DE69028693T2 - Kautschuk verstärkende polyesterfaser und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Kautschuk verstärkende polyesterfaser und verfahren zu ihrer herstellung

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kautschuk verstärkende Polyesterfaser. Inbesondere betrifft sie eine Polyesterfaser, die zur Verstärkung von Kautschuk verwendet wird und eine gute Maßhaltigkeit, hohe Festigkeit, starke Zähigkeit, lange Haltbarkeit und hohe wärmebeständigkeit in Kautschuk aufweist und einen Reifen mit guter Gleichmäßigkeit und guter Haltbarkeit liefern kann.
  • Eine Polyesterfaser weist gute mechanische Eigenschaften, Maßhaltigkeit und Haltbarkeit auf und wird in großem Umfang nicht nur für Gewebe, sondern auch für industrielle Zwecke verwendet. Insbesondere nimmt die Menge der Polyesterfaser, die zum Verstärken von Kautschukmaterialien, z.B. als Reifencord, verwendet wird, zu, weil die oben beschriebenen Eigenschaften wirksam ausgenutzt werden.
  • Hochfestes Garn, das erhalten wird, wenn ungestrecktes Garn mit geringer Orientierung bei einem hohen Verhältnis gestreckt wird, wurde für die Herstellung von Reifencord verwendet; die Schrumpfung dieses hochfesten Garns bei trockener Wärme ist jedoch hoch, und wenn das hochfeste Garn in Kautschuk als Reifencord eingebettet und aus diesem Kautschuk mit eingebettetem Reifencord ein Reifen geformt wird, wird der Reifen aufgrund der Schrumpfung des Cords nicht sehr gleichmäßig. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem relativ stark orientiertes ungestrecktes Garn (vororientiertes Garn, d.h. POY) gestreckt wird, wodurch hochfestes Garn entsteht und die Maßhaltigkeit des Reifencords durch Verwendung dieses hochfesten Garns verbessert wird. Dieses Verfahren wird gegenwärtig in großem Umfang zur Herstellung von Reifencord verwendet.
  • Kürzlich wurde die Tendenz der Verwendung von Polyesterfaser selbst auf einem Gebiet deutlich, bei dem vorher Rayon als Reifencord für Autos verwendet wurde, und nunmehr muß die Polyesterfaser eine bisher nicht erreichbare gute Maßhaltigkeit aufweisen. Als diese Forderung erfüllendes Verfahren wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Spinngeschwindigkeit des ungestreckten, vororientierten Garns (POY) erhöht wird, wodurch die Maßhaltigkeit verbessert wird, wie es in JP-A-63-165547 und JP-A-61-19812 beschrieben wird. Obwohl die reine Erhöhung der Spinngeschwindigkeit von POY beim herkömmlichen Verfahren die Maßhaltigkeit verbessert, nimmt die Zähigkeit mit steigender Spinngeschwindigkeit von POY deutlich ab, und da die Wärmebeständigkeit (IRT) in Kautschuk deutlich abnimmt, ist außerdem die Lebensdauer eines Reifens gering, der unter Verwendung des erhaltenen Garns als Reifencord hergestellt wurde, und die Haltbarkeit dieses Reifens ist schlecht. Deshalb wird das oben genannte Verfahren in der Praxis nicht verwendet.
  • EP-A-0 162 313 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Kautschuk verstärkendem Polyestercord, das das Schmelzspinnen von Polyester, der vorwiegend Polyethylenterephthalat umfaßt und eine Strukturviskosität von nicht weniger als 0,75 aufweist, das Aufnehmen der entstandenen Spinngarne unter Kühlung, wodurch feste POY-Garne erhalten werden, deren Filamente eine Doppelbrechung von 0,010 bis 0,050 aufweisen, das Strecken der Garne bei einem Streckverhältnis, das das 2- bis 4fache beträgt, das Verzwirnen der gestreckten Garne zu 5 Drehungen oder mehr pro 10 cm, wodurch Cord erhalten wird, das Aufbringen eines Klebstoffs für Kautschuk und die anschließende Wärmebehandlung bei einer Temperatur von nicht mehr als 220ºC umfaßt. Die gewünschte Eigenschaft des Garns ist eine chemische Beständigkeit bei hoher Temperatur, die insbesondere durch den Wärmebehandlungsschritt geliefert wird.
  • Reifencord mit geringer Schrumpfung, der auf einer ähnlichen technischen Idee basiert, wie sie in JP-A-63-165547 und JP-A- 61-19812 beschrieben ist, beschreiben JP-A-61-132616, JP-A-61- 252332 und JP-A-62-69819, die Ergebnisse der von uns vorgenommenen Versuche haben jedoch gezeigt, daß seine Wärmebeständigkeit in Kautschuk schlecht ist, wie es bei dem in JP-A-63- 165547 beschriebenen Reifencord der Fall ist, und in der Praxis wird zur Milderung dieses Mangels, wie es in den Beispielen der oben genannten Patentveröffentlichung beschrieben wird, ein Blockierungsmittel, d.h. ein Mittel für die Verringerung des Gehalts an endständigem COOH, wie 2,2'-Bis(2-oxazolin) beim Verfahren zur Garnherstellung verwendet. Wenn dieses Blockierungsmittel verwendet wird, treten jedoch Nachteile, wie die Beeinträchtigung des Garnherstellungsvermögens, die Zunahme von Flocken bzw. Flaum, die Verringerung der Festigkeit und des Ermüdungswiderstands, auf und es müssen verschiedene Probleme gelöst werden, damit das oben genannte Verfahren praktisch durchführbar wird
  • GB-A-1 458 585 beschreibt die Herstellung von linearem aromatischem Polyester mit einem besseren Erweichungspunkt und einer besseren Farbe, wobei Dicarbonsäure zuerst in Gegenwart von 10- 200 Gew.-Teilen pro Million Dicarbonsäure von Germaniumdioxid und mindestens einem Äquivalent eines Alkalimetallhydroxids pro Mol Germaniumdioxid als Katalysator mit Glycol verestert und dieser Ester anschließend einer Polykondensation bei reduziertem Druck in Gegenwart von 100-1000 Gew.-Teilen pro Million Dicarbonsäure von Antimontrioxid unterzogen wird.
  • Die vorliegende Erfindung versucht eine hochfeste, Kautschuk verstärkende Polyesterfaser, insbesondere Reifengarn, mit guter Maßhaltigkeit, Zähigkeit und Haltbarkeit, die anstelle von Rayonfaser zur Verstärkung von Kautschuk verwendet werden kann, und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
  • Es wurde festgestellt, daß eine derartige Faser erhalten werden kann, wenn die Entstehung von Teilchen im Polymer vollständig verhindert wird und die Orientierungseigenschaften beim Spinnschritt im Hinblick auf die Polymereigenschaften gesteuert werden, damit die physikalischen Eigenschaften der Polyesterfaser streng in bestimmten Bereichen gehalten werden.
  • Insbesondere wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kautschuk verstärkende Polyesterfaser bereitgestellt, die aus Polyester besteht, der unter Verwendung von 30 bis 150 ppm als Antimon einer Antimonverbindung und 5 bis 60 ppm als Germanium einer Germaniumverbindung als Polymerisationskatalysator hergestellt wird, wobei der Gehalt an endständigen Carboxylgruppen ([COOH]) nicht größer als 25 Äqu./t ist, der Gehalt an Diethylenglycol (DEG) nicht größer als 1,3 Gew.-% ist, die Strukturviskosität (IV) mindestens 0,85 beträgt, die Summe (S) aus mittlerer Dehnung und Schrumpfung bei trockener Hitze weniger als 8% beträgt, das Produkt (T E), wobei T die Festigkeit und E die Dehnung ist, mindestens (2S + 5) g/d%1/2 beträgt und der Endmodul (TM) nicht mehr als 40 g/d beträgt.
  • Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Kautschuk verstärkender Faser bereitgestellt, daß das Spinnen bei starker Orientierung eines Polyesters, der hergestellt wird mit 30 bis 150 pm als Antimon einer Antimonverbindung und 5 bis 60 ppm als Germanium einer Germaniumverbindung, wodurch eine stark orientierte Faser mit einer Strukturviskosität von mindestens 0,9 und einer Doppelbrechung (Δn) von mindestens 80 x 10&supmin;³ erhalten wird, das Strecken der Faser bei einem Streckverhältnis, das nicht größer als das Streckverhältnis des 0,93fachen des kritischen Streckverhältnisses (Streckverhältnis beim Bruch des ungestreckten Garns) ist, und Thermofixieren der gestreckten Faser bei einer Temperatur von mindestens 210ºC umfaßt.
  • Die vorliegende Erfindung wird am besten wie folgt durchgeführt.
  • Das verwendete Polyester ist Polyester, der Ethylenterephthalat-Einheiten als hauptsächlische sich wiederholende Einheiten umfaßt. In Anbetracht der Maßhaltigkeit und Festigkeit ist die Addition oder Copolymerisation einer Dritten, von Diethylenglycol verschiedenen Komponente, die als Nebenprodukt erzeugt wird, nicht bevorzugt, und es wird vorzugsweise Polyethylenterephthalat verwendet, das im wesentlichen frei von anorganischen Teilchen oder dergleichen ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Polyesterfaser muß die Summe (S) aus mittlerer Dehnung und Schrumpfung bei trockener Hitze, die die Maßhaltigkeit angibt, weniger als 8% betragen. Wenn S 8% oder mehr beträgt, kann kein Polyestercord mit geringer Schrumpfung und hohem Modul erhalten werden, und dieser Polyestercord kann nicht als Ersatz für Rayoncord verwendet werden. In dieser Hinsicht beträgt S vorzugsweise nicht mehr als 7,5%.
  • Die erfindungsgemäße Polyesterfaser muß eine hohe Zähigkeit aufweisen, die durch T E dargestellt wird, wobei T die Festigkeit und E die Dehnung ist, d.h. sie muß die Forderung T E ≥ (2S + 5) erfüllen. Wenn das Spinnen bei hoher Orientierung erfolgt, um dadurch die Maßhaltigkeit (S) zu verringern, wird auch die Zähigkeit (T E) deutlich verringert. Der Ermüdungswiderstand von Reifencord ist allgemein besser, wenn S geringer ist, wenn ein Vergleich auf der Basis der gleichen Zähigkeit vorgenommen wird. Als Ergebnis von Untersuchungen wurde festgestellt, daß der kritische Wert der Zähigkeit, der eine befriedigende Haltbarkeit des Reifencords ergibt, mit abnehmender Maßhaltigkeit (S) geringer wird. Und zwar wurde festgestellt, daß in dem Bereich, in dem die Maßhaltigkeit (S) gering ist, die Haltbarkeit bei einem befriedigenden Wert liegt, selbst wenn die Zähigkeit relativ gering ist. Somit wurden Untersuchungen vorgenommen, um diesen unteren Grenzwert der Zähigkeit aufzuklären, und als Ergebnis wurde festgestellt, daß bei Erfüllung der Forderung T E ≥ (2S + 5) eine befriedigende Haltbarkeit (Ermüdungswiderstand) erreicht wird, sofern S einen geringen Wert hat, so daß ihr Einsatz anstelle von Rayon möglich wird. Aus dieser Sicht wird vorzugsweise ein zugrundeliegendes Garn verwendet, das die Forderung T E ≥ (2S + 8), noch bevorzugter die Forderung T E ≥ (2S + 11) erfüllt.
  • Außerdem darf der Gehalt an endständigen Carboxylgruppen [COOH] der erfindungsgemäßen Polyesterfaser nicht größer als 25 Äqu./t sein. Wenn [COOH] 25 Äqu./t übersteigt, nimmt die Wärmebeständigkeit im Kautschuk ab, und die Haltbarkeit des Reifencords wird schlecht. [COOH] ist vorzugsweise nicht größer als 21 Äqu./t.
  • Außerdem darf der Gehalt an Diethylenglycol (DEG) nicht mehr als 1,3 Gew.-% betragen. Wenn DEG 1,3 Gew.-% übersteigt, nimmt die Maßhaltigkeit ab, und die Haltbarkeit wird gering. Aus dieser Sicht ist DEG vorzugsweise nicht größer als 1,1 Gew.-%, noch bevorzugter nicht größer als 0,9 Gew.-%.
  • Die Strukturviskosität (IV) der Polyesterfaser muß mindestens 0,85 betragen. Wenn IV weniger als 0,85 beträgt, ist die Haltbarkeit schlecht, was für Bedingungen auch immer gewählt werden. Aus dieser Sicht liegt IV vorzugsweise im Bereich von 0,9 bis 1,3.
  • Außerdem darf der Endmodul der Polyesterfaser nicht größer als 40 g/d sein. Wenn der Endmodul mehr als 40 g/d beträgt, nimmt die Reißfestigkeit, selbst wenn Ausgangsgarn mit hoher Zähigkeit erhalten wird, beim Verzwirnungsschritt ab, und die Zähigkeit des Reifencords und auch die Haltbarkeit werden schlecht. Aus dieser Sicht ist der Endmodul vorzugsweise nicht größer als 30 g/d.
  • Eine Polyesterfaser mit hoher Zähigkeit, die die Forderung T E ≥ (2S + 5) erfüllt, z.B. die erfindungsgemäße Polyesterfaser, kann durch ein bekanntes Verfahren mit Spinnen bei hoher Geschwindigkeit und Strecken nicht erhalten werden.
  • Als Ergebnis von Untersuchungen, die in Anbetracht der Verbesserung der Zähigkeit in dem Bereich erfolgten, in dem die Maßhaltigkeit (S) wie bei der vorliegenden Erfindung gering ist, wurde festgestellt, daß, falls die Kristallisation mit einer Orientierung durch Hochgeschwindigkeitsspinnen erfolgt, das Verhalten der Kristallisation mit Orientierung streng geregelt werden muß.
  • Die Kontrolle der Struktur von POY erfolgte hauptsächlich durch Steuerung der Kühlbedingungen, als Ergebnis einer detaillierten Untersuchung wurde jedoch festgestellt, daß durch strenge Regelung der Zusammensetzung des für die Herstellung des Polymers verwendeten Katalysators die Teilchenmenge im Polymer deutlich verringert werden kann, und wenn die Zusammensetzung des Katalysators geeignet ausgewählt wird, die Modifikation des Polymers durch Kontrolle der Orientierungseigenschaft und der Kristallinität von POY effekfiv ist. Es wurde festgestellt, daß die gemeinsame Verwendung einer Antimonverbindung und einer Germaniumverbindung deutlich wirksam ist, die bisher nicht als Katalysator für eine Kautschuk verstärkende Polyesterfaser gewählt wurde.
  • Insbesondere wurde festgestellt, daß die Verwendung von 30 bis 150 ppm als Antimon einer Antimonverbindung und 5 bis 60 ppm als Germanium einer Germaniumverbindung als Polymerisationskatalysator die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wirksam löst.
  • Als Antimonverbindung werden vorzugsweise Antimontrioxid und Antimonpentoxid verwendet, und Germaniumdioxid dient vorzugsweise als Germaniumverbindung. Wenn die Menge der Antimonverbindung weniger als 30 ppm beträgt, muß die Germaniumverbindung in einer großen Menge verwendet werden, damit die Reaktivität der Polymerisation erhalten bleibt, und deshalb nehmen die Kosten zu, und die Menge an Diethylenglycol steigt, dies führt zur Verringerung der Maßhaltigkeit. Wenn die Menge der Antimonverbindung 150 ppm übersteigt, kann selbst wenn die Menge der in Kombination zu verwendenden Germaniumverbindung erhöht wird, keine Verringerung der Menge des metallischen Antimons erreicht werden, das durch Reduktion der Antimonverbindung entsteht, eine Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit des Garns kann nicht erreicht werden, und dessen Wärmebeständigkeit im Kautschuk nimmt ab. Wenn die Menge der Germaniumverbindung weniger als 5 ppm beträgt, muß die Antimonverbindung in einer Menge von mehr als 150 ppm verwendet werden, damit die Reaktivität der Polykondensation erhalten bleibt. Wenn die Menge der Germaniumverbindung 60 ppm übersteigt, nehmen die Kosten deutlich zu, und somit ist die Verwendung der Polyesterfaser nicht von ökonomischem Vorteil. Die Menge von Diethylenglycol nimmt außerdem zu, und die Maßhaltigkeit nimmt ab. In Anbetracht des oben genannten wird die Antimonverbindung vorzugsweise in einer Menge von 40 bis 120 ppm, noch bevorzugter 80 bis 120 ppm als Antimon verwendet, und die Germaniumverbindung wird vorzugsweise in einer Menge von 6 bis 30 ppm als Germanium verwendet.
  • Bei der vorliegenden Erfindung muß als Polymerisationskatalysator eine Katalysatorkombination verwendet werden, die eine Antimonverbindung und eine Germaniumverbindung umfaßt. Andere kombinierte Polymerisationskatalysatoren, die z.B. eine Antimonverbindung und eine Titanverbindung oder Zinnverbindung umfassen, können bei der vorliegenden Erfindung nicht verwendet werden, da im Polymer viele Teilchen entstehen und somit die gewünschte erfindungsgemäße, Kautschuk verstärkende Polyesterfaser nicht erhalten werden kann.
  • Die Verringerung der Anzahl von Mängeln im Garn durch Regelung der Zusammensetzung des Katalysatorgehalts im Polymer in der oben genannten Weise bewirkt eine Verbesserung der Zähigkeit und Haltbarkeit. Diese Verbesserung wird besonders wirksam erreicht, wenn die Menge des metallischen Antimons, das durch die Reduktionsreaktion der Antimonverbindung gefällt wird, verringert wird. Der gewünschte Effekt der vorliegenden Erfindung wird besonders verstärkt, wenn die Menge an metallischem Antimon in der Faser auf weniger als 5 ppm, vorzugsweise weniger als 3 ppm gebracht wird.
  • Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Polyesterfaser in industriellem Umfang beschrieben.
  • Die Polykondensationsreaktion erfolgt unter Verwendung von 30 bis 150 ppm als Antimon einer Antimonverbindung und 5 bis 60 ppm als Germanium einer Germaniumverbindung als Polymerisationskatalysator. Vorzugsweise wird Phosphorsäure als Phosphorverbindung verwendet, und die Phosphorsäure wird im ersten Schritt der Polykondensation vor der Zugabe der Antimonverbindung und der Germaniumverbindung zugesetzt. Durch geeignete Regelung der zugeführten Mengen, der Polymerisationstemperatur und der Polymerisationszeit werden Polyethylenterephthalat- Schnitzel mit einer Strukturviskosität (IV) von mindestens 0,65, einem Gehalt an endständigen Carboxylgruppen ([COOH]) von nicht mehr als 25 Äqu./t und einem Gehalt von Diethylenglycol (DEG) von nicht mehr als 1,3 Gew.-% erhalten.
  • Die erhaltenen Schnitzel werden falls erforderlich der Polymerisation in der festen Phase nach üblichen Verfahren unterzogen, wodurch Polyethylenterephthalat-Schnitzel mit einem Wert für IV von mindestens 1,0 erhalten werden.
  • Die erhaltenen Schnitzel werden nach üblichen Verfahren aus der Schmelze gesponnen, und das gesponnene Filament wird allmählich in einem Heizzylinder abgekühlt und aufgenommen, wobei es durch einen Steigrohrluftstrom abgekühlt wird und erstarrt. Die Leitungen in der Spinnmaschine und die Packungsteile sind vorzugsweise mit Chrom plattiert, damit die Fällung von metallischem Antimon (Reduktion zu metallischem Antimon) kontrolliert wird. Faservlies aus Metalldraht (SUS) mit einem absoluten Filterdurchmesser von nicht mehr als 30 µm wird vorzugsweise als Filtrationsfilter verwendet. Die Staubmenge im Stickstoff, der für die Polymerisation in der festen Phase verwendet wird, und im in die Spinnmaschine eingeführten Stickstoff wird vorzugsweise auf einen möglichst niedrigen Wert verringert, und die für den Steigrohrluftstrom verwendete Luft wird filtriert, wodurch die Staubmenge reduziert wird. Nach diesem Spinnverfahren kann die im erzeugten Garn vorhandene Fremdmaterialmenge auf weniger als 800 pro Milligramm, vorzugsweise weniger als 500 pro Milligramm verringert werden, wodurch die Zähigkeit und Haltbarkeit vorteilhaft verbessert werden können.
  • Das aus der Düsenöffnung extrudierte Filamentgarn wird dem Spinnen mit starker Orientierung unterzogen, so daß die Doppelbrechung (Δn) mindestens 80 x 10&supmin;³, vorzugsweise mindestens 95 x 10&supmin;³ beträgt. Wenn POY mit einem Wert für Δn von weniger als 80 x 10&supmin;³ verwendet wird, ist die Maßhaltigkeit des erhaltenen Garns schlecht. Das ungestreckte Garn POY wird nach dem Spinnen oder nachdem das Garn bereits aufgewickelt ist, durch eine Heißwalze gestreckt, und das gestreckte Garn wird bei einer Temperatur von mindestens 210 ºC thermofixiert. Wenn die Temperatur beim Thermofixieren weniger als 210ºC beträgt, nimmt die Maßhaltigkeit ab. Damit der Endmodul verringert und das Auftreten von Mängeln, z.B. Hohlräumen in der Faser, geregelt wird, erfolgt das Strecken vorzugsweise bei einem Streckverhältnis, das auf einen Wert festgelegt wird, der weniger als das Streckverhältnis des 0, 93fachen des kritischen Streckverhältnisses beträgt, d.h. des Streckverhältnisses beim Bruch des ungestreckten Garns.
  • Die erfindungsgemäße Polyesterfaser kann nach dem oben genannten Verfahren erhalten werden. Damit die Maßhaltigkeit und Zähigkeit weiter verbessert werden, müssen die Orientierungs- und Kristallisierungseigenschaften von POY geregelt werden. Als Ergebnis von Untersuchungen, die dazu dienten, eine Polymerzusammensetzung zu finden, die diese Regelung bewirkt, wurde festgestellt, daß die Art, Menge und das Zugabeverfahren der Phosphorverbindung wichtige Faktoren darstellen.
  • Die Phosphorverbindung wird im allgemeinen verwendet, um die Haltbarkeit des Polymers zu verbessern. Überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, daß die zugesetzte Phosphorverbindung einen Einfluß auf den Zusammenhang zwischen Maßhaltigkeit und Zähigkeit der Faser hat, und dies stellt eine neue Erkenntnis dar, die als Ergebnis der von uns vorgenommenen Untersuchungen zum ersten Mal festgestellt wurde.
  • Als Ergebnis einer Untersuchung wurde außerdem festgestellt, daß besonders gute Ergebnisse erhalten werden können, wenn Phosphorsäure als Phosphorverbindung verwendet wird und die Phosphorsäure im ersten Schritt der Polykondensation in einer Menge von 10 bis 40 ppm als Phosphor zugesetzt wird. Durch diese Regelung der Phosphorverbindung kann die Zähigkeit der Faser auf den gleichen Wert wie die Maßhaltigkeit verbessert werden. D.h., es kann die Forderung T E ≥ (2S + 5) erfüllt werden.
  • Der Grund dafür, daß dieser Effekt durch diesen kontrollierten Zusatz der Phosphorverbindung erreicht werden kann, wurde noch nicht gefunden, es wird jedoch angenommen, daß durch den Zusatz einer trifunktionellen Phosphorverbindung, z.B. Phosphorsäure in einer geeigneten Menge bei der ersten Stufe der Polymerisation die Entstehung der Faserstruktur beim Spinnschritt möglicherweise durch die viskositätsverbessernde Wirkung von Phosphorsäure kontrolliert wird.
  • Beispiele
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der folgenden Beispiele detailliert beschrieben.
  • In den Beispielen wurden die physikalischen Eigenschaften nach folgenden Verfahren bestimmt.
  • A. Die Mengen der Metalle, wie Antimon und Germanium, und des Phosphors im Polymer und der Faser wurden durch Röntgenfluoreszenzanalyse bestimmt.
  • B. Der Gehalt an endständigen Carboxylgruppen ([COOH]) wurde wie folgt bestimmt.
  • 0,5 g der Probe wurden in 10 ml o-Cresol gelöst, und nachdem sich die Probe vollständig gelöst hatte, wurde die Lösung abgekühlt, und der Lösung wurden 3 ml Chloroform zugesetzt. Danach wurde der Gehalt an endständigen Carboxylgruppen durch potentiometrische Titration mit einer Methanollösung von NaOH bestimmt.
  • C. Der DEG-Gehalt wurde durch alkalische Zersetzung der Probe und Messung der Menge von DEG durch Gaschromatographie bestimmt.
  • D. Die Festigkeit-Dehnung, die mittlere Dehnung und der Endmodul (TM) wurden wie folgt bestimmt.
  • Mit dem Zugfestigkeitsprüfgerät Tensilon (Tensilon UTL-4L) von Toyo-Baldwin wurde bei einer Probenlänge von 25 cm und einer Aufnahmegeschwindigkeit von 30 cm/min eine Last-Dehnungs-Kurve erhalten, und die Festigkeit-Dehnung wurde anhand dieser Kurve bestimmt.
  • Aus der gleichen Last-Dehnungs-Kurve wurde die Dehnung, die einer Festigkeit von 4,5 g/d entspricht, als mittlere Dehnung abgelesen. Der Endmodul (TM) wurde bestimmt, indem der Unterschied zwischen der Spannung an der Stelle, an der die Dehnung um 2,4% geringer als die Dehnung beim Bruch ist, und der Spannung beim Bruch durch 2,4 x 10&supmin;² geteilt wurde.
  • E. Die Schrumpfung bei trockener Hitze ΔSd wurde wie folgt bestimmt.
  • Die Probe wurde in Form eines Strangs 24 Stunden in einer klimatisierten Kammer gelassen, die bei einer Temperatur von 20ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 65% gehalten wurde, die Probe wurde einer Last ausgesetzt, die 0,1 g/d der Probe entspricht, und es wurde die Länge l&sub0; der Probe gemessen. Danach konnte die Probe ohne Spannung 15 Minuten in einem Ofen bleiben, der bei 150ºC gehalten wurde, und die Probe wurde aus dem Ofen genommen und blieb 4 Stunden in der oben genannten klimatisierten Kammer. Danach wurde die Probe erneut der oben genannten Last ausgesetzt, und es wurde die Länge l&sub1; gemessen. Die Schrumpfung bei trockener Hitze ΔSd wurde nach folgender Formel berechnet:
  • ΔSd = [(l&sub0; - l&sub1;)/l&sub0;] x 100 (%)
  • F. Die Menge der Fremdsubstanzen im Garn wurde wie folgt bestimmt.
  • Die Probe wurde in einzelne Filamente geteilt und auf einem Objektglas verteilt, daß sich das Garn nicht lockerte. Die Filamentprobe mit einer Länge von 6 cm wurde mit einem optischen Mikroskop von Olympus Optical Co. mit einer Vergrößerung von 200 nach dem Phasenkontrastverfahren abgetastet, und es wurde die Menge an Fremdsubstanzen im Garn gezählt. Die Messung wurde fünf Mal vorgenommen (N = 5), und der Durchschnittswert X (pro 6 cm) wurde bestimmt, und der erhaltene Wert wurde in die Anzahl der Fremdsubstanzen pro Milligramm umgewandelt.
  • G. Die Strukturviskosität (IV) wurde wie folgt bestimmt.
  • Bei einer Temperatur von 25ºC wurden 0,8 g der Probe in 10 ml o-Chlorphenol (nachfolgend als "OCP" bezeichnet) gelöst, und die relative Viskosität (ηr) wurde nach folgender Formel mit einem Ostwald-Viskosimeter bestimmt, und der Wert für IV wurde nach folgender Formel von ηr berechnet:
  • ηr η/η&sub0; = t x d/t&sub0; x d&sub0;, und
  • IV = 0,0242ηr + 0,2634,
  • worin η die Viskosität der Polymerlösung darstellt, η&sub0;
  • die Viskosität des Lösungsmittels darstellt, t die Fallzeit der Lösung (Sekunden) darstellt, d die Dichte der Lösung (g/cm³) darstellt, t&sub0; die Fallzeit von OCP (Sekunden) darstellt und d&sub0; die Dichte von OCP (g/cm³) darstellt.
  • H. Die Menge an metallische Antimon wurde nach folgendem Verfahren bestimmt.
  • In 500 ml o-Chlorphenol (OCP) wurden 40 g des Polymers gelöst, und die Lösung wurde 2 Stunden der Zentrifugentrennung mit 12000 U/min unterzogen. Die abgetrennten Feststoffe wurden gewaschen und getrocknet. Das Spektrum der durch Zentrifugieren abgetrennten Partikel wurde mit einer Röntgenbeugungsvorrichtung gemessen, und aus diesem Spektrum wurde die Menge an metallischem Antimon bestimmt.
  • I. Die Wärmebeständigkeit im Kautschuk (IRT) wurde wie folgt ausgewertet.
  • Tauchcord wurde in Kautschuk eingebettet, und es wurden die Reißfestigkeit nach einer 20-minütigen Vulkanisierbehandlung bei 150ºC und die Reißfestigkeit nach einer 6-stündigen Vulkanisierbehandlung bei 150ºC gemessen. IRT wurde auf der Basis des Verhältnisses zwischen den gemessenen Werten der Reißfestigkeit ausgewertet.
  • J. Der Ermüdungswiderstand (GY, Ermüdung (fative) - Haltbarkeit) wurde wie folgt bestimmt.
  • Nach ASTM D-885 wurde die Berstzeit einer Leitung bzw. eines Schlauchs bei einem Innendruck der Leitung von 3,5 kg/cm², einer Rotationsgeschwindigkeit von 850 U/min und einem Winkel der Leitung von 90ºC bestimmt. Der Ermüdungswiderstand wurde nach folgendem Standard ausgewertet.
  • A: um 10 bis 30% gestiegen, verglichen mit der Berstzeit von herkömmlichem Reifencord (1000-240-703M, von Toray Industries Inc. geliefert)
  • B: um 0 bis 10% gestiegen, verglichen mit der Berstzeit von herkömmlichem Reifencord
  • C: kürzer als die Berstzeit von herkömmlichem Reifencord
  • Beispiel 1
  • Zu 100 Teilen Dimethylterephthalat und 50,2 Teilen Ethylenglycol wurden 0,035 Teile Manganacetattetrahydrat gegeben, und nach üblichen Verfahren wurde eine Esteraustauschreaktion vorgenommen. Danach wurden dem erhaltenen Produkt 0,0091 Teile (29 ppm als Phosphor) Phosphorsäure zugegeben, außerdem wurden 0,0025 Teile (17 ppm als Germanium) Germaniumdioxid und 0,0125 Teile (104 ppm als Antimon) Antimontrioxid zugesetzt. Die Polykondensationsreaktion erfolgte 3 Stunden und 10 Minuten bei einer Temperatur von 285ºC.
  • Das erhaltene Polymer wies eine Strukturviskosität (IV) von 0,72, einen Gehalt an endständigen Carboxylgruppen ([COOH]) von 71,1 Äqu./t und einen DEG-Gehalt von 0,7 Gew.-% auf.
  • Der Antimongehalt im Polymer betrug 100 ppm, der Germaniumgehalt 10 ppm und der Phosphorgehalt 20 ppm. Die Menge an metallischem Antimon im Polymer betrug 0,3 ppm.
  • Das erhaltene Polymer wurde zuerst 5 Stunden bei 160ºC getrocknet und danach der Festphasen-Polymerisation bei 225ºC unterzogen, wodurch in der festen Phase polymerisierte Schnitzel mit IV = 1,35 erhalten wurden. Die Schnitzel wurden bei einer Spinntemperatur von 295ºC mit einer Spinnmaschine vom Extrudertyp gesponnen. Metallisches Faservlies mit einem absoluten Filtrationsdurchmesser von 15 µm diente als Filter, und es wurde eine Spinndüse mit runden Öffnungen mit einem Durchmesser von 0,6 mm verwendet. Die das Polymer berührenden Abschnitte der Polymerleitungen und der Packungsteile waren mit Chrom plattiert. Nach der Filtration durch den Filter mit 1 µm wurde in den Trichter und das Steigrohr einzufüllender Stickstoff verwendet. Das Filamentgarn, das aus der Öffnung extrudiert wurde, wurde in einem Heizzylinder mit einer Länge von 25 cm und einem Innendurchmesser von 25 cm, der bei 300ºC gehalten wurde, allmählich abgekühlt und anschließend von einem kühlenden Steigrohrluftstrom abgekühlt, wodurch es erstarrte. Das Filamentgarn wurde geölt und mit der in Tabelle 1 gezeigten Aufnahmegeschwindigkeit aufgenommen. Das erhaltene ungestreckte Garn wurde bei einer Strecktemperatur von 90ºC und einer Wärmebehandlungstemperatur von 240ºC gestreckt, wobei das Streckverhältnis und das Entspannungsverhältnis geändert wurden, wodurch gestreckte Garn erhalten wurde. In den Versuchen 1 bis 3 wurde das Streckverhältnis bei einem Wert festgelegt, der das 0,88- bis 0,92fache des kritischen Streckverhältnisses beträgt, und im Versuch 4 wurde das Streckverhältnis bei einem Wert festgelegt, der das 0,95fache des kritischen Streckverhältnisses beträgt.
  • Die Menge an Fremdsubstanz in der erhaltenen Polyesterfaser betrug 150 bis 450 pro Milligramm. IV betrug 0,98 bis 1,01, der Gehalt an endständigen Carboxylgruppen betrug 14 Äqu./t, und der DEG-Gehalt betrug 0,7 Gew.-%. Das gestreckte Garn erhielt die ersten Verzwirnungen von 49 T/10 cm in der Richtung S und die letzten Verzwirnungen von 49 T/10 cm erfolgten anschließend in der Richtung Z, wodurch Rohcord erhalten wurde.
  • Der Cord wurde dann durch cm Doppelbadverfahren einer Tauchbehandlung mit einem Klebstoff unterzogen, wobei Computreater von C.A. Litzler Inc. verwendet wurde, wodurch behandelter Cord erhalten wurde.
  • Die physikalischen Eigenschaften des Ausgangsgarns und des behandelten Cords sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
  • *Vergleichsversuche
  • Wie durch die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse deutlich wird, hatte im Versuch 1, bei dem die Doppelbrechung Δn des ungestreckten Garns weniger als 80 x 10&supmin;³ betrug, das Ausgangsgarn eine Maßhaltigkeit (mittlere Dehnung + Trockenschrumpfung) von mehr als 8%, und die Reifenleistung (möglicher Ersatz für Rayon) war unbefriedigend. Im Versuch 4, bei dem die Bedingungen für die Garnherstellung die gleichen wie im Versuch 2, jedoch das Streckverhältnis größer als der Wert des 0,93fachen des kritischen Streckverhältnisses war, überstieg der Endmodul des Ausgangsgarns 40 g/d. Somit war die Festigkeit des Ausgangsgarns hoch, sein Verhältnis für den Erhalt der Festigkeit war jedoch gering, und somit hatte die Festigkeit des Tauchcords abgenommen, und sein Ermüdungswiderstand war unbefriedigend. In den Versuchen 2 und 3, bei denen Δn von POY mindestens 80 x 10&supmin;³ betrug, war die Maßhaltigkeit (mittlere Dehnung + Trockenschrumpfung) geringer als 8%, die Forderung bezüglich Festigkeit-Dehnung von T E ≥ (2S + 5) wurde erfüllt, und der Endmodul betrug weniger als 40 g/d, somit wurde ein Cord mit guten Reifenleistungen, einem guten Ermüdungswiderstand und einer guten Wärmebeständigkeit erhalten.
  • Beispiel 2
  • Zu 100 Teilen Dimethylterephthalat und 50,2 Teilen Ethylenglycol wurden 0,035 Teile Manganacetattetrahydrat gegeben, und es erfolgte eine Esteraustauschreaktion nach üblichen Verfahren. Danach wurden dem erhaltenen Produkt 0,0091 Teile Phosphorsäure zugesetzt, und außerdem wurden 0,0030 Teile Germaniumdioxid und 0,0100 Teil Antimontrioxid zugesetzt. Die Polykondensationsreaktion erfolgte bei einer Temperatur von 285º C.
  • Das erhaltene Polymer wies eine Strukturviskosität von 0,705, einen Gehalt an endständigem COOH von 17,5 Äqu./t und einen DEG-Gehalt von 0,85 Gew.-% auf. Im Polymer betrug der Antimongehalt 80 ppm, der Germaniumgehalt 17 ppm und der Phosphorgehalt 21 ppm.
  • Das Polymer wurde zuerst 5 Stunden bei 160ºC getrocknet, und danach erfolgte eine Festphasen-Polymerisation bei 225ºC, und so wurden in der festen Phase polymerisierte Schnitzel mit unterschiedlicher Strukturviskosität IV erhalten. Die Schnitzel wurden mit einer Spinnmaschine vom Extrudertyp bei unterschiedlichen Temperaturen und unterschiedlichen Verweilzeiten gesponnen, wodurch Filamentgarne mit unterschiedlichem Gehalt an endständigem COOH erhalten wurden. Die aus den Öffnungen der Spinndüse mit einem Durchmesser von 0,6 mm extrudierten Filamentgarne wurden in einem Heizzylinder mit einer Länge von 300 mm, der bei 350ºC gehalten wurde, allmählich abgekühlt, und bei 18ºC gehaltene kalte Luft traf auf die Garne, wodurch das Abkühlen und Erstarren erfolgte. Dann wurden die Garne mit der in Tabelle 2 gezeigten Aufnahmegeschwindigkeit aufgenommen.
  • Das erhaltene ungestreckte Garn wurde bei einer Strecktemperatur von 85ºC und einer Wärmebehandlungstemperatur von 240ºC bei unterschiedlichen Streckverhältnissen und Entspannungsverhältnissen gestreckt, wodurch die in Tabelle 2 gezeigten gestreckten Garne erhalten wurden. Die ersten Verzwirnungen von 49 T/10 cm erhielt jedes gestreckte Garn in der Richtung S, und die abschließenden Verzwirnungen von 49 T/10 cm wurden in der Richtung Z vorgenommen, wodurch Rohcord erhalten wurde. Dieser Rohcord wurde in einen Klebstoff getaucht, wobei Computreater von C.A. Litzler verwendet wurde, dadurch wurde behandelter Cord erhalten. Die Behandlung umfaßte eine Behandlung bei konstanter Länge bei 160ºC in einer Trocknungszone, eine Streckbehandlung bei 240ºC in einer Wärmebehandlungszone, eine Entspannungsbehandlung bei 240ºC in einer Nachbehandlungszone. Die mittlere Dehnung wurde bei 3 bis 4% geregelt, indem das Streckverhältnis und das Entspannungsverhältnis eingestellt wurden. Die physikalischen Eigenschaften, die Wärmebeständigkeit und der Ermüdungswiderstand jedes behandelten Cords sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • Wie aus den in Tabelle 2 gezeigten Werten deutlich wird, war beim Tauchcord vom Versuch 5, bei dem die Maßhaltigkeit des Ausgangsgarns mehr als 8% betrug, die Gleichmäßigkeit des Reifens unbefriedigend, und der Cord konnte nicht als Ersatz für Rayoncord verwendet werden. Somit konnte die gewünschte Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht gelöst werden. Beim Tauchcord von Versuch 10 war die Festigkeit geringer als 5 g/d und der Ermüdungswiderstand unbefriedigend, und außerdem war die Wärmebeständigkeit IRT im Kautschuk gering, und die Haltbarkeit war schlecht, da T E des Ausgangsgarns weniger als (2S + 5) betrug.
  • Beim Tauchcord von Versuch 11, bei dem die Strukturviskosität IV weniger als 0,9 betrug, war der Ermüdungswiderstand gering, da der Endmodul des Ausgangsgarns 40 g/d betrug, und beim Tauchcord von Versuch 13, bei dem der COOH-Gehalt mehr als 25 Äqu./t betrug, war die Wärmebeständigkeit IRT in Kautschuk gering, und somit war die Haltbarkeit schlecht. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wurde bei den Tauchcords der Versuche 6, 7, 8, 9 und 12 gelöst. Die Tauchcords der Versuche 7, 8 und 9, bei denen die Maßhaltigkeit 4,5 bis 6 betrug, lieferten Reifen, bei denen die Gleichmäßigkeit gut war. Der Tauchcord von Versuch 8, bei dem der COOH-Gehalt weniger als 20 Äqu./t betrug, zeigte gegenüber dem Tauchcord von Versuch 12, bei dem der COOH-Gehalt mehr als 20 Äqu./t betrug und die anderen Bedingungen die gleichen wie in Versuch 8 waren, eine gute Wärmebeständigkeit IRT in Kautschuk. Die Tauchcords der Versuche 6 und 8, bei denen die Festigkeit mindestens 5,5 g/d betrug, hatten einen hervorragenden Ermüdungswiderstand. Tabelle 2
  • *Vergleichsversuche
  • Beispiel 3
  • Die in Tabelle 3 gezeigten Tauchcorde (behandelte Corde) wurden hergestellt, indem die Polymerisation, Garnherstellung und Nachbehandlung in der gleichen Weise wie im Versuch 8 von Beispiel 2 beschrieben vorgenommen wurden, außer daß die Mengen von Antimontrioxid und Germaniumdioxid geändert wurden, die als Polymerisationskatalysator verwendet werden. Die physikalischen Eigenschaften der Ausgangsgarne und der erhaltenen Tauchcorde (behandelte Corde) sind in Tabelle 3 gezeigt.
  • Wie die in Tabelle 3 gezeigten Werte deutlich machen, waren bei den Tauchcords der Versuche 15 und 20, bei denen der Gehalt an Antimon (Sb) 150 ppm betrug und beim Tauchcord von Versuch 19, bei dem der Gehalt an Germanium (Ge) 60 ppm überstieg, war die Wärmebeständigkeit (IRT) im Kautschuk gering und die Haltbarkeit unbefriedigend. Beim Tauchcord von Versuch 8, bei dem die Bedingungen die gleichen wie bei den Versuchen 15, 19 udn 20 waren, überstieg IRT 55%, bei den Tauchcorden der Versuche 15, 19 und 20 war jedoch IRT geringer als 46%. Es ist deshalb selbstverständlich, daß die Wärmebeständigkeit im Kautschuk deutlich abnimmt, wenn der Antimongehalt oder der Germaniumgehalt den Grenzwert übersteigt, der in der vorliegenden Erfindung vorgeschrieben ist. Es wird auch verständlich, daß die Festigkeit des Tauchcords mit steigendem Gehalt an Antimon (Sb) abnimmt. Beim Tauchcord von Versuch 17, bei dem der Gehalt an Germanium (Ge) weniger als 5 ppm betrug, überstieg der Gehalt an endständigem COOH 25 Äqu./t und die Wärmebeständigkeit (IRT) in Kautschuk nahm ab, da die Polykondensationszeit lang war. Bei den Tauchcords der Versuche 8, 14, 16 und 18, bei denen der Germaniumgehalt 5 bis 60 ppm und der Antimongehalt weniger als 150 ppm betrugen, waren sowohl die Festigkeit als auch die Wärmebeständigkeit (IRT) in Kautschuk gut. Beim Tauchcord von Versuch 8, bei dem der Antimongehalt 50 bis 120 ppm und der Germaniumgehalt 7 bis 20 ppm betrugen, war die Wärmebeständigkeit in Kautschuk sehr hoch. Tabelle 3
  • *Vergleichsversuche
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die erfindungsgemäße Polyesterfaser weist eine hohe Festigkeit, Maßhaltigkeit, Zähigkeit und Haltbarkeit auf und ist zur Verstärkung von Kautschuk, z.B. zur Verstärkung von Reifen, vorteilhaft.

Claims (4)

1. Polyesterfaser, die zur Verstärkung von Kautschuk geeignet ist, wobei die Polyesterfaser aus Polyester besteht, der unter Verwendung von 30 bis 150 ppm als Antimon einer Antimonverbindung und 5 bis 60 ppm als Germanium einer Germaniumverbindung als Polymerisationskatalysator hergestellt wird, wobei der Gehalt an endständigen Carboxylgruppen ([COOH]) nicht größer als 25 Äqu./t ist, der Gehalt an Diethylenglycol (DEG) nicht größer als 1,3 Gew.-% ist, die Strukturviskosität (IV) einer Lösung von 0,8 g Polyester in 10 ml o-Chlorphenol bei 25ºC mindestens 0,85 beträgt, die Summe (S) aus mittlerer Dehnung, bestimmt durch Verstärkung der Dehnung, die einer Last von 4,5 g/d entspricht, und der Schrumpfung bei trockener Hitze weniger als 8% beträgt, das Produkt (T E), wobei T die Festigkeit und E die Dehnung ist, mindestens (2S + 5) g/d%1/2 beträgt und der Endmodul (TM) nicht mehr als 40 g/d beträgt.
2. Polyesterfaser, die für die Verstärkung von Kautschuk geeignet ist, nach Anspruch 1, wobei das Produkt (T E) mindestens (2S + 8) g/d%1/2 beträgt.
3. Polyesterfaser, die zur Verstärkung von Kautschuk geeignet ist, nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Summe (S) der mittleren Dehnung und der Schrumpfung bei trockener Hitze nicht mehr als 7,5% beträgt.
4. Verfahren zur Herstellung einer Polyesterfaser, die zur Verstärkung von Kautschuk geeignet ist, daß das Spinnen bei starker Orientierung eines Polyesters, der hergestellt wird mit 30 bis 150 pm als Antimon einer Antimonverbindung und 5 bis 60 ppm als Germanium einer Germaniumverbindung, wodurch eine stark orientierte Faser mit einer Strukturviskosität von mindestens 0,9 und einer Doppelbrechung (Δn) von mindestens 80 x 10&supmin;³ erhalten wird, das Strecken bei einem Streckverhältnis, das nicht größer als das Streckverhältnis des 0,93fachen des Streckverhältnisses beim Bruch des ungestreckten Garns ist, und das Thermofixieren der gestreckten Faser bei einer Temperatur von mindestens 210ºC umfaßt.
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