem das Filament reißt), so dass beispielsweise ein voll orientiertes Garn mit Hilfe eines Streckverhältnisses von etwa 3,0- bis 4,5-fach erzeugt werden kann und ein teilorientiertes Garn mit einem Streckverhältnis von etwa 1,2- bis 3,0-fach erzeugt werden kann. Hierin ist das Streckverhältnis die Umlaufgeschwindigkeit der Streckrolle 90 dividiert durch die Umlaufgeschwindigkeit der Zuführrolle 80. Das Verstrecken kann bei etwa 15° bis 100°C und im typischen Falle etwa 15° bis 40°C ausgeführt werden.
Das verstreckte Filament 100 kann wahlweise zum Teil relaxiert werden, z.B. mit Dampf bei 110 in 5. Während des Verspinnens kann eine Wärmerelaxation mit jedem beliebigen Betrag ausgeführt werden. Je größer die Relaxation ist, um so elastischer ist das Filament und um so geringer ist die Schrumpfung, die bei nachgeschalteten Verfahrensschritten auftritt. Das verstreckte fertige Filament kann nach dem Relaxieren, wie nachfolgend beschrieben wird, mindestens etwa 20% Abkochstreckung haben. Vorzugsweise wird das gerade versponnene Filament um etwa 1 bis 35% bezogen auf die Länge der verstreckten Filamente vor ihrem Aufwickeln wärmerelaxiert, so dass sie als ein typisches hartes Garn gehandhabt werden können.
Die abgeschreckten, gestreckten und wahlweise relaxierten Filamente können sodann durch Aufwickeln mit einer Geschwindigkeit von 200 bis etwa 3.500 m/min und bis zu 4.000 m/min bei einer Aufspulmaschine 130 in 5 aufgenommen werden. Andererseits können die Fasern, wenn Mehrfachfasern versponnen und abgeschreckt worden sind, zusammengeführt werden, wahlweise verflochten werden, und anschließend beispielsweise mit bis zu 4.000 m/min auf der Aufspulmaschine 130 aufgewickelt werden, z.B. im Bereich von etwa 200 bis etwa 3.500 m/min. Monofilament- oder Multifilamentgarne können auf einer Aufspulmaschine 130 in 5 in der gleichen Weise aufgewickelt werden. Sofern Multifilamente versponnen und abgeschreckt worden sind, können die Filamente zusammengeführt und wahlweise vor dem Aufwickeln verflochten werden, wie dieses auf dem Fachgebiet üblich ist.
Das Bikonstituentenfilament kann zu jedem beliebigen Zeitpunk nach dem Verstrecken einer Trockenhitzebehandlung oder einer Nasshitzebehandlung unterzogen werden, während es vollständig relaxiert ist, um die angestrebten Streck- und Erholungseigenschaften zu entwickeln. Eine solche Relaxation kann während der Filamenterzeugung beispielsweise während des vorstehend beschriebenen Schrittes der Relaxation erreicht werden oder nachdem das Filament in ein Garn oder ein textiles Flächengebilde eingebaut worden ist, wie beispielsweise während des Entbastens, Färbens und dergleichen. Die Wärmebehandlung in Faser- oder Garnform kann unter Verwendung von Heißwalzen oder einer "Hot-Chest" oder in einem Bausch-Schritt mit Dampfstrahl z.B. ausgeführt werden. Bevorzugt wird eine solche relaxierte Wärmebehandlung ausgeführt, nachdem sich die Faser in einem Garn oder textilen Flächengebilde befindet, so dass es bis zu diesem Zeitpunkt wie eine nichtelastomere Faser behandelt werden kann. Allerdings kann es nach Erfordernis wärmebehandelt und vollständig relaxiert werden, bevor es als eine hochverstreckte Faser aufgewickelt wird. Für eine größere Gleichförmigkeit in dem fertigen textilen Flächengebilde kann die Faser gleichförmig wärmebehandelt und relaxiert werden. Die Temperatur des Wärmebehandels/Relaxation kann im Bereich von etwa 80° bis etwa 120°C liegen, wenn das Heizmedium Trockenluft ist, und etwa 75° bis etwa 100°C, wenn das Heizmedium Heißwasser ist, und etwa 101° bis etwa 115°C, wenn das Heizmedium im Überdruckdampf ist (beispielsweise in einem Autoklaven). Geringere Temperaturen können zu einer zu geringen Wärmebehandlung oder zu keiner Wärmebehandlung führen, während höhere Temperaturen das elastomere Kernpolymer schmelzen können. Der Schritt der Wärmebehandlung/Relaxation kann in der Regel innerhalb weniger Sekunden ausgeführt werden.
Wie vorstehend ausgeführt, hat die Spinndüsenkapillare einen Aufbau, der dem gewünschten Querschnitt der Fasern der vorliegenden Erfindung entspricht, wie vorstehend beschrieben wurde, oder einen solchen, um andere Bikonstituenten- oder Bikomponentenfasern zu erzeugen. Die Kapillaren oder Spinndüsenbohrungen können mit jeder beliebigen geeigneten Methode geschnitten werden, wie beispielsweise durch Laserschneiden entsprechend der Beschreibung in der US-P-S 168 143, durch Bohren, mit Hilfe durch elektroerosives Bearbeiten (EDM) und Stanzen, die in der Fachwelt bekannt sind. Die Kapillardüse kann unter Anwendung eines Laserstrahls für einwandfreie Steuerung der Querschnittsymmetrie der Faser der Erfindung geschnitten werden. Die Düsenöffnungen der Spinndüsenkapillare können jede beliebige geeignete Abmessung haben und können durchgängig sein (vor Koaleszens) oder nicht durchgängig sein (nach Koaleszens). Eine nicht durchgängige Kapillare kann durch Bohren kleiner Löcher in einem Muster erhalten werden, mit denen es dem Polymer möglich ist, unterhalb der Spinndüsenfront zusammenzufließen und den mehrflügeligen Querschnitt der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Beispielsweise lassen sich die erfindungsgemäßen Filamente mit einem Präkoaleszens-Spinndüsenstapel entsprechend der Darstellung in 6, 6A, 6B und 6C erzeugen. (Präkoaleszens und Postkoaleszens). In 6, bei dem es sich um eine Seitenansicht der Spinndüsengruppe im Stapelaufbau handelt, wie sie in 5 gezeigt ist, erfolgt der Polymerfluss in Richtung des Pfeiles F. Die erste Platte der Spinndüsengruppe ist die Platte D, die den Polymer-Schmelzpool enthält und einen konventionellen Aufbau hat. Platte D ruht auf der Dosierplatte C (in 6C in Querschnittansicht dargestellt), die wiederum auf einer wahlweisen Verteilerplatte B ruht (in 6B als Querschnittansicht dargestellt), die auf der Spinndüsenplatte A ruht (in 6A in Querschnittansicht dargestellt), die von der Trägerplatte E der Spinndüsengruppe gehalten wird. Die Dosierplatte C ist im Kontakt mit der Verteilerplatte B unterhalb der Dosierplatte ausgerichtet, wobei die Verteilerplatte darüber ausgerichtet ist mit der Spinndüsenplatte A und diese berührt, die über darin hindurchgehende Kapillaren verfügt, im Wesentlichen aber keine Senken hat, wobei die Spinndüsenplatte(n) mit einer Spinndüsenträgerplatte (E) ausgerichtet ist und mit dieser im Kontakt steht und über größere Bohrungen als die Kapillaren verfügt. Die Ausrichtungen sind derart, dass eine Polymerzuführung zu der Dosierplatte C durch die Verteilerplatte B, Spinndüsenplatte A und Spinndüsenträgerplatte E unter Erzeugung einer Faser hindurchgehen kann. Die Schmelzpoolplatte D, bei der es sich um eine konventionelle Platte handelt, wird zur Speisung der Dosierplatte verwendet. Die Polymer-Schmelzpoolplatte D und die Trägerplatte E der Spinndüsengruppe sind ausreichend dick und starr, so dass sie fest aufeinander gepresst werden können und dadurch verhindert wird, dass das Polymer zwischen den gestapelten Platten der Spinndüsengruppe austritt. Die Platten A, B und C sind ausreichend dünn, so dass die Düsenöffnungen mit Hilfe der Methoden mit Laserlicht geschnitten werden können. Vorzugsweise sind die Bohrungen in der Spinndüsen-Trägerplatte (E) aufgeweitet, z.B. um etwa 45° bis 60°, so dass die gerade versponnene Faser nicht mit den Kanten der Bohrungen in Kontakt gelangt. Ebenfalls bevorzugt sind, sofern eine Präkoaleszens der Polymere angestrebt wird, die Polymere untereinander für weniger als etwa 0,30 cm (Präkoaleszens) und in der Regel weniger als 0,15 cm im Kontakt, bevor die Faser geformt wird, so dass die Querschnittform, wie sie von der Dosierplatte C und wahlweise von der Verteilerplatte D und der Bemessung der Spinndüsenplatte E vorgesehen ist, in der Faser genauer abgebildet wird. Eine noch präzisere Festlegung des Faserquerschnittes kann auch dadurch gefördert werden, dass die Löcher durch die Platten entsprechend der Beschreibung in der US-P-S 168 143 geschnitten werden, worin ein Multimode-Strahl von einem Festkörperlaser zu einem überwiegend Einzelmode-Strahl (z.B. TM₀₀-Mode) reduziert und auf einen Fleck von weniger als 100 μm Durchmesser und 0,2 bis 0,3 mm oberhalb des Metallblechs fokussiert wird. Das resultierende schmelzflüssige Metall wird aus der Unterseite des Metallblechs durch Druckfluid ausgestoßen, das koaxial mit dem Laserstrahl strömt. Der Abstand von der Oberseite bei der obersten Verteilerplatte zu der Spinndüsenfront kann auf weniger als etwa 0,30 cm reduziert werden.
Um Filamente zu erzeugen, die über eine beliebige Zahl von symmetrisch angeordneten Abschnitten von Flügelpolymer verfügen, wird in jeder der Platten die gleiche Zahl von symmetrisch angeordneten Düsen verwendet. Beispielsweise ist in 6A die Spinndüsenplatte A in einer Draufsicht um 90° zu der Spinndüsengruppe im Stapelaufbau von 5 dargestellt. Platte A in 6A weist 6 symmetrisch angeordnete Flügel-Spinndüsenöffnungen 140 auf, die mit einem mittigen runden Spinndüsenloch 142 in Verbindung stehen. Jede der Flügeldüsenöffnungen 140 kann unterschiedliche Breiten 144 und 146 haben. In 6B ist die komplementäre Verteilerplatte B gezeigt, die über Verteilerdüsenöffnungen 150 verfügt, die zu einem offenen Ende 152 zu einem wahlweisen Schlitz 154 konisch zulaufen, der die Verteilerdüsen mit dem mittigen runden Loch 156 verbindet. In 6C ist die Düsenplatte C mit Dosierkapillaren 160 für das Flügelpolymer und einer mittigen Dosierkapillare 162 für das Kernpolymer dargestellt. Die Polymer-Schmelzpoolplatte D kann jeden beliebigen konventionellen Aufbau bekannter Ausführungen haben. Die Spinndüsen-Trägerplatte E hat eine ausreichend große, durchgehende Bohrung und ist von dem Weg des neu versponnenen Filamentes weg aufgeweitet (beispielsweise um 45 bis 60°), so dass das Filament nicht die Seitenflächen der Bohrung berührt, wie in 5 und 6 in Seitenansicht dargestellt ist. Die Spinndüsenanordnung im Stapelaufbau, die Platten A bis D, ist so ausgerichtet, dass das Kernpolymer von der Polymer-Schmelzpoolplatte D durch die mittige Dosieröffnung 162 der Dosierplatte C und durch die 6 kleinen Kapillaren 164, durch die mittige kreisrunde Kapillare 156 der Verteilerplatte B, durch die mittige kreisrunde Kapillare 142 der Spinndüsenplatte A und nach außen durch die große aufgeweitete Bohrung in der Spinndüsen-Trägerplatte E strömt. Gleichzeitig strömt das Flügelpolymer von der Polymer-Schmelzpoolplatte D durch die Polymerdosierkapillaren 160 der Dosierplatte C, durch die Verteilerdüsen 150 der Verteilerplatte B (worin, wenn wahlweise Schlitz 154 vorhanden ist, die zwei Polymere zum ersten Mal miteinander in Kontakt treten), durch die Flügelpolymerdüsen 140 der Spinndüsenplatte A und schließlich nach außen durch die Bohrung in der Spinndüsen-Trägerplatte E.
Der Spinndüsenstapel der Erfindung kann zum Schmelzextrudieren einer Mehrzahl von synthetischen Polymeren zur Erzeugung einer Faser verwendet werden. In dem Spinndüsenstapel der vorliegenden Erfindung können die Polymere direkt in die Spinndüsenkapillaren zugeführt werden, da die Spinndüsenplatte keine wesentliche Senke hat. Unter "keine wesentliche Senke" wird verstanden, dass die Länge jeder vorhandenen Senke (einschließlich etwaige Aussparung in Verbindung mit den Zutritten einer Vielzahl von Kapillaren) kleiner ist als etwa 60% und bevorzugt kleiner ist als etwa 40% der Länge der Spinndüsenkapillare. Die direkte Zudosierung von Multikomponenten-Polymerströmen in die vorgegebenen Stellen an der hinteren Eintrittseite der die Faser erzeugenden Düsenöffnung in der Spinndüsenplatte eliminiert die Probleme der Polymer-Migration, wenn mehrfache Polymerströme in den Zuführkanälen im Wesentlichen vor der Spinndüsenöffnung vereint werden, was die Norm ist.
Es kann nützlich sein, die Funktionen der zwei Platten zu einer durch die Verwendung von ausgesparten Rillen an einer oder beiden Seiten der Einzelplatte mit entsprechenden Bohrungen durch die Platte hindurch zur Verbindung der Rillen zu vereinen. Beispielsweise können Aussparungen, Rillen und Vertiefungen in die stromaufwärts liegende Seite der Spinndüsenplatte geschnitten werden (beispielsweise durch elektroerosives Bearbeiten) und können die Funktion von Verteilungskanälen oder -schichten in ausgeprägten Senken übernehmen.
Mit dem Spinndüsenstapel der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Fasern erzeugt werden, die zwei oder mehrere Polymere aufweisen. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise andere Bikonstituentenfasern und Bikomponentenfasern erzeugen, die hierin nicht offenbart und/oder beansprucht wurden und einschließlich die Querschnittprofile, wie sie in den US-P-4 861 660, 3 458 390 und 3 671 379 offenbart wurden. Der resultierende Faserquerschnitt kann beispielsweise Seite-an-Seite sein, ein exzentrischer Mantel-Kern, konzentrischer Mantel-Kern, Flügel-und-Flügel-Kern, Flügel-und-Mantel-und-Kern und dergleichen. Darüber hinaus lässt sich der erfindungsgemäße Spinndüsenstapel zum Verspinnen von splitbaren und nichtsplitbaren Fasern verwenden.
In 7 ist eine Seitenansicht der Spinndüsenanordnung im Stapelaufbau gezeigt, wie er in 5 dargestellt ist, worin der Polymerfluss in Richtung der Pfeile erfolgt. Die Anwendung dieser Anordnung ist im nachfolgenden Beispiel 6 exemplifiziert. Die erste Platte in der Spinndüsengruppe ist Platte D, die den Polymer-Schmelzpool enthält. Diese Platte ist von konventionellem Aufbau, wie er in der Technik bekannt ist und enthält die Durchlässe 20 und 22 zur Einführung des nichtelastomeren Flügel- und Mantelpolymers bzw. des elastomeren Polymers. Platte D ruht auf der Dosierplatte H, die wiederum auf der Verteilerplatte G ruht, die auf der Spinndüsenplatte F ruht, die auf der Platte C ruht, die auf der Platte B ruht, die auf der Spinndüse oder Platte A ruht, die von der Trägerplatte E der Spinndüsengruppe getragen wird. Die Polymer-Schmelzpoolplatte D und die Trägerplatte E der Spinndüsenanordnung sind ausreichend dick und starr und fest aufeinander zusammengepresst und verhindern so, dass das Polymer zwischen den gestapelten Platten der Spinndüsenanordnung austritt. Alle anderen Platten sind ausreichend dünn, so dass die Düsenöffnungen unter Verwendung von Bearbeitungsmethoden mit Laserlicht geschnitten werden können. 7A bis 7C und F bis 7H stellen eine Draufsicht auf eine alternative Spinndüsenanordnung im Stapelaufbau dar, die für bestimmte Fasern der vorliegenden Erfindung verwendbar ist und mit der Querschnittansicht in 5 dargestellt wird. Das elastomere Kernpolymer und die nichtelastomeren Flügel- und Mantelpolymere sind in 7A bis 7C und 7F bis 7H unter Verwendung einer Präkoaleszens- Spinndüsengruppe im Stapelaufbau des gleichen Typs vereint, wie er in der Seitenansicht von 6 veranschaulicht ist. In dieser alternativen Spinndüsengruppe im Stapelaufbau gelangen eine Trägerplatte für den Spinndüsenaufbau, Spinndüsenplatte A und Polymer-Schmelzpoolplatte D zur Anwendung, wobei jedoch fünf Platten Verteilerplatte B und Dosierplatte C ersetzen. Durch die Spinndüsenplatte A, wie sie in 7A gezeigt ist, sind Flügelöffnungen 210 geschnitten, eine mittige Bohrung 214 für Kernpolymer und Mantelpolymer und Verbindungsschlitze 212. Platte B, wie sie in 7B gezeigt ist, durch sie hindurch geschnittenen Flügel-Düsenöffnungen 220 und eine mittige Bohrung 222 für Kernpolymer und Mantelpolymer oberhalb der Spinndüsenplatte A. Über der Platte C ist Platte B entsprechend der Darstellung in 7C zentriert und enthält durch sie hindurch geschnittene, konusförmige Düsenöffnungen 230 für Flügel- und Mantelpolymer, mittige Bohrung 232 für Kernpolymer und Mantelpolymer. Eine Platte 234 bleibt mit der Platte verbunden. Über der Platte C ist Platte F entsprechend der Darstellung zentriert und enthält durch sie hindurch geschnitten die Düsenöffnungen 240 und die mittige Bohrung 242 für Kernpolymer und Mantelpolymer. Über der Platte F ist Platte G entsprechend der Darstellung und enthält durch sie hindurch geschnitten die Flügel-Düsenöffnungen 250, konusförmige Düsenöffnungen 252 für Flügelpolymer und Mantelpolymer und eine mittige Bohrung 254 für Kernpolymer. Über der Platte G ist Platte H entsprechend der Darstellung in 7H zentriert und enthält durch sie hindurch geschnitten Düsenöffnungen 260 für Flügelpolymer, Düsenöffnungen 262 für Flügelpolymer und Mantelpolymer und eine mittige Bohrung 264 für Kernpolymer.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht. In den Beispielen wurden die folgenden Prüfmethoden angewendet.
PRÜFMETHODEN
Der Begriff "Abkochstreckung" wird austauschbar auf dem Fachgebiet mit den folgenden Begriffen verwendet: "prozentuale Streckung", "erholbare Streckung", "erholbare Schrumpfung" und "Kräuselpotential". Der Begriff "nicht erholbare Schrumpfung" wird austauschbar mit den folgenden Begriffen verwendet: "prozentuale Schrumpfung", "scheinbare Schrumpfung" und "absolute Schrumpfung".
Streckeigenschaften (Abkochstreckung, Abkochschrumpfung Streckerholung nach dem Abkochen) der Fasern, die in den "Beispielen" hergestellt wurden, wurden folgendermaßen bestimmt. Es wurde ein 5.000 Denier (5.550 dtex)-Strang auf eine 137 cm (54 inch)-Spule aufgewickelt. Beide Seiten des mit Schlaufe versehenen Stranges wurden in den Denier-Gesamtwert einbezogen. Die ersten Stranglängen mit einem Gewicht von 2 g (Länge CB) und mit 1.000 g Gewicht (0,2 g/Denier) (Länge LB) wurden gemessen. Der Strang wurde 30 min in 95°C-Wasser ("abkochen") und die Anfangslängen (nach dem Abkochen) mit einem Gewicht von 2 g (Länge CA_Anfang und mit einem Gewicht von 1.000 g (Länge LA_Anfang) gemessen. Nach der Messung mit dem 1.000g-Gewicht wurden zusätzliche Längen mit einem Gewicht von 2 g nach 30 Sekunden (Länge CA_30s) und nach 2 Stunden (Länge CA_2Std) gemessen. Die Abkochschrumpfung wurde berechnet als 100 × (LB-LA)/LB. Die prozentuale Abkochstreckung wurde als 100 × (LA – CA bei 30 s)/CA bei 30 s berechnet. Die Streckerholung nach dem Abkochen wurde als 100 × (LA – CA_2Std)/(LA-CA_Anfang) berechnet.
Der Test auf Entlastungskraft bei 20% und 35% verfügbarer Streckung wurde wie folgt ausgeführt. Es wurde ein Bikonstituentenfaserstrang mit einer Denier-Gesamtzahl von 5.000 (5.550 dtex) Abkochen hergestellt. Beide Seiten des geschlauften Stranges wurden in den Denier-Gesamtwert einbezogen. Es wurde eine Instron-Zugrüfmaschine (Canton, MA) bei 21°C und 65% relativer Luftfeuchtigkeit eingesetzt. Der Strang wurde in die Spannbacken der Prüfmaschine eingelegt mit einem Spalt zwischen 76 mm (3 inch). Die Prüfmaschine wurde durch drei Streck-Relax-Zyklen (Belastung-Entlastung) gefahren, wobei jeder Lastzyklus ein Maximum einer Kraft von 0,2 g pro Denier hatte (500 gf) hatte, wonach die Kraft beim dritten Entlastungszyklus ermittelt wurde. Es wurde eine effektive Denier-Zahl (d.h. die tatsächliche lineare Dichte bei der Test-Längung) für 20% und 35% verfügbare Streckung beim dritten Entlastungszyklus gemessen. "20% und 35% verfügbare Streckung" bedeutet, dass der Strang zwischen 20% bzw. 35% von 500 g beim dritten Zyklus relaxiert wurde. Die Entlastungskraft bei 20% und 35% verfügbare Streckung wurde in Milligramm pro effektive Denier-Zahl (mg/Denier) aufgezeichnet.
Die Delaminierung der Flügel von dem Kern einer Faser wurde ermittelt, indem erst ein Strang 5.000 Denier-(5.550 dtex)Strang (in die Stranggröße waren beide Seiten der resultierenden Schlaufe einbezogen) auf einer 1,25m-Spule aufgespult wurde. Der Strang wurde für 30 min in einem Autoklaven einem Dampf von 102°C ausgesetzt. Von dem Strang wurde eine Länge von 20 cm einer einzelnen Faser ausgewählt und in der Hälfte umgelegt. Das offene Ende der resultierenden Schlaufe wurde an der Unterseite zusammengewickelt und die umwickelte Schlaufe vertikal an einen Haken gehängt. An der unteren (umwickelten) Seite der Schlaufe wurde ein Gewicht von 1 Gramm pro Denier (50 Gramm für eine 25 Denier-Schlaufe) angebracht. Das Gewicht wurde bis zu der Stelle angehoben, bei der die Schlaufe durchhing, und wurde anschließend langsam zur Streckung der Schlaufe abgesenkt und das volle Gewicht aufgebracht. Nach zehn derartigen Zyklen wurde die Schlaufe auf Delaminierung unter Vergrößerung untersucht und bewertet. Es wurden drei Proben wie folgt bewertet:
0 = keine Flügel/Kern-Delaminierung entlang der Faser sichtbar
1 = eine geringfügige Delaminierung an einem oder mehreren der Umkehrknoten sichtbar
2 = Delaminierung dort sichtbar, wo die Faser gegen den Haken gescheuert wurde
3 = geringfügige Delaminierung (in kleinen Schlaufen und lediglich an einigen wenigen Stellen)
4 = kleine Schlaufen zeigen eine Delaminierung entlang der gesamten Faser
5 = starke Delaminierung (große Schlaufen entlang der gesamten Faser)
Die Ergebnisse aus diesen drei Proben wurden gemittelt.
R₁ und R₂ wurden gemessen, indem zwei Kreise auf einer Mikrophotographie eines Querschnittes der Faser so übereinander gelegt wurden, dass der eine Kreis (R,) ungefähr den äußersten Polymerkern umschrieb und der andere Kreis (R₂) den ungefähr innersten Umfang des Flügelpolymers.
BEISPIEL 1.A
Eine Bikonstituentenfaser der Erfindung mit einem symmetrischen, 6-flügeligen Querschnitt, wie er im Wesentlichen in 1 gezeigt wird, wurde unter Verwendung eines in 5 veranschaulichten Apparates versponnen. Eine einzelne Faser 40 wurde unter Verwendung der Spinndüsenplatte 35 und Anwendung einer Spinndüsentemperatur von 265°C versponnen. Bei 20 in 5 wurde konventionell hergestelltes geschmolzenes Nylonpolymer mit einer relativen Viskosität von etwa 45 bis 60 in die Spinndüsenanordnung im Stapelaufbau 30 eingeführt. Das Nylonpolymer, das den Flügelabschnitt der Bikonstituentenfaser bildete, war Poly(hexamethylen-co-2-methylpentamethylenadipamid) worin der Hexamethylen-Teil mit 80 Mol.% (6/MPMD(80/20)-6) vorhanden war und wozu 5 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht des Flügelpolymers Nylon 12 (Poly(12-dodecanolactam)) (auch bekannt als "12" oder "N12") (Rilsan^® "AMNO" von Atofina) zugesetzt worden sind. Das Nylon 12 wurde zur Verbesserung der Flügel-Kern-Kohäsion zugesetzt. Die Flügelabschnitte machten 45 Gew.% der Faser aus. Ein zweites Polymer, welches den Kern der Faser bildete, wurde bei 22 der Anordnung im Stapelaufbau 30 in 5 zugesetzt. Das Kernpolymer war ein elastomeres, segmentiertes Polyetheresteramid (PEBAX^TM 3533SN von Atofina; Biegemodul 19.300 kPa (2.800 psi)) und wurde volumetrisch zur Erzeugung eines Kerns dosiert, der 55 Gew.% der Bikonstituentenfaser ausmachte.
Die Präkoaleszens-Spinndüsengruppe im Stapelaufbau 30 bestand aus den mit A bis E in 6 gekennzeichneten gestapelten Platten. Es wurden Spinndüsenöffnungen durch die Spinndüsenplatte A aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 0,038 cm (0,015 inch) als sechs Flügel geschnitten, die symmetrisch mit 60° um das Symmetriezentrum angeordnet waren, indem ein in der US-P-S 168 143 beschriebener Prozess angewendet wurde. Wie in 6A veranschaulicht ist, war jede Flügel-Düsenöffnung 140 gerade zu einer Mittellinie der langen Achse ausgerichtet, die durch das Symmetriezentrum verlief und eine Länge von 0,124 cm (0,049 inch) von der Spitze zum Umfang einer mittigen runden Spinndüsenbohrung 142 (Durchmesser 0,030 cm (0,012 inch)) mit einem Ursprung des Radius hatte, der der gleiche war wie der des Symmetriezentrums. Es gab an dem Eintritt zur Spinndüsenkapillare keine Senke. Die Flügellänge 144 von der Spitze bis 0,069 cm (0,027 Inch) hatte eine Breite von 0,0107 cm (0,0042 inch), wobei die übrige Länge 146 von 0,056 cm (0,022 inch) eine Breite von 0,0081 cm (0,0032 inch) hatte. Die Spitze jedes Flügels war an der halben Breite der Spitze auf Radius geschnitten. Die Verteilerplatte B mit einer Dicke von 0,038 cm (0,015 inch) war im Bezug auf die Spinndüsenplatte A so ausgerichtet, dass ihre Verteilungsdüsenöfnungen mit den Spinndüsenöffnungen in der Spinndüsenplatte A kongruent waren. Die sechs Flügel-Düsenöffnungen von Platte B hatten eine Länge von 0,239 cm (0,094 Inch) und eine Breite von 0,051 cm (0,020 inch), wobei deren Flügelspitzen zur Hälfte ihrer Breite auf Radius gerundet waren. Wie in 6B veranschaulicht wird, lief jede der sechs Flügel-Düsenöfnungen 150 der Verteilerplatte B konisch zu einem gerundeten (Durchmesser 0,015 cm (0,006 inch)) offenen Ende 156 und lief dann als ein Schlitz einer Länge von 0,033 cm (0,013 inch) und einer Länge von 0,0046 cm (0,0018 inch) zur mittigen Bohrung 156 weiter. Die mittige Bohrung 156 in dieser Platte hatte einen Durchmesser von 0,032 cm (0,0125 inch). Ein Schlitz 154 stand in Verbindung mit der mittigen Bohrung mit dem Ende jeder Flügel-Verteilerdüsenöffnung. Die Dosierplatte C hatte eine Dicke von 0,025 cm (0,010 inch) (siehe hierzu 6C). Jede der Dosierungsöffnungen war über der Mittellinie der langen Achse eines Flügels oder über dem Symmetriezentrum in der Verteilerplatte B zentriert. Die mittige Düsenbohrung 152 und Bohrung pro Flügel 160 hatten einen Durchmesser von 0,025 cm (0,010 inch); wobei die Mitten der Bohrungen 160 einen Abstand von der Mitte der Bohrung 162 von 0,305 cm (0,120 inch) hatten. Die mittige Dosierbohrung wurde filtriertem, geschmolzenem elastomerem Polymer von einer konventionellen Schmelzpoolplatte D (siehe 6) gespeist und bildete das Kernelement im Inneren der fertigen Faser. Die äußeren sechs Dosierbohrungen von Platte C wurden mit einem nichtelastomeren Polymer aus der Schmelzpoolplatte D gespeist, um zu den Polymerflügeln zu werden. Die großen Bohrungen (im typischen Fall mit 0,4763 cm (0,1875 inch) Durchmesser) in der Spinndüsen-Trägerplatte E (siehe wiederum 6), waren mit den Spinndüsenöffnungen in der Spinndüsenplatte A ausgerichtet und um 45° aufgeweitet. Spinndüsenplatte A, Verteilerplatte B und Dosierplatte C waren sandwichartig von der Schmelzpoolplatte D und der Spinndüsen-Trägerplatte E eingeschlossen. Im typischen Fall hatte Platte E eine Dicke von 0,4 bis 1,3 cm (0,2 bis 0,5 inch) und Platte D eine Dicke von 0,05 bis 0,08 cm (0,02 bis 0,03 inch).
Es wurde eine frisch versponnene einzelne Faser 40 (siehe 5) mit einem Luftstrom 50 gekühlt, um sie erstarren zu lassen und bei 60 einer Appretur (etwa 5 Gew.% bezogen auf die Faser), die Silikonöl und ein Metallstearat aufwies, aufgetragen. Die Faser wurde zu einer Streckzone zwischen der Zuführrolle 80 und der Streckrolle 90 weiter geführt indem um jede Rolle mehrere Wicklungen aufgenommen wurden. Die Geschwindigkeit der Streckrolle 90 betrug das 4-fache derjenigen der Zuführrolle 80 bei einem Streckverhältnis von 4-fach; und die spätere Geschwindigkeit betrug 350 m/min. Die Faser wurde sodann mit Dampf von 0,87 kPa (6 lb/in²) in einer Kammer 110 behandelt und die Aufspulmaschine 130 mit einer Geschwindigkeit betrieben, die um 20% kleiner war als die der Streckrolle 90, so dass die Faser teilweise (20%) relaxiert wurde, um die Schrumpfung in der fertigen Faser zu verringern. Die verstreckte und teilrelaxierte Faser 120 wurde auf der Aufspulmaschine 130 aufgewickelt und hatte eine lineare Dichte von 27 Denier (30 dtex).
BEISPIEL 1.B
Es wurde ein Bikonstituentengarn nach der Erfindung mit 10 Fasern, von denen jede 6 radialsymmetrische Flügel aus Nylon 6-12 (Poly(hexamethylendodecanamid)) (Grenzviskosität 1,18), Zytel^® 158 ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company; Biegemodul 2,0 × 10⁶ kPa (295.000 psi) und einen Kern aus PEBAX^TM 3533SA hatte, unter Anwendung des Apparates von 5 im Wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1.A mit der Ausnahme versponnen, dass die Spinndüsentemperatur 240°C betrug, Verteilerplatte B keinen Schlitz 154 hatte und anstelle der in Beispiel 1.A aufgetragenen Appretur eine Appretur von 4 Gew.% auf Polyetheresterbasis aufgetragen wurde, wobei das Streckverhältnis 3,75-fach war und das Garn zu 15% relaxiert war. Das gestreckte und teilweise relaxierte Garn hatte eine lineare Dichte von 80 Denier (88 dtex). Eine Mikrophotographie des Querschnittes der resultierenden Faser ist in 8 gezeigt.
BEISPIEL 1.C
Es wurde ein Bikonstituentengarn nach der Erfindung aus 10 Filamenten mit 5 radial-symmetrischen Flügeln auf jedem Filament aus Poly(butylenterephthalat) (4G-T) (Crastin^® Typ 6129, ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company; Biegemodul 2,4 × 10⁶ kPa (350.000 psi) und mit einem elastomeren Polyetherester-Kern aus HYTREL^® (ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours & Company, Inc.) 3078 analog zu dem von Beispiel 1.A mit der folgenden Ausnahme hergestellt: jede Platte verfügte über fünf Bohrungen für Zuführung von Flügelpolymer in einer symmetrischen Anordnung mit 72° Abstand; die Dosierplatte C hatte eine zusätzliche Reihe von Bohrungen, eine pro Flügel auf der Mittellinie des Flügels; die 4G-T-Flügel hatten kein Kohäsionsadditiv; anstelle der in Beispiel 1.A aufgetragenen Appretur wurden 4 Gew.% mit Polysiloxan entsprechend der Beschreibung in der US-P-4 999 120 verwendet; die Zuführrolle hatte eine Geschwindigkeit von 250 m/min; das Streckverhältnis betrug 3,6-fach und der Dampfdruck für die Relaxation betrug 2,9 kPa (20 lb/in²). Das gestreckte und teilweise relaxierte Garn hatte eine lineare Dichte von 150 Denier (165 dtex).
Im Bezug auf die zusätzliche Reihe von Bohrungen auf der Dosierplatte C, eine pro Flügel auf der Mittellinie des Flügels, hatte jede Bohrung einen Durchmesser von 0,013 cm (0,005 inch) und befand sich 0,121 cm (0,0475 inch) vom Symmetriezentrum der Bohrungen. Die zusätzlichen Bohrungen wurden jedoch nicht mit geschmolzenem Polymer von der Schmelzpoolplatte D gespeist.
Die in Beispiel 1.A-C hergestellten Game wurden auf Abkochstreckung und Abkochschwindung sowie Streckerholung nach dem Abkochen verglichen. Der Test wurde ausgeführt, indem zuerst ein Garnstrang von 5.000 Denier (5.550 dtex) hergestellt wurde, der auf eine 137cm-Rolle (54 inch) aufgewickelt wurde. Beide Seiten des mit Schlaufe versehenen Stranges wurden in den Denier-Gesamtwert einbezogen. Die Anfangslänge des Stranges wurde mit einem leichten und einem schweren Gewicht gemessen und die folgenden Messungen aufgezeichnet:
CB = gemessene Stranglänge mit 2 g Gewicht
LB = gemessene Stranglänge mit 1.000 g Gewicht (0,2 g pro Denier).
Die folgenden Anfangs- und Endlängen wurden nach einer heißen wässrigen Behandlung oder "Abkochen" gemessen, bei der der Strang 30 min in Wasser bei 95°C getaucht wird:
CA (Anfang) = gemessene Stranglänge nach Behandlung mit 2 g Gewicht
LA = gemessene Stranglänge nach Behandlung mit 1.000 g Gewicht (0,2 g pro Denier)
CA (30 Sekunden) = gemessene Stranglänge 30 Sekunden nach dem LA gemessen mit 1.000 g, diese entfernt und 2 g Gewicht aufgebracht
CA (2 Std) = gemessene Stranglänge 2 Stunden nach der gemessenen LA mit 2 g Gewicht aufgebracht.
Diese Messungen wurden verwendet, um die Garncharakteristik wie folgt zu berechnen:
prozentuale Streckung nach dem Abkochen = 100 × (LA-CA bei 30 s)/CA bei 30 s
Abkochschrumpfung = 100 × (LB-LA)/LB
prozentuale Erholung nach Abkochen = 100 × (LA-CA bei 2 Std.)/(LA-CA zu Beginn)
Die Garneigenschaften der Abkochschrumpfung, die prozentuale Abkochstreckung und Streckerholung sind in Tabelle 1 für die Garne von Beispiel 1.A bis 1.C aufgeführt und eignen sich für Anwendungen bei Strumpfwaren und Bekleidung.
TABELLE 1
BEISPIEL 2
Es wurde ein durchscheinender Strumpfhosenrohling unter Verwendung von vier Fasern gewirkt, die in Beispiel 1.A hergestellt wurden. Es wurde eine kommerzielle Wirkmaschine mit vier Zuführungen (Lanoti Model 400, 402 Nadeln) verwendet. Die Fasern wurden in einem typischen Mehrzweck-Jersey-Beinling-Aufbau gewirkt, wie er für eine kommerzielle Strumpfhose typisch ist. Die Filamente wurden direkt von dem Spulenkörper gewirkt und verhielten sich wie ein "hartes" Garn, d.h. ohne elastomeren Charakter. Die vier Filamente wurden unabhängig den Maschinennadeln direkt durch Standard-Gatterführungen zugeführt, von denen jedes einen konventionellen Tänzer-Ringspanner hatte, wie er typischerweise zum Zuführen von nichtelastomeren Garnen zu Wirkmaschinen verwendet wird. Die Strumpfrohlinge wurden mit 700 U/min im Schenkelbereich und 800 U/min im Knöchelbereich gewirkt. Jeder Rohling wurde in etwa 2 min gewirkt, einschließlich ein Hosenabschnitt im Standard-Nylonspandex-Strumpfhosenstil.
Das Rohwarenmaß des Strumpfrohlings wurde mit konventionellen Mitteln eingestellt, um den Vorschriften der Standardgrößen zu genügen. Danach wurden die Strumpfhosenrohlinge wärmebehandelt, um die latente Streckcharakteristik in der Bikonstituentenfaser zu aktivieren. Dieses erfolgte mit einer von zwei Möglichkeiten. In der einen Methode wurden die Strumpfhosenrohlinge in einen Stoffsack gegeben und in einem Wasserbad bei Raumtemperatur bewegt. Die Temperatur des Bades wurde mit Dampf über 45 min bis auf 85°C erhöht und anschließend mit Wasser unter Bewegung auf Raumtemperatur gekühlt. Die in dem Sack befindlichen Rohlinge wurden in einer Zentrifuge geschleudert und in einem Ofen bei 100°C getrocknet. In einer anderen Methode wurden die Rohlinge durch Taumeln und Dampfbehandlung unter Verwendung von Dampf unter Luftdruck für 30 min geschrumpft. In beiden Fällen wurde die erfindungsgemäße Faser hoch streckbar, jedoch nicht volumig durch die relaxierte Wärmebehandlung ausgeführt. Anschließend wurden die Rohlinge aus den Säcken entnommen und in konventioneller Weise zu Strumpfhosen vernäht. Die Bekleidungsstücke wurden sodann erneut in Säcke gegeben und unter Anwendung von Standardprozeduren mit Säurefarbstoff für Nylonstrumpfhosen mit einer maximalen Temperatur des Farbbades bei 99°C gefärbt. Die gefärbten Bekleidungsstücke wurden geschleudert, getrocknet und auf Strumpf-Formmaschinen mit einer Basisbreite von 10,2 cm (4 Inch) Standardausführung geformt. Der Autoklav zum Formen war so eingestellt, dass der Strumpf für 4 Sekunden bei 102°C behandelt wurde, gefolgt von einem Trocknen für 30 Sekunden bei 99°C. Die Strumpfhose wurde auf die Formen gegeben, so dass sie so klein wie möglich blieben, während das Gewebe in einem knitterfreien Zustand gehalten wurde. Das Aussehen der fertiggestellten Bekleidungsstücke war für Anwendungen für Feinwirkstrumpfwaren geeignet, die ein gutes Streckvermögen und Erholungsvermögen zeigten. Ihre Schrumpfung in dem jeweiligen Zustand der Fertigbehandlung wurde entsprechend der nachfolgenden Beschreibung gemessen und die Größe und Maßhaltigkeit der fertigen Waren für die kommerzielle Herstellung von Strumpfprodukten als geeignet angesehen.
Die Messungen der Querstreckung wurden an dem Rohgewebe ausgeführt und wiederum nach einer 10-minütigen heißen wässrigen Behandlung (Abkochen), um die Schrumpfung und das Potential einzuschätzen, typische Maß-Standards einzuhalten. Messungen der Querstreckung wurden ausgeführt, indem jeder Rohling über die Spannbacken eines Dinema S.R.L.-Instrumentes gezogen wurde und die Spannbacken auseinandergezogen wurden und die prozentuale Streckung gemessen wurde, wenn die Kraft der Spannbacken 4.500 g erreichte. Die Messungen wurden 7,6 cm (3 inch) unterhalb des Zwickels ("Schenkel"), auf dem halben Weg zwischen Zehenspitze und dem Zwickel ("Knie") und etwa 8,9 cm (3,5 inch) oberhalb des Zehs ("Fuß"). Die Bein-Zugstreckung wurde in ähnlicher Weise mit der Ausnahme gemessen, dass jeder Rohling längs zwischen den Spannbacken des Instrumentes eingespannt wurde. Die Streckwerte betrugen 22% für den Schenkel, 21% für das Knie, 17% für den Fuß und 138% für den Beinzug. Der Schrumpfwert von näherungsweise 17 bis 24% von der Rohabmessung bis zur Abkochabmessung wurde bestimmt für den Schenkel, das Knie, den Fuß und den Beinzug und war nur wenig verändert nach dem Formen und Färben, was darauf hinweist, dass die Rohlinge dimensionsstabil waren, was für die kommerzielle Anwendung Bedingung ist.
BEISPIEL 3
Die Garne von Beispiel 1.B wurden verwendet, um ein Schuss-Streckgewebe auf einem Schützenwebstuhl in einer "Crowfoot"-Konstruktion mit TACTEL^® (ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company) mit 70 Denier (78 dtex), 6,6 Nylon in der Kette mit 40 Enden/Zentimeter (102 Enden/inch) aufzubauen. Das 10 Filament-Bikonstituentengarn aus Beispiel 1.B mit 80 Denier (89 dtex) war die Schussfaser mit 39 Schusseinträgen/cm (100 Schusseinträgen/inch). Das Rohgewebe hatte eine Breite von 159 cm (62,5 inch). Dieses Gewebe wurde fertiggestellt unter Anwendung einer Wäsche im relaxierten Zustand bei 71°C, gefolgt von einer zweiten relaxierten Wäsche bei 118°C. Nach dem Trocknen hatte dieses Gewebe eine relaxierte Breite von 91 cm (36 inch). Dieses Gewebe wurde bei 100°C mit Standard-Säurefarbstoffen für Nylon gefärbt. Die Nassbreite nach dem Färben betrug 84 cm (33 inch). Abschließend wurde dieses Gewebe ohne Wärmefixierung luftgetrocknet. Die abschließende Breite betrug 84 cm (33,25 inch). Dieses Gewebe war bauschfrei, glatt und knitterfrei nach lediglich 1-maliger Lufttrocknung. Das Gewebe zeigte eine gute Streckung und Erholung und einen hervorragenden Griff einer Hartfaser und ästhetisches Aussehen. In dein relaxierten fertiggestellten Zustand verfügte dieses Gewebe über die folgenden Eigenschaften:

flächenbezogene Masse: 151 g/m² (4,45 oz/yard²);

Dicke: 0,0262 cm (0,0103 inch);

Füllfadendichte: 44 Schussfäden/cm (112 Schussfäden/inch);

Kettfadendichte: 76,8 Kettfäden/cm (192 Kettfäden/inch).
Eine Länge dieses Gewebes von 10 cm mit einer Breite von 5 cm wurde auf Streckung von Hand bis zur vollen Ausdehnung im Schuss bewertet. Das Gewebe ließ sich bis zu 65% seiner relaxierten Länge strecken und zeigte eine Erholung nach dem Strecken von Hand um mehr als 95% der Differenz zwischen seiner gestreckten und relaxierten Länge.
BEISPIEL 4
Es wurden Garne aus Beispiel 1.C verwendet, um ein Schuss-Streckgewebe auf einem Schützenwebstuhl in Grundbindung mit DuPont's TACTEL^® 70 Denier (78 dtex), 6,6 Nylon in der Kette mit 40 Enden/Zentimeter (102 Enden/inch) aufzubauen. Das 10 Filament-Bikonstituentengarn aus Beispiel 1.C mit 150 Denier (166 dtex) war die Schussfaser bei 19,7 Schusseinträgen/cm (50 Schusseinträgen/inch).

Das Rohgewebe hatte eine Breite von 161 cm (63,5 inch). Dieses Gewebe wurde fertiggestellt unter Anwendung einer Wäsche im relaxierten Zustand für 20 min bei 82°C. Das Gewebe wurde für 60 min bei 100°C mit Standardsäurefarbstoffen für Nylon gefärbt und bei 93°C getrocknet. Die abschließende Breite betrug 85 cm (33,5 inch). Dieses Gewebe war bauschfrei, glatt und knitterfrei. Das Gewebe zeigte eine gute Streckung und Erholung und einen hervorragenden Griff für Hartfaser sowie ästhetisches Aussehen. In dem relaxierten fertiggestellten Zustand verfügte dieses Gewebe über die folgenden Eigenschaften:

flächenbezogene Masse:	152 g/m² (4,5 oz/yard²);
Dicke:	0,0292 cm (0,0115 inch);
Füllfadendichte:	23,6 Schussfäden/cm (60 Schussfäden/inch);
Kettfadendichte:	80 Kettfäden/cm (204 Kettfäden/inch).

Eine Länge dieses Gewebes von 10 cm mit einer Breite von 5 cm wurde auf Streckung von Hand bis zur vollen Ausdehnung im Schuss bewertet. Das Gewebe ließ sich bis zu 72,8% seiner relaxierten Länge strecken und zeigte eine Erholung nach dem Strecken von Hand um mehr als 97% der Differenz zwischen seiner gestreckten und relaxierten Länge.
BEISPIEL 5
Dieses Beispiel veranschaulicht den Nutzen der Verwendung eines Haftvermittlers (siehe Beispiel 5.B) zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Faser. Es wurden Bikonstituentenfasern unter Anwendung des in 5 veranschaulichten Apparates versponnen, wobei die Bedingungen und der Spinndüsenstapel analog denjenigen waren, wie sie für Beispiel 1.A beschrieben wurden. Jede gestreckte Faser hatte eine längenbezogene Masse von 26 Denier (28,6 dtex). Die Bewertung für die Abkocheigenschaften und Delaminierung sind in Tabelle 2 angegeben.
BEISPIEL 5.A
Das elastomere Kernpolymer war ein elastomeres Polyetheresteramid (PEBAX^TM 3533SN von Atofina) und wurde volumetrisch während des Spinnens dosiert, um einen Kern zu erzeugen, der 51 Gew.% jeder Faser ausmachte. Das Nylonblend, welches die sechs Flügel bildete, war Poly(hexamethylen-co-2- methylpentamethylenadipamid), wie in Beispiel 1.A beschrieben wurde. Die Mikrophotographie des Querschnittes der resultierenden Fasern ist in 9 gezeigt.
BEISPIEL 5.B
Es wurde eine Faser mit sechs Flügeln aus 6/MPMD (80/20)-6 Polyamid (Poly(hexamethylen-co-2-methylpentamethylenadipamid), worin der Hexamethylen-Teil mit 80 Mol.% vorlag) und ein Kern von elastomerem Polyetheresteramid (PEBAX^TM 3533SN) im Wesentlichen wie in Beispiel 5.A mit der Ausnahme versponnen, dass 5 Gew.% Poly(12-dodecanolactam) entsprechend der Beschreibung in Beispiel 1.A dem Flügelpolymer zugegeben wurden, um die Flügel-Kern-Kohäsion zu unterstützen.
Die Delaminierung der Flügel von dem Kern einer Faser wurde ermittelt, indem zunächst ein 5.000 Denier (5.550 dtex)-Strang (in die Stranggröße einbezogen waren die beiden Seiten der resultierenden Schlaufe) auf einer 1,25m-Spule aufgespult wurden. Der Strang wurde für 30 min in einem Autoklaven einem Dampf bei 102°C unterworfen. Eine einzelne Faser mit einer Länge von 20 cm wurde von dem Strang ausgewählt und zur Hälfte umgelegt. Das offene Ende der resultierenden Schlaufe wurde zusammen an der Unterseite zusammengewickelt und die umwickelte Schlaufe vertikal an einen Haken gehängt. An dem unteren (umwickelten) Ende der Schlaufe wurde ein Gewicht von 1 Gramm pro Denier (0,9 dN/tex) (50 Gramm für eine 25 Denier (28 dtex)-Schlaufe) angebracht. Das Gewicht wurde bis zu der Stelle angehoben, bei der die Schlaufe durchhing, und anschließend vorsichtig abgesenkt, um die Schlaufe zu strecken und das volle Gewicht anzuwenden. Nach zehn derartigen Zyklen wurde die Schlaufe auf Delaminierung unter Vergrößerung untersucht und bewertet. Es wurden drei Proben wie folgt bewertet:
0 = keine Flügel/Kern-Delaminierung entlang der Faser sichtbar
1 = eine geringfügige Delaminierung an einem oder mehreren der Umkehrknoten sichtbar
2 = Delaminierung dort sichtbar, wo die Faser gegen den Haken gescheuert wurde
3 = geringfügige Delaminierung (in kleinen Schlaufen und lediglich an einigen wenigen Stellen)
4 = kleine Schlaufen zeigen eine Delaminierung entlang der gesamten Faser
5 = starke Delaminierung (große Schlaufen entlang der gesamten Faser)
Die Ergebnisse der drei Proben wurden gemittelt und in Tabelle 2 zusammengetragen.
TABELLE 2
Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung ausgewählter Paare von Kern- und Flügelpolymeren eine Faser ergeben können, die einer Delaminierung widersteht (Beispiel 5.A), und dass die Verwendung eines, Haftvermittlers eine vorteilhafte Wirkung auf die weitere Verringerung der Bewertung der Delaminierung der Faser bis beispielsweise unterhalb einer Bewertung von etwa 2,5 (Beispiel 5.B) haben kann.
BEISPIEL 6
Dieses Beispiel veranschaulicht eine Faser gemäß der Erfindung mit einem speziellen 2-flügeligen Querschnitt und die Verwendung eines dünnen Mantels, der das gleiche Polymer wie die Flügel aufweist und die Flügel durchgehend verbindet. In diesem Fall ist eine Seite jedes Flügels (zum Unterschied von einem Ende des Flügels) an den Kern gefügt, so dass der Flügel eine T-Form hat (siehe 4). Der dünne Mantel umkapselt den Kern und eliminiert den Kontakt des Elastomers mit den Oberflächen.
Bei der Herstellung der Faser für dieses Beispiel wurde Poly(hexamethylendodecanamid) (Zytel^® 158) als das Flügelpolymer verwendet und ein Polyetherester mit einem weichen Segment aus Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol und Butylenterephthalat (4G-7) als hartes Segment für den Kern verwendet, wobei die Herstellung im Wesentlichen entsprechend der Beschreibung in der US-P-4 906 721 erfolgte. Die Menge an 3-Methyltetrahydrofuran, die in das Copolyetherglykol eingearbeitet wurde, betrug 9 Mol.% und die Glykolzahl für das mittlere MW 2.750 und das Molverhältnis von 4G-T zu Copolyetherglykol 4,6:1.
Die Polymere wurden unter Anwendung der Konfiguration der Spinndüsenplatten versponnen, wie sie in den 7A-7C und 7F-7H gezeigt ist. In der Spinndüsenplatte A (7A) hatte die Mantel-Kern-Bohrung einen Durchmesser von 0,028 cm (0,011 inch). Die Kern-Mantel-Bohrung der ersten Platte B (7B) hatte einen Durchmesser von 0,020 cm (0,008 inch). Die Kern-Mantel-Bohrung der ersten Platte B (7B) hatte einen Durchmesser von 0,064 cm (0,025 inch) und der Kreisring dieser Platte einen Außendurchmesser von 0,254 cm (0,100 inch). Die Kern-Mantel-Bohrung der dritten Platte F (7F) hatte einen Durchmesser von 0,318 cm (0,125 inch). Die mittige Kernbohrung der vierten Platte G ( 7G) hatte einen Durchmesser von 0,064 cm (0,025 inch) und der Kreisring dieser Platte einen Außendurchmesser von 0,254 cm (0,100 inch). Die mittige Kernbohrung der fünften Platte H (7H) hatte einen Durchmesser von 0,084 cm (0,033 inch).
Die mittigen Bohrungen und die Kreisringe waren so bemessen, dass die Polymerströme wie folgt waren. Das Kernpolymer wurde direkt durch die mittigen Kernbohrungen jeder der Platten zugeführt. Das Flügel-Mantel-Polymer wurde den Flügel-Düsenöffnungen zugeführt bzw. dem äußeren Teil der mittigen Bohrung von Platte A über die Flügel-Düsenöffnungen bzw. dem äußeren Teil der mittigen Bohrung von Platte B. Der erste Kontakt zwischen Flügel und Kern erfolgte daher in der Spinndüsenplatte A. Die konusförmigen Flügel-Mantel-Düsenöffnungen von Platte C führten einen Teil des Polymers nach unten in die Flügel-Düsenöffnungen von Platte B und führten einen Teil des Polymers nach oben zu dem äußeren Rand der mittigen Bohrung von Platte F, wodurch ein Teil des Mantels gebildet wurde. Die konusförmigen Flügel-Mantel-Düsenöffnungen von Platte C wurden über die Düsenöffnungen der Platte F gespeist. Die Düsenöffnungen von Platte F wurden über die Düsenöffnungen von Platte G gespeist. Die konusförmige Düsenöffnung von Platte G speiste den äußeren Rand der mittigen Bohrung von Platte F, wodurch der äußere Teil des Mantels gebildet wurde. Der erste Kontakt zwischen Mantel und Kern erfolgte daher an der Platte F. Die Düsenöffnungen in Platte H speisten die Düsenöffnungen, bzw. in Platte G.
In den in diesem Beispiel erzeugten Fasern betrug das Gewichtsverhältnis von Flügel zu Kern 56/44 und der Mantel machte etwa 10 Gew.% des Gesamtgehalts des Flügels aus. Der Prozentsatz kann von etwa 2% bis etwa 20 Gew.% variieren. Es wurden zehn Filamente versponnen, ohne Relaxation auf 3,6-fach verstreckt und mit 900 m/min aufgespult. Bei der relaxierten Exponierung an Dampf bei Atmosphärendruck schrumpfte die Faser sofort und zeigte anschließend eine gute Streckung und Erholung.
BEISPIEL 7
Dieses Beispiel zeigt, dass eine geschlossen periphere, spiralige Verdrillung unnötig ist, um die in der erfindungsgemäßen Faser angestrebte Streckung und Erholung zu erzielen.
Die in Beispiel 1.C verwendeten Flügel- und Kernpolymere wurden durch einen Spinndüsenstapel ähnlich demjenigen versponnen, wie er in Beispiel 1.A verwendet wurde, mit der Ausnahme der folgenden Unterschiede: die Flügel-Spinndüsenöffnungen in der Spinndüsenplatte A hatten eine Länge von 0,058 cm (0,023 inch) und die mittige runde Bohrung einen Durchmesser von 0,200 cm (0,008 inch), der Verteilerplatte B führten Schlitze 154 (siehe 6B); es wurden zehn Fasern unter Erzeugung eines Garns versponnen, wobei jede Faser 33 Gew.% Flügelpolymer enthielt; das Garn wurde ohne Relaxation auf 3,3-fach verstreckt und mit 1.040 m/min aufgespult. 8 und 9 sind Mikrophotographien der resultierenden Fasern in dem Garn und zeigen sowohl eine periphere spiralige Verdrillung als auch eine nicht periphere spiralige Verdrillung der Flügel. Die Abschnitte der peripheren Verdrillung und die Abschnitte der nicht peripheren Verdrillung reagieren auf eine vollständige Relaxation ähnlich: eine Länge von 10 cm, die einem Dampf bei Atmosphärendruck unterworfen wurde, schrumpfte auf 4,8 cm. Wiederholte Streck-und-Relaxationszyklen (bis 10 cm) resultierten zu einer Länge von 6,5 cm, die jedoch wiederum bis 4,8 cm ohne erneute Exponierung an Dampf bei Atmosphärendrck schrumpfte, was auf einen reversiblen Set hinweist.
Obgleich die Erfindung in Verbindung mit ihrer detaillierten Beschreibung beschrieben wurde, gilt als selbstverständlich, dass die vorstehend ausgeführte Beschreibung von der Natur her exemplarisch und beispielhaft ist und zur Veranschaulichung der Erfindung und ihrer bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen ist. Durch routinemäßige Versuchsführung wird der Fachmann offensichtliche Modifikationen und Variationen erkennen, die vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

Streckbare synthetische Polymerfaser mit einem weitgehend radial-symmetrischen Querschnitt und aufweisend einen axialen Kern, der ein thermoplastisches, elastomeres Polymer aufweist; sowie eine Mehrzahl von Flügeln, die mindestens ein thermoplastisches, nichtelastomeres Polymer aufweisen und an dem Kern angefügt sind.
Faser nach Anspruch 1, aufweisend 3 bis 8 Flügel, die eine Abkochschwindung von mindestens 20% hat, weniger als 10% Streckung benötigt, um die Faser weitgehend gerade zu richten, einen weitgehend kreisrunden Kernquerschnitt hat und worin das Gewichtsverhältnis von nichtelastomerem Flügel-Polymer zu elastomerem Kern-Polymer im Bereich von 10/90 bis etwa 70/30 beträgt.
Faser nach Anspruch 1, worin das nichtelastomere Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus nichtelastomeren Polyamiden, Polyolefinen und Polyestern, und das elastomere Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus thermoplastischen Polyurethanen, thermoplastischen Polyester-Elastomeren, thermoplastischen Polyolefinen, thermoplastischen Polyesteramid-Elastomeren und thermoplastischen Polyetheresteramid-Elastomeren.
Faser nach Anspruch 1, worin das nichtelastomere Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus a) Poly(hexamethylenadipamid) und Copolymeren davon mit 2-Methylpentamethylendiamin und b) Polycaprolactam, und das elastomere Polymer ein Polyetheramid ist.
Faser nach Anspruch 1, worin das nichtelastomere Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Poly(ethylenterephthalat) und Copolymeren davon, Poly(trimethylenterephthalat) und Poly(tetramethylenterephthalat), und das elastomere Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus den Reaktionsprodukten von Poly(tetramethylenether)glykol oder Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol mit Terephthalsäure oder Dimethylterephthalat und einem Diol, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol.
Faser nach Anspruch 1, worin in den Kern auf seiner äußeren Oberfläche ein Mantel aus einem nichtelastomeren Polymer zwischen Punkten einbezogen ist, wo die Flügel den Kern berühren.
Faser nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Additiv, das dem nichtelastomeren Polymer der Flügel zugesetzt ist, um die Haftung der Flügel an dem Kern zu verbessern, wobei diese Faser eine Delaminierungsbewertung unterhalb von 2,5 hat.
Faser nach Anspruch 7, worin das nichtelastomere Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: (a) Poly(hexamethylenadipamid) und Copolymeren davon mit 2-Methylpentamethylendiamin und (b) Polycaprolactam, und worin das elastomere Polymer Polyetheresteramid ist.
Streckbare synthetische Polymerfaser mit mindestens etwa 35% Abkochschwindung und die weniger als 10% Streckung benötigt, um die Faser weitgehend gerade zu richten.
Streckbare synthetische Polymerfaser, aufweisend einen axialen Kern, der ein elastomeres Polymer aufweist, und eine Mehrzahl von Flügeln, die ein nichtelastomeres Polymer aufweisen, die an dem Kern angefügt sind, wobei in den Kern auf seiner äußeren Oberfläche ein Mantel aus einem nichtelastomeren Polymer zwischen Punkten einbezogen ist, wo die Flügel den Kern berühren.
Streckbare synthetische Polymerfaser, aufweisend einen axialen Kern, der ein elastomeres Polymer aufweist, und eine Mehrzahl von Flügeln, die ein nichtelastomeres Polymer aufweisen, die an dem Kern angefügt sind, wobei der Kern einen weitgehend kreisrunden oder regelmäßigen Polyeder-Querschnitt hat.
Streckbare synthetische Polymerfaser, aufweisend einen axialen Kern, der ein elastomeres Polymer aufweist, und eine Mehrzahl von Flügeln, die ein nichtelastomeres Polymer aufweisen, die an dem Kern angefügt sind, worin mindestens einer der Flügel eine T-, C- oder S-Form hat.
Kleidungsstück, welches die Faser nach Anspruch 1, 9, 10, 11 oder 12 aufweist.
Verfahren zum Schmelzspinnen zum Spinnen von polymeren Endlosfasern, umfassend: Durchleiten einer Schmelze, die mindestens ein thermoplastisches nichtelastomeres Polymer aufweist, und einer Schmelze, die ein thermoplastisches elastomeres Polymer aufweist, durch eine Spinndüse, um eine Mehrzahl von streckbaren synthetischen Polymerfasern zu erzeugen, die einen weitgehend radial-symmetrischen Querschnitt haben und einen axialen Kern aufweisen, der das elastomere Polymer aufweist, und eine Mehrzahl von Flügeln, die das nichtelastomere Polymer aufweisen, die an dem Kern angefügt sind; Abschrecken der Fasern nach ihrem Austritt aus der Kapillare der Spinndüse, um die Fasern zu kühlen, und Aufnehmen der Fasern.
Verfahren nach Anspruch 14, umfassend nach dem Abschrecken einen zusätzlichen Schritt der Wärmerelaxation der Faser, so dass sie mindestens 20% Abkochschwindung zeigt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem die Wärmerelaxation mit einem Heizmedium von trockener Luft, heißem Wasser oder Dampf bei Überdruck ausgeführt wird bei einer Temperatur im Bereich von 80° bis 120°C, wenn das Heizmedium die trockene Luft ist, bei 75° bis 100°C, wenn das Heizmedium das heiße Wasser ist, und bei 101 ° bis 115°C, wenn das Heizmedium der Dampf bei Überdruck ist.
Verfahren nach Anspruch 14, umfassend nach dem Abschrecken einen zusätzlichen Schritt des Streckens der Faser, so dass sie mindestens 20% Abkochschwindung zeigt.
Verfahren nach Anspruch 14, umfassend nach dem Abschrecken einen zusätzlichen Schritt des Relaxierens der Faser bezogen auf die Faserlänge vor dem Relaxieren im Bereich von 1 bis 35%.