DE69031383T2

DE69031383T2 - Gekräuseltes multifilament und verfahren zur herstellung eines solchen filaments

Info

Publication number: DE69031383T2
Application number: DE69031383T
Authority: DE
Inventors: Umio Endoh; Hironori Hamada; Tadashi Koyanagi; Teruhiko Matsuo
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2010-11-30
Also published as: EP0455831A1; WO1991008330A1; EP0455831B1; EP0455831A4; DE69031383D1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf ein gekräuseltes Multifilament mit einer Kräuselung, die eine statistische Form hat (im folgenden als statistische Kräuselung bezeichnet), und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Das gekräuselte Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Towgarn enthalten sein, das zur Herstellung einer Stapelfaser verwendet werden soll.
Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein statistisch gekräuseltes Multifilament, das man durch eine mechanische Behandlung, wie eine Falschdrahtbehandlung, nicht erhält, das aber nach einem Verfahren erhalten werden kann, das auf einem Hochgeschwindigkeitsspinnverfahren beruht, und das geeigneterweise als Multifilament oder Stapelfaser verwendet werden kann, sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung mit geringeren Kosten.

Stand der Technik

Ein gekräuseltes Filament, das durch mechanische Behandlung einer Faser aus einem thermoplastischen Polymer, wie Falschdrahtbehandlung oder Kräuselbehandlung des Stauchkammertyps, erhalten wird, wird verbreitet in Form eines Multifilaments oder eines gesponnenen Garns für einen Teppich verwendet.
Die Herstellungsgeschwindigkeit des gekräuselten Multifilaments bei der mechanischen Behandlung beträgt jedoch zwischen mehreren hundert m/min und höchstens 3000 m/min; entsprechend ist die Herstellung des gekräuselten Multifilaments, die durch mechanische Behandlung erfolgt, mit hohen Produktionskosten verbunden und erfordert übermäßig viel Energie und eine manuelle Bedienung und führt zu extrem hohen Kosten des erhaltenen gekräuselten Multifilaments.
Die US-Patente Nr. 4,542,063, das der Japanischen Geprüften Patentveröffentlichung Nr. 64-6282 entspricht, und Nr. 4,415,726, das der Japanischen Geprüften Patentveröffentlichung Nr. 64-8086 entspricht, offenbarten, daß beim Spinnen eines Polyamidpolymers oder eines Polyesterpolymers mit einem Hochgeschwindigkeitsspinnverfahren die molekulare Orientierung und die Kristallisation mit der Erhöhung der Spinngeschwindigkeit zunehmen, und ein Multifilament hat unmittelbar nach dem Spinnen ausreichende mechanische Eigenschaften, die denen eines herkömmlichen Multifilaments, das durch ein Niedergeschwindigkeitsspinn- und -streckverfahren hergestellt wurde, im wesentlichen gleich sind, und aus diesem Multifilament können ein Gewebe und ein Gewirk hergestellt werden, ohne eine Streckbehandlung anzuwenden. Man erwartet, ein gekräuseltes Multifilament mit geringerem Preis zu erhalten, indem man das nach dem Hochgeschwindigkeitsspinnverfahren hergestellte Multifilament einer Kräuselungsbehandlung unterzieht, aber da das Kristallwachstum übermäßig stark wird, wird klar, daß bei der Kräuselungsbehandlung keine statistische Kräuselung erhalten werden kann.
Weiterhin wird klar, daß bei der Herstellung eines Multifilaments mit einer Fadenfeinheit eines Monofilaments zwischen 10 g/9000 m (10 denier) und 10 g/9000 m, die für ein in einem Teppich verwendetes Multifilament erforderlich ist, aus einem Material mit einer extrem hohen Kristallinitätsgeschwindigkeit, wie einem Polyamid, in einem gesponnenen Monofilament ein Sphärolith entsteht, die Klarheit merklich reduziert wird, die Glätte verloren geht, und das Ergebnis eine Wertminderung der Ware ist. Die Entstehung des Sphärolith konnte nicht verhindert werden, indem man ein in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 58-36213 offenbartes Verfahren mit einem Verfahren kombinierte, bei dem das Multifilament unter einem Nichtwassersystem nach einem Verfahren gesponnen wird, das in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-99324 offenbart ist und ein anorganisches Metallsalz beinhaltet.
Als Verfahren zur Gewinnung des gekräuselten Multifilaments unter Verwendung des Hochgeschwindigkeitsspinnverfahrens offenbarten die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 55-107511 und die Society of Fiber Science and Technology, Vol. 37, Nr. 4 (1981), T135- T142, ein Verfahren zur Gewinnung eines gekräuselten Multifilaments durch Anwendung einer einseitigen Kühlung auf ein Polyestermultifilament mit Luft von niedriger Temperatur bei einem Hochgeschwindigkeitsspinnverfahren von 8000 m/min oder mehr.
Ein Filament, aus dem das in der obigen Veröffentlichung offenbarte Polyestermultifilament aufgebaut ist, hat eine Struktur, die einen Unterschied der Doppelbrechung zwischen einer äußeren Schicht und einer inneren Schicht in einem Querschnitt sowie eine exzentrische Verteilung der Doppelbrechung, die gegenüber der Faserachse des Filaments verschoben ist, aufweist, und dann erscheint in dem Filament unmittelbar nach dem Spinnen eine schwache Spiralkräuselung. Das gemäß dieser Veröffentlichung erhaltene Filament weist jedoch ebenfalls ein übermäßig starkes Kristallwachstum auf, wie eine durch Röntgenweitwinkel-Diffraktometrie erhaltene Kristallstruktur offensichtlich zeigt. Entsprechend ist es auch dann, wenn das Filament weiterhin eine Wärmebehandlung erfährt, unmöglich, eine statistische Kräuselung zu erhalten, und die Spiralkräuselung wird beibehalten, und so konnte kein geeignetes gekräuseltes Multifilament erhalten werden. Weiterhin ist bei Verwendung eines Verfahrens, das in den US-Patenten Nr. 4,238,439 und 4,619,803 offenbart ist, zum Spinnen eines Polyamids mit hoher Geschwindigkeit das erhaltene Ergebnis das gleiche wie im obigen Fall.
Die US-Patente Nr. 4,038,357 und 4,301,102 sowie die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 62-23816 offenbarten ein Verfahren des "Spin Texturing", bei dem ein gekräuseltes Multifilament erhalten wird, indem man auf das Multifilament eine wäßrige Flüssigkeit aufträgt, bevor es zu einem Feststoff aushärtet. Bei diesen Verfahren des Bildens einer Kräuselung entsteht eine im wesentlichen exzentrische Verteilung des Doppelbrechungsindex, und ein gekräuseltes Multifilament mit einer Spiralform kann erhalten werden.
Die beiden ersteren Fälle, d.h. die US-Patente Nr. 4,038,357 und 4,301,102, beziehen sich auf ein Polyamidmultifilament und offenbarten lediglich eines, bei dem höchstens eine Spinn- und Aufnahmegeschwindigkeit von 2300 m/min verwendet wird. Die exzentrische Verteilung der Doppelbrechung wird in diesem Fall durch asymmetrisches Abkühlen unter Verwendung eines kreuzenden Luftstroms verursacht und ist im wesentlichen dieselbe wie im oben genannten US-Patent Nr. 4,238,439. Die Auftragung der wäßrigen Flüssigkeit dient in diesem Fall nur dazu, das Filament ausreichend mit der wäßrigen Flüssigkeit zu imprägnieren, und dann soll das nach den in diesen Veröffentlichungen offenbarten Verfahren erhaltene gekräuselte Multifilament eine Spiralkräuselung aufweisen, die die Neigung hat, sich in die umgekehrte Richtung zu drehen, auch wenn eine Flüssigkeitsinjektionsbehandlung angewendet wird. Entsprechend hat das erhaltene Multifilament nur eine schwache Kräuselungselastizität, und wenn das Multifilament in einem Teppich verwendet wird, ist es unmöglich, eine ausreichende Bauschigkeit zu erhalten.
Die Japanische Offenlegungsschrift 62-23816 bezieht sich auf ein Polyestermultifilament und offenbart ein Verfahren zum Abkühlen eines Multifilaments, das mit einer Spinngeschwindigkeit von 6000 m/min oder mehr extrudiert wird, in der Nähe eines Punkts, wo die Verschlankung des extrudierten Filaments mit einer Flüssigkeit vervollständigt wird. Außerdem entsteht bei dem obigen Verfahren eine Spiralkräuselung aufgrund eines merklich gewachsenen Kristalls, was durch das Hochgeschwindigkeitsspinnen verursacht wird. Entsprechend ist es unmöglich, dem Filament eine statistische Kräuselung zu verleihen, auch wenn es einer anschließenden Wärmebehandlung unterzogen wird.
FR-A-1,517,632 offenbart die Herstellung einer gekräuselten Faser mit einer Spinngeschwindigkeit von höchstens 600 m/min und mit Luftkühlung. Die erhaltene Faser weist schraubenförmige Kräuselungen auf.
Das US-Patent 4,701,377 bezieht sich auf eine Polyamidfaser mit ausgezeichneter Festigkeit, die wenigstens eines der Polymere Polycapramid, Polyhexamethylenadipamid und Polytetramethylenadipamid in einer Menge von nicht weniger als 60 Gew.-% auf der Basis der Polyamidfaser umfaßt, mit einer relativen Viskosität von nicht weniger als 2,3 und weniger als 3,5, gemessen in einer Lösung in 96-Gew.-%iger Schwefelsäure mit einer Polyamidkonzentration von 10 mg/ml bei 20ºC, einem nach 24 Stunden unter den Bedingungen 30ºC und 80% relativer Feuchtigkeit gemessenen Doppelbrechungsindex (Δn) von nicht weniger als 55 x 10&supmin;³ und einer Reißlänge von nicht weniger als 12,0 g/d, wobei der Doppelbrechungsindex im Querschnitt der Faser der folgenden Beziehung genügt:
ΔnA - ΔnB ≥ 0 ,
wobei ΔnA der Doppelbrechungsindex der Faser an der Stelle r/R = 0,9 ist, ΔnB der Doppelbrechungsindex der Faser an der Stelle r/R = 0,0 ist, R der Radius des Faserquerschnitts ist und die Reißlänge und die Dehnung beim Reißen der folgenden Beziehung genügen:
Reißlänge x (Dehnung beim Reißen)1/2 ≥ 46,0 g/d %.
Wie oben beschrieben, ergeben bekannte Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Multifilaments, die auf Hochgeschwindigkeitsspinnen mit einer Spinngeschwindigkeit von etwa 4000 m/min oder mehr beruhen, ein spiralgekräuseltes Filament mit einer geringeren Bauschigkeit und Elastizität, ergeben jedoch wegen des übermäßigen Wachstums des Kristalls kein gekräuseltes Filament mit statistischer Form, die für praktische Verwendung ausreicht, auch wenn eine anschließende Wärmebehandlung, wie Flüssigkeitsinjektionsbehandlung, angewendet wird. Wenn das Multifilament mit Spiralkräuselung nämlich als Teppichgarn verwendet wird, kann es während eines Tuftingverfahrens die Spiralkräuselung leicht ausdehnen, und damit wird die Deckeigenschaft des Teppichs nicht erreicht.
Weiterhin kommt es, wenn Stapelfasern durch Zerschneiden des gekräuselten Multifilaments, d.h. eines Towgarns in diesem Fall, hergestellt werden und ein gesponnenes Garn hergestellt wird, zu großen Mengen von Kardierungsabfall während der Kardierungsverarbeitung, und daher ist die Verarbeitbarkeit merklich beeinträchtigt.
Entsprechend besteht ein starkes Bedürfnis nach einem statistisch gekräuselten Multifilament mit überlegener Kräuselfestigkeit und einem Verfahren zur Herstellung des statistisch gekräuselten Multifilaments mit hoher Geschwindigkeit und niedrigen Kosten.

Offenbarung der Erfindung

Ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gekräuseltes Multifilament aus einer thermoplastischen synthetischen Faser bereitzustellen, das eine statistische Kräuselung mit überlegener Festigkeit aufweist.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gekräuseltes Multifilament aus Polyamid bereitzustellen, das eine statistische Kräuselung mit überlegener Festigkeit und eine glatte Oberfläche aufweist.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gekräuseltes Multifilament aus Polyester bereitzustellen, das eine statistische Kräuselung mit überlegener Festigkeit aufweist.
Ein viertes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Polyesterstapelfaser bereitzustellen, die eine statistische Kräuselung mit überlegener Festigkeit aufweist.
Ein fünftes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Multifilaments aus Polyamid bereitzustellen, das eine statistische Kräuselung mit überlegener Festigkeit und eine glatte Oberfläche aufweist.
Ein sechstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Multifilaments aus Polyester bereitzustellen, das eine statistische Kräuselung mit überlegener Festigkeit aufweist.
Um die obigen Probleme zu überwinden, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung tatkräftig geforscht und fanden, daß, obwohl das Kristallwachstum in einem Filament, das mit hoher Geschwindigkeit unter speziellen Abkühlungsbedingungen gesponnen wird, unterdrückt ist, eine anschließende Wärmebehandlung es im allgemeinen ermöglicht, daß eine Kristallstruktur bis zu einer Größe wächst, die gleich der eines Filaments ist, das mit einer höheren Geschwindigkeit von 4000 m/min oder mehr gesponnen wurde.
Mit diesem technischen Ergebnis wurde es erstmals möglich, die statistische Kräuselung auf ein Filament anzuwenden, das mit einer höheren Geschwindigkeit von 4000 m/min oder mehr gesponnen wurde. Weiterhin hat das erhaltene statistisch gekräuselte Filament eine glatte Oberfläche und eine überlegene Kräuselfestigkeit aufgrund einer hochgradig gewachsenen Kristallstruktur, die ein spezielles Merkmal des mit einer höheren Geschwindigkeit gesponnenen Filaments darstellt, und einer speziellen Verteilung des Doppelbrechungsindex; so wurde die vorliegende Erfindung fertiggestellt.
Das primäre Ziel der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden durch
(1) ein dreidimensionales gekräuseltes Multifilament, das aus einem thermoplastischen Polymer besteht, wobei der an einer äußeren Schicht eines das Multifilament aufbauenden Filaments gemessene Doppelbrechungsindex größer ist als der an einem mittleren Teil des Filaments gemessene Doppelbrechungsindex und das Filament eine Verteilung hat, bei der die Stelle mit dem kleinsten Wert des Doppelbrechungsindex von der Mittelachse des Filaments abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament statistische Kräuselungen (20) in einer Anzahl von wenigstens 3,9 Kräuselungen pro cm (10 Kräuselungen pro inch) aufweist.
Das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden durch
(2) ein gekräuseltes Multifilament, wie es in (1) oben definiert ist, bei dem es sich um ein gekräuseltes Polyamidmultifilament handelt, das aus einem Polyamidpolymer besteht, wobei das Filament, das das Multifilament aufbaut, eine durch Röntgenweitwinkeldiffraktometrie gemessene Kristallwachstumsrate von 0,2 oder mehr hat.
Das dritte Ziel der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden durch
(3) ein gekräuseltes Multifilament, wie es in (1) oben definiert ist, bei dem es sich um ein gekräuseltes Polyestermultifilament handelt, das aus einem Polyesterpolymer besteht, wobei das Filament, das das Multifilament aufbaut, eine durch Röntgenweitwinkeldiffraktometrie gemessene Kristallwachstumsrate von 0,4 oder mehr hat.
Das vierte Ziel der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden durch
(4) eine Polyesterstapelfaser, die aus einem gekräuselten Multifilament besteht, wie es in (3) oben definiert ist.
Das fünfte Ziel der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden durch
(5) ein Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Polyamidmultifilaments, wie es in (2) oben definiert ist, durch Schmelzverspinnen eines Polyamids, wobei das aus einer Spinndüse (2) extrudierte Multifilament asymmetrisch durch Aufbringen einer wäßrigen Flüssigkeit auf eine Seite des Multifilaments soweit abgekühlt wird, bis die Temperatur eines Filaments, das das Multifilament aufbaut, 100ºC oder mehr beträgt, und dann mit einer Spinngeschwindigkeit von 4000 m/min oder mehr herausgenommen wird und das aufgenommene Multifilament mit einem Streckverhältnis zwischen 1,0 und 1,5 gestreckt wird und dann einer Flüssigkeitsinjektionsbehandlung bei einer Temperatur von 150ºC oder mehr unterzogen wird; sowie
(5a) ein Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Polyamidmultifilaments, wie es in (2) oben definiert ist, durch Schmelzverspinnen eines Polyamids, wobei das aus einer Spinndüse (2) extrudierte Multifilament asymmetrisch durch Aufbringen einer wäßrigen Flüssigkeit auf eine Seite des Multifilaments soweit abgekühlt wird, bis die Temperatur eines Filaments, das das Multifilament aufbaut, 100ºC oder mehr beträgt, und dann mit einer Spinngeschwindigkeit von 5000 m/min oder mehr herausgenommen wird und dann einer Flüssigkeitsinjektionsbehandlung bei einer Temperatur von 150ºC oder mehr unterzogen wird.
Das sechste Ziel der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden durch
(6) ein Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Polyestermultifilaments, wie es in (3) oben definiert ist, durch Schmelzverspinnen eines Polyesters, wobei das aus einer Spinndüse (2) extrudierte Multifilament asymmetrisch durch Aufbringen einer wäßrigen Flüssigkeit auf eine Seite des Multifilaments soweit abgekühlt wird, bis die Temperatur eines Filaments, das das Multifilament aufbaut, 150ºC oder mehr beträgt, und dann mit einer Spinngeschwindigkeit von 5000 m/min oder mehr herausgenommen wird und das aufgenommene Multifilament mit einem Streckverhältnis zwischen 1,0 und 1,5 gestreckt wird und dann einer Wärmebehandlung unter Relaxation bei einer Temperatur von 150ºC oder mehr unterzogen wird; sowie
(6a) ein Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Polyestermultifilaments, wie es in (3) oben definiert ist, durch Schmelzverspinnen eines Polyesters, wobei das aus einer Spinndüse (2) extrudierte Multifilament asymmetrisch durch Aufbringen einer wäßrigen Flüssigkeit auf eine Seite des Multifilaments soweit abgekühlt wird, bis die Temperatur eines Filaments, das das Multifilament aufbaut, 150ºC oder mehr beträgt, und dann mit einer Spinngeschwindigkeit von 5000 m/min oder mehr herausgenommen wird und dann einer Wärmebehandlung unter Relaxation bei einer Temperatur von 150ºC oder mehr unterzogen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1(A) ist eine Photographie, die eine statistische Kräuselung eines gekräuselten Multifilaments gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 1(B) ist eine Ansicht, die schematisch eine statistische Kräuselung zeigt;
Figur 2 ist eine Ansicht, die schematisch eine Spiralkräuselung zeigt;
die Figuren 3(A) bis 3(C) sind Muster von quantitativen Transmissionsinterferenzmikrophotographien, die verschiedene Verteilungen des Doppelbrechungsindex eines Filaments gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Figur 4(A) ist eine Mikrophotographie eines Querschnitts eines gefärbten Filaments gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 4(B) ist eine Mikrophotographie eines Querschnitts eines gefärbten Filaments, aus dem ein herkömmliches gekräuseltes Multifilament aufgebaut ist;
Figur 5(A) ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme, die die Glätte der Oberfläche des gekräuselten Filaments gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 5(B) ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme, die die Glätte der Oberfläche eines herkömmlichen gekräuselten Filaments zeigt;
die Figuren 6 und 7 sind schematische Vorderansichten, die ein Beispiel für eine Spinnmaschine bzw. eine Verarbeitungsmaschine zur Durchführung der vorliegenden Erfindung zeigen;
die Figuren 8(A), 8(B), 9(A) und 9(B) sind schematische Vorderansichten, die jeweils ein Beispiel für eine Wasserauftragungsvorrichtung zur Verwendung bei der asymmetrischen Kühlung der vorliegenden Erfindung zeigen;
die Figuren 10 und 11 sind Graphiken, die ein Beispiel für eine Röntgenbeugungsintensitätskurve zeigen, die bei der Messung der Kristallwachstumsrate des Multifilaments gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde; und
Figur 12 ist eine Ansicht, die das Kräuselungsbildungsverhältnis des gekräuselten Multifilaments zeigt.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Ein wesentliches Merkmal eines gekräuselten Multifilaments gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein das Multifilament aufbauendes Filament eine statistisch geformte Kräuselung aufweist.
Die statistische Kräuselung in der vorliegenden Erfindung bedeutet eine dreidimensionale Kräuselung ohne Drehmoment, bei der jede Kräuselung unregelmäßig gebildet ist, und somit unterscheidet sich die statistische Kräuselung eindeutig von einer Kräuselung des Drehmomenttyps, die durch eine Falschdrahtbehandlung erhalten wird, und von einer Spiralkräuselung, die durch Verbundstoffspinnen oder ein mechanisches Reibverfahren erhalten wird.
Figur 1(A) zeigt eine Photographie der statistischen Kräuselung gemäß der vorliegenden Erfindung, und Figur 1(B) ist eine Ansicht, die schematisch die Photographie von Figur 1(A) zeigt. Figur 2 ist eine Ansicht, die schematisch eine Spiralkräuselung zum Vergleich mit der in Figur 1(B) gezeigten statistischen Kräuselung zeigt.
Die statistische Form der Kräuselung ist ein Faktor, der dem Filament eine ausreichende Elastizität verleiht, wenn es gestreckt oder komprimiert wird. Die Spiralkräuselung ist wegen schlechteren Kompressionseigenschaften und fehlender Steifigkeit für die Verwendung für einen Teppich ungeeignet.
Es ist erforderlich, daß dem Filament des Multifilaments gemäß der vorliegenden Erfindung eine Anzahl der Kräuselungen von 3,9 pro cm (10 pro inch) oder mehr verliehen wird. Wenn die Zahl der Kräuselungen unter 3,9 pro cm (10 pro inch) liegt, ist es unmöglich, die Kompressionseigenschaften für einen Teppich zu erfüllen. Wenn eine Stapelfaser weiterhin durch Zerschneiden des gekräuselten Multifilaments hergestellt wird, entsteht beim Kardierungsvorgang eine Menge Kardierungsabfall, und dadurch wird die Verarbeitbarkeit schlechter.
Bei einem für einen Teppich verwendeten Kräuselfilament ist es erforderlich, daß die Dehnbarkeit der Kräuselung 10% oder mehr beträgt und daß eine geeignete Zahl von Kräuselungen vorhanden ist. Das gekräuselte Filament gemäß der vorliegenden Erfindung hat jedoch eine Dehnbarkeit von 10% oder mehr, vorausgesetzt, die Anzahl der Kräuselungen beträgt 3,9 pro cm (10 pro inch) oder mehr, was den obigen Anforderungen genügt. Vorzugsweise haben die Kräuselungen eine Anzahl von 5,9 pro cm (15 pro inch) oder mehr und eine Dehnbarkeit von 20% bis 50%.
Das gekräuselte Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine spezielle Verteilung des Doppelbrechungsindex, so daß der an einer äußeren Schicht eines das Multifilament aufbauenden Filaments gemessene Doppelbrechungsindex größer ist als der an einem mittleren Teil des Filaments gemessene Doppelbrechungsindex und die Stelle mit dem kleinsten Wert des Doppelbrechungsindex von der Mittelachse des Filaments abweicht.
Wenn der Querschnitt des Filaments kreisförmig ist, können die Verteilung und die Exzentrizität des Doppelbrechungsindex gemäß einem Verfahren beobachtet werden, bei dem ein Transmissionsinterferenzmikroskop verwendet wird und das später ausführlich beschrieben wird. Die Verteilung des Doppelbrechungsindex kann anhand von Interferenzbanden des U-Typs oder des V-Typs gemessen werden, wie es in Figur 3(A) und Figur 3(B) gezeigt ist. Wenn die Verteilung des Doppelbrechungsindex von der Mitte des Filaments abweicht, bewegt sich der untere Punkt LP der Interferenzbande von der zentralen Achse X-X des Filaments weg.
Wenn der Querschnitt des Filaments eine unregelmäßige Form hat, ist es unmöglich, den Doppelbrechungsindex durch das Transmissionsinterferenzmikroskop zu beobachten, das für das Filament mit dem kreisförmigen Querschnitt verwendet wird. Entsprechend kann in diesem Fall die Gegenwart der Exzentrizität gemessen werden, indem man mit einem optischen Mikroskop eine Photographie eines Querschnitts eines gefärbten Filaments anfertigt und mißt, wie weit der Farbstoff von der Oberfläche des Filaments her eindringt, wie es im Journal of the Textile Machinery Society of Japan, Vol. 33, Nr. 11 (1980), S. 551 bis 554, gezeigt ist.
Weiterhin ist es in der Praxis möglich, die Verteilung des Doppelbrechungsindex eines Filaments mit unregelmäßigem Querschnitt abzuschätzen, indem man ein Filament mit einem kreisförmigen Querschnitt unter denselben Bedingungen spinnt, wie sie zum Spinnen des Filaments mit dem unregelmäßigen Querschnitt verwendet wurden, und eine Mikrophotographie des Filaments mit dem kreisförmigen Querschnitt beobachtet.
Figur 4(A) ist ein Photo des Querschnitts des gefärbten Filaments gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Figur 4(A) gezeigt, weicht der Eindringbereich des Farbstoffs stark von der geometrischen Mitte des Querschnitts ab. Figur 4(B) zeigt eine Mikrophotographie eines Querschnitts eines gefärbten Filaments eines herkömmlichen gekräuselten Multifilaments.
Die Definition der Exzentrizität in dem Fall, daß der Querschnitt des Filaments asymmetrisch ist und ein kompliziertes Profil hat, ist auf der Basis eines geometrischen Schwerpunkts definiert.
Die Kräuselfestigkeit des Multifilaments gemäß der vorliegenden Erfindung wird aufgrund der oben genannten speziellen Verteilung des Doppelbrechungsindex überlegen.
Ein thermoplastisches Polymer in der vorliegenden Erfindung bedeutet ein Polyamid, wie Nylon 66, Nylon 6, Nylon 12 oder Nylon 46, einen Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat oder Polyethylenisophthalat sowie ein faserbildendes Polymer, wie Polypropylen oder Polyethylen. Falls notwendig, kann auch ein Additiv, wie ein Antistatikmittel, ein Mattierungsmittel oder ein Flammverzögerungsmittel, verwendet werden.
Im allgemeinen liefert die vorliegende Erfindung überlegene Wirkungen, insbesondere, wenn man sie auf ein Polyamid oder einen Polyester anwendet.
Im Falle eines Polyamids, z.B. Nylon 66 und Nylon 6, das einen kreisförmigen Querschnitt hat, haben die Doppelbrechungsindices des Filaments vorzugsweise einen Unterschied von 5 x 10&supmin;³ bis 45 x 10&supmin;³ zwischen der äußeren Schicht und einer inneren Schicht, und die Verteilung weicht von der Mitte des Filaments ab. Wenn der Unterschied δ(Δn) der Doppelbrechungsindices im Querschnitt kleiner ist als 5 x 10&supmin;³, wird die Anzahl der Kräuselungen unzureichend, und somit kann das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht erreicht werden.
Im Falle eines Polyamids beträgt die durch Röntgenweitwinkeldiffraktometrie erhaltene Kristallwachstumsrate des Filaments vorzugsweise 0,2 oder mehr. Wenn es sich bei dem Polyamid um Polyhexamethylenadipamid handelt, ist es wünschenswert, daß der Kristallperfektionsindex 70% oder mehr beträgt.
Die Kristallwachstumsrate und der Kristallperfektionsindex können nach einem später beschriebenen Verfahren unter Verwendung von Röntgenweitwinkeldiffraktometrie gemessen werden. Die Kristallwachstumsrate ist ein Maß für den Grad des Kristallwachstums. Je näher bei 1 der Wert der Kristallwachstumsrate liegt, desto größer ist der gewachsene Kristall. Offensichtlich ist der Kristall in dem gekräuselten Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung extrem groß gewachsen, was man anhand der Tatsache erkennt, daß der Wert der Kristallwachstumsrate eines herkömmlichen Filaments, das durch ein Niedergeschwindigkeitsspinn- und -streckverfahren hergestellt wurde, 0,15 oder weniger beträgt. Eine bevorzugte Kristallwachstumsrate ist 0,25 oder mehr.
Der Kristallperfektionsindex ist hauptsächlich ein Maß für die Größe eines Kristalls, und je näher der Wert des Kristallperfektionsindex bei 100% liegt, desto näher liegt die Perfektion des Kristalls bei der höchsten. Offensichtlich hat das gekräuselte Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung einen in extremem Maße höheren Kristallperfektionsindex, was man anhand der Tatsache erkennt, daß ein Polyamidmultifilament, das durch ein Niedergeschwindigkeitsspinn- und -streckverfahren hergestellt wurde, einen Kristallperfektionsindex von 40% bis 60% hat.
Das gekräuselte Polyamidmultifilament gemäß der vorliegenden Erfindung weist keinen vollständigen Sphärolith auf, und daher ist die Glätte auf der Oberfläche des Filaments überlegen. Bei dem herkömmlichen Polyamidfilament, das nach dem Hochgeschwindigkeitsspinnverfahren hergestellt wird, bilden sich auf der Oberfläche der Filamente wegen der hohen Kristallisationsgeschwindigkeit viele Sphärolithe, und dadurch wird die Oberflächenglätte des Filaments beeinträchtigt, und das Filament erfährt eine Entglasung. Entsprechend ist es unmöglich, daß sich eine klarere Farbe entwickelt und man bei dem gefärbten Filament einen überlegenen Glanz erhält.
Der oben beschriebene Sphärolith kann bei dem gekräuselten Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung nicht beobachtet werden, und somit hat dieses Multifilament eine überlegene Transparenz. Dieses Merkmal ist bei einem Filament mit einer Fadenfeinheit von 10 g/9000 m (10 d) oder mehr ausgeprägter.
Die Glätte der Filamentoberfläche kann mit einem herkömmlichen Elektronenmikroskop mit einer Vergrößerung von 500 bis 2000 leicht beobachtet werden.
Figur 5 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines gekräuselten Filaments aus Nylon 66 ohne Sphärolithe in dem gekräuselten Filament gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es in Figur 5(A) gezeigt ist, und die Bildung der Sphärolithe in einem herkömmlichen gekräuselten Filament wird bestätigt, wie es in Figur 5(B) gezeigt ist.
Ein Fall, bei dem ein Polyester, hier Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat, als thermoplastisches Polymer verwendet werden, wird im folgenden erläutert.
Wenn der Querschnitt des Filaments kreisförmig ist, haben die Doppelbrechungsindices des Filaments vorzugsweise einen Unterschied von 20 x 10&supmin;³ bis 100 x 10&supmin;³ zwischen der äußeren Schicht und der inneren Schicht, und die Verteilung weicht von der Mitte des Filaments ab. Wenn der Unterschied der Doppelbrechungsindices 30 x 10&supmin;³ oder mehr beträgt, kann eine überlegene Kräuselung gebildet werden. Wenn die durch Röntgenweitwinkeldiffraktometrie erhaltene Kristallwachstumsrate weiterhin 0,4 oder mehr beträgt, hat die erhaltene Kräuselung eine überlegene Kräuselfestigkeit.
Die Kristallwachstumsrate des Polyesters kann nach einem später beschriebenen Verfahren gemessen werden, und je näher bei 1 der Wert der Kristallwachstumsrate liegt, desto größer ist der gewachsene Kristall. Offensichtlich ist der Kristall in dem gekräuselten Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung extrem groß gewachsen, was man anhand der Tatsache erkennt, daß der Wert der Kristallwachstumsrate eines herkömmlichen Filaments, das durch ein Niedergeschwindigkeitsspinn- und -streckverfahren hergestellt wurde, 0,3 oder weniger beträgt. Eine bevorzugte Kristallwachstumsrate ist 0,5 oder mehr.
Wie oben beschrieben, kann das gekräuselte Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden, indem die folgenden drei Faktoren gleichzeitig erfüllt werden.
(1) Die exzentrische Verteilung des Doppelbrechungsindex
(2) Statistische Kräuselung
(3) Kristallstruktur mit starkem Wachstum
Das gekräuselte Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf der Grundlage der obigen Struktur eine überlegene Bauschigkeit und Kräuselfestigkeit zeigen.
Die Kräuselfestigkeit wird als Beständigkeit gegenüber einer an das Filament angelegten Streckspannung und die Erholungskraft der Kräuselung unter einer Belastung ausgedrückt. Wenn das gekräuselte Multifilament zum Beispiel als Stadium von Endlos-Bauschgarnen, d.h. BCF-Garnen, für einen Teppich verwendet wird, erfolgt auch bei Anlegen einer übermäßigen Streckspannung an das Filament während eines Verdrillungsvorgangs und eines Tufting-Vorgangs nur eine geringe Reduktion der Kräuselung, und die überlegene Bauschigkeit bleibt erhalten. Die Erholungskraft der Kräuselung ist ebenfalls überlegen.
Wenn das BCF zur Herstellung des Teppichs getuftet wird, kommt das gekräuselte Multifilament im allgemeinen in einen zusammengedrängten Zustand, und dann erfährt das gekräuselte Multifilament eine Restriktion, die durch eine Belastung verursacht wird, die 0,2 m/g entspricht. Indessen wird BCF von einem Wickel her zugeführt, und BCF wird von dem Wickel wieder abgewickelt und getuftet. In diesem Fall nimmt die Kräuselung im BCF aufgrund der in dem Wickel erzeugten Kriechdehnung stark ab. Wenn die Erholungskraft der Kräuselung schwach ist, erholt sich die Kräuselung entsprechend nicht ausreichend aufgrund der Restriktion nach dem Tufting-Vorgang, und somit werden die Eigenschaften des Teppichs merklich schlechter.
Auch wenn die Kräuselung aufgrund der Kriechdehnung stark abgenommen hat, kann das gekräuselte Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung seine Kräuselung durch eine Behandlung mit siedendem Wasser wiedererlangen, und auch wenn sich das Multifilament unter der Restriktion befindet, hat das gekräuselte Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung eine überlegene Kräuselungserholungskraft im Vergleich zu der des herkömmlichen BCF.
Wenn das gekräuselte Multifilament (in diesem Fall Towgarn genannt) gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Stapelfasern geschnitten wird und dann die Stapelfaser der Kardierung zugeführt wird, ist die Streckung der Kräuselung sehr gering, und so ist eine gute Kardierungsverarbeitbarkeit zu erwarten.
Der Querschnitt des gekräuselten Multifilaments gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen Kreis beschränkt; ein Garn mit einem unregelmäßigen Querschnitt, wie einem trilobalen oder quadratischen Querschnitt, oder ein hohles Garn können ebenfalls verwendet werden. Auch die Fadenfeinheit eines Filaments wird nicht besonders angegeben und beträgt etwa 50 g/9000 m (50 d) oder weniger.
Falls notwendig, kann das gekräuselte Filament verharkt werden.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des gekräuselten Multifilaments gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Figur 6 zeigt ein Beispiel für eine Spinn- und Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung eines Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Filamente 13, die aus einer auf einem Spinnkopf 1 montierten Spinndüse 2 extrudiert werden, werden durch eine Kammer mit Kühlluft 4 abgekühlt. In einem Bereich, wo die Filamente 13 eine hohe Temperatur beibehalten, werden die Filamente durch Auftragen einer wäßrigen Flüssigkeit aus einem Applikator für wäßrige Flüssigkeit 50 auf eine Seite der Filamente asymmetrisch gekühlt. In diesem Fall wird die wäßrige Flüssigkeit auf die Filamente aufgetragen, die voneinander getrennt sind.
Die Filamente 13 werden zusammengeführt und durch eine Öldüse 6 geölt und dann durch eine Hochgeschwindigkeitsaufnahmerolle 7 aufgenommen. Anschließend werden die Filamente 13 mit einer Wärmebehandlungsvorrichtung 8 relaxiert und wärmebehandelt, so daß man eine statistische Kräuselung erhält, erhalten eine Verharkung durch eine Kühltrommel 9 und eine Verharkungsdüse 10 und werden über eine Spannungskontrollrolle 11 auf einen Wickel 12 aufgewickelt. In diesem Fall wird eine Flüssigkeitsinjektionsdüse als Wärmebehandlungsvorrichtung 8 verwendet.
Figur 6 zeigt schematisch die Vorrichtung in Figur 5, die weiterhin mit einer Streckeinrichtung versehen ist, in der die Filamente 13 zwischen einer Aufnahmerolle 7 und einer Streckrolle 7' gestreckt werden.
Die Figuren 8 und 9 sind schematische Zeichnungen der Durchführung der Wasserauftragungsoperation gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 8(A) ist eine schematische Vorderansicht einer Trenndüse, die die Filamente voneinander trennt; Figur 8(B) ist eine Schnittansicht entlang der Linie E-E' in Figur 8(A), Figur 9(A) zeigt ein Beispiel für ein Walzenverfahren, bei dem Filamente in einer Ebene ausgerichtet sind und dann die wäßrige Flüssigkeit auf eine Seite der Ebene der Filamente aufgetragen wird, und 9(B) zeigt ein Beispiel für ein Düsenverfahren, bei dem das flüssige Wasser von einer Seite her auf zusammengeführte Filamente aufgetragen wird.
Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, daß die aus der Spinndüse extrudierten Filamente luftgekühlt werden, in dem Bereich, wo die Filamente auf eine Temperatur von 100ºC heruntergekühlt werden, mit wäßriger Flüssigkeit versehen werden, so daß sie asymmetrisch abkühlen, und mit einer Spinngeschwindigkeit von 4000 m/min oder mehr gesponnen werden.
Wenn die Spinngeschwindigkeit weniger als 4000 m/min beträgt, kann sich der Unterschied δ(Δn) der Doppelbrechungsindices zwischen der äußeren Schicht und der inneren Schicht des Filamentquerschnitts nicht vergrößern, was das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, und der einmal aufgetretene Unterschied δ(Δn) der Doppelbrechungsindices kann durch das anschließende Strecken oder dergleichen zum Verschwinden gebracht werden. Weiterhin wird das volle Wachstum des Kristallbereichs in dem Filament nach der Wärmebehandlung verhindert, was zu einer Senkung der Kräuselfestigkeit der erhaltenen gekräuselten Filamente führt.
Die Spinngeschwindigkeit, bei der das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, liegt im Bereich von 5000 m/min bis 8000 m/min. Im Falle einer Spinngeschwindigkeit von 8000 m/min oder mehr ist es möglich, Multifilamente der Erfindung zu erhalten, indem man die Filamente einem extrem großen Volumen wäßriger Flüssigkeit aussetzt, während eine große Menge wäßriger Flüssigkeit erforderlich ist, um die Kristallwachstumsrate des Filaments einzustellen, was zu einem Verspritzen der wäßrigen Flüssigkeit oder anderen Schwierigkeiten führt.
Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften und die Bildung einer für die Filamente erforderlichen Struktur beträgt die am meisten wünschenswerte Spinngeschwindigkeit 5500 bis 7500 m/min.
Was Polyester betrifft, so berichtet das Journal of the Textile Society (T135-T142, Nr. 4 (1981), Vol. 37), daß 8000 m/min oder mehr erforderlich sind, um eine nichtgleichmäßige Struktur der Querschnittsdoppelbrechungsindices zu erhalten, während in bezug auf Polyamid die Japanische Geprüfte Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 64-6283 zeigt, daß ein Unterschied der Doppelbrechungsindices in der Größenordnung von höchstens 6 x 10&supmin;³ bei 10 000 m/min erhalten werden kann. Aus einem Vergleich mit den obigen Tatsachen folgt, daß die Filamente der vorliegenden Erfindung stark verbessert sind.
Innerhalb des Bereichs der Spinngeschwindigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung besteht keine Gefahr für eine erhebliche Erhöhung der Spinnspannung oder ein Reißen der Filamente während des Spinnens, so daß eine stabile und industrielle Durchführung möglich ist.
Das bemerkenswerte Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Tatsache, daß die aus der Spinndüse extrudierten Filamente luftgekühlt und zusammen mit wäßriger Flüssigkeit zugeführt werden, bevor die Temperatur der Filamente 100ºC oder darunter erreicht, so daß asymmetrisch gekühlt wird.
Indem man die Filamente bei einer so hohen Temperatur der asymmetrischen Kühlung durch eine wäßrige Flüssigkeit aussetzt, erhält man die Kristallwachstumsrate und die exzentrische Verteilung der Doppelbrechungsindices, die beide die Filamente der vorliegenden Erfindung kennzeichnen. Wenn die Temperatur des Filaments beim Auftragen der wäßrigen Flüssigkeit kleiner als 100ºC ist, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht zu erreichen, unabhängig von dem Volumen des aufzutragenden Wassers oder anderen Bedingungen.
In dem Maße, wie die Temperatur der Filamente zum Zeitpunkt des Auftragens der wäßrigen Flüssigkeit höher als 100ºC ist, wird der Unterschied δ(Δn) der Doppelbrechungsindices größer. Jedoch führt eine Temperatur der Filamente von über 250ºC zu Schwierigkeiten, wie Reißen der Filamente während des Auftragens der wäßrigen Flüssigkeit. Daher liegt die bevorzugte Temperatur der Filamente im Bereich von 250ºC bis 100ºC.
Beim Schmelzspinnen wird ein Polymer im allgemeinen bei einer Temperatur von 260ºC bis 320ºC aus der Spinndüse extrudiert.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Kühlen des Filaments vor dem Auftragen einer wäßrigen Flüssigkeit mit Kühlluft durchgeführt, die bei der Schmelzextrusion allgemein eingesetzt wird. Die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignete Position der Filamente in bezug auf die Spinndüse, wo die Filamente eine Temperatur von 100ºC oder mehr haben, hängt von der Spinngeschwindigkeit und der Feinheit des Filaments ab. Nimmt man an, die Spinngeschwindigkeit sei 4000 m/min oder mehr und die Feinheit sei 1 bis 5 g/9000 m (1 bis 5 denier), was für Kleidung normalerweise verwendet wird, so liegt die Position innerhalb von etwa 100 cm unterhalb der Spinndüse. Die wäßrige Flüssigkeit der vorliegenden Erfindung liegt daher innerhalb des obigen Bereichs.
Für Polyamid muß die Temperatur des Filaments, auf das die wäßrige Flüssigkeit aufgetragen wird, 100ºC oder mehr, vorzugsweise 130ºC oder mehr, betragen.
Übrigens wird für Teppiche ein Filament mit einer Feinheit von 10 bis 30 g/9000 m (10 bis 30 denier) verwendet. In diesem Fall wird die Auftragung der wäßrigen Flüssigkeit an einer Position innerhalb von etwa 300 cm unterhalb der Spinndüse durchgeführt. Weiterhin beobachtet man im Unterschied zu Polyester im Falle von Polyamid nicht allgemein eine rasche Verschlankung des Garndurchmessers während des Spinnvorgangs beim Hochgeschwindigkeitsspinnen unter der Bedingung, daß keinerlei wäßrige Flüssigkeit aufgetragen wird. Beim Spinnen unter Verwendung der wäßrigen Flüssigkeit der vorliegenden Erfindung wurde jedoch eine deutliche Verschlankung am Punkt der Auftragung der wäßrigen Flüssigkeit beobachtet. Mit anderen Worten wurde durch die vorliegende Erfindung erstmals definitiv gezeigt, daß die Auftragung der wäßrigen Flüssigkeit auf das Filament unter hoher Temperatur zu einem zwingenden Auftreten des Verschlankungspunkts führt.
Die Vergrößerung des Unterschieds δ(Δn) der Doppelbrechungsindices und die in der vorliegenden Erfindung beabsichtigte exzentrische Struktur können durch die Auftragung der wäßrigen Flüssigkeit erreicht werden.
Für Polyester muß die Temperatur des Filaments, auf das die wäßrige Flüssigkeit aufgetragen wird, 150ºC oder mehr betragen; es ist bekannt, daß, wenn die Spinngeschwindigkeit oberhalb von etwa 6000 m/min liegt, eine rasche Verschlankung des Garndurchmessers während des Spinnvorgangs beobachtet wird (Journal of Textile Society, S. 499-507, Nr. 11 (1982), Vol. 38). Die wäßrige Flüssigkeit der vorliegenden Erfindung wird an einer Stelle etwa 5 cm oder mehr oberhalb der Verschlankungsstelle als Bezugspunkt (Einschnürungspunkt), vorzugsweise etwa 5 cm oder mehr oder noch mehr bevorzugt 10 cm oder mehr oberhalb aufgetragen. Wenn zum Beispiel ein Multifilament, das aus einem Filament mit einer Feinheit von 3 denier besteht, mit einer Spinngeschwindigkeit von 6000 m/min gesponnen wird und sich die Verschlankungsstelle 70 cm (an dieser Stelle beträgt die Temperatur des Filaments etwa 100ºC) unterhalb der Oberfläche der Spinndüse befindet, wird die wäßrige Flüssigkeit an einer Stelle innerhalb von 65 cm (an dieser Stelle beträgt die Temperatur des Filaments etwa 150ºC oder mehr) unterhalb der Oberfläche der Spinndüse, vorzugsweise innerhalb von 60 cm (an dieser Stelle beträgt die Temperatur des Filaments etwa 200ºC oder mehr) darunter, aufgetragen.
Die Orientierung und Kristallisation des Polyesters werden beim Hochgeschwindigkeitsspinnverfahren extrem leicht erzeugt, und dann wird die Mikrostruktur in dem Filament durch einen Unterschied von nur 1 cm bis 2 cm in der Stelle, wo die wäßrige Flüssigkeit aufgetragen wird, stark beeinflußt. Entsprechend muß die Bestimmung der Stelle, wo die wäßrige Flüssigkeit aufgetragen wird, genau erfolgen. Wenn die wäßrige Flüssigkeit auf ein Filament mit einer Temperatur von weniger als 150ºC aufgetragen wird, wird der Unterschied δ(Δn) der Doppelbrechungsindices ungenügend, das erhaltene Multifilament ist ein gekräuseltes Multifilament mit schwachen Kräuselungen, und nach der Anwendung der Wärmebehandlung unter Relaxation des erhaltenen Multifilaments wird keine Zunahme der Kräuselung erhalten.
Als wäßrige Flüssigkeit zum Abkühlen von Filamenten in der vorliegenden Erfindung steht Wasser oder eine normale Spinngleitmittelemulsion zur Verfügung. Zweckmäßigerweise kann Wasser verwendet werden. Außerdem gilt: Je niedriger die Temperatur der wäßrigen Flüssigkeit, desto besser. Dennoch kann die vorliegende Erfindung insbesondere auch ohne Kühlung unter die normale Temperatur durchgeführt werden.
Ein Verfahren des Auftragens der wäßrigen Flüssigkeit in einem Zustand, bei dem die Filamente voneinander getrennt sind, ein Verfahren des Auftragens der wäßrigen Flüssigkeit in einem Zustand, bei dem die Filamente in einer Ebene angeordnet sind, oder ein Verfahren des Auftragens der wäßrigen Flüssigkeit in einem Zustand, bei dem mehrere oder mehrere zehn Filamente zusammengeführt werden, kann für die Auftragung der wäßrigen Flüssigkeit verwendet werden.
Das Verfahren des Auftragens der wäßrigen Flüssigkeit in dem Zustand, bei dem die Filamente voneinander getrennt sind, kann vorzugsweise für ein Polyamidmultifilament verwendet werden, das aus Filamenten mit einer Fadenfeinheit von etwa 10 denier oder mehr besteht. In der vorliegenden Erfindung wird dieses Verfahren als "Getrenntdüsenverfahren" bezeichnet. Figur 8(A) zeigt ein Beispiel für das Getrenntdüsenverfahren. Aus einer Gruppe von Düsen 5a, die in einem voneinander getrennten Zustand angeordnet sind, wird die wäßrige Flüssigkeit unabhängig auf jedes Filament aufgetragen.
Um den Zustand, bei dem die wäßrige Flüssigkeit auf das Filament aufgetragen wird, besser zu erklären, wird Figur 8(B) gezeigt, bei der es sich um eine Schnittansicht entlang der Linie E-E' von Figur 8(A) handelt. Das obere Ende der Düse ist zu einer scharfen Form gestaltet, und diese Form ist dazu geeignet, den Widerstand, der durch Kontakt mit den Filamenten verursacht wird, gering zu halten und die Filamente asymmetrisch zu kühlen.
Das Verfahren des Auftragens der wäßrigen Flüssigkeit in dem Zustand, bei dem die Filamente in einer Ebene angeordnet sind, kann vorzugsweise fur ein Polyestermultifilament verwendet werden, das aus einem Filament mit einer Fadenfeinheit von etwa 10 g/9000 m (10 denier) oder weniger besteht. In der vorliegenden Erfindung wird dieses Verfahren als "Walzenverfahren" bezeichnet.
Figur 9(A) zeigt ein Beispiel für das Walzenverfahren. Vorzugsweise ist der durch Kontakt mit dem Filament erzeugte Widerstand gering. Entsprechend kann der Durchmesser der Walze in einem Bereich von 10 mm bis 50 mm festgelegt werden.
Das Verfahren des Auftragens der wäßrigen Flüssigkeit in dem Zustand, bei dem mehrere oder mehrere zehn Filamente zusammengeführt werden, kann vorzugsweise für ein Multifilament verwendet werden, das aus Filamenten mit einer Fadenfeinheit von 1 bis 5 g/9000 m (1 d bis 5 d) besteht. In der vorliegenden Erfindung wird dieses Verfahren als "Düsenverfahren" bezeichnet.
Jedoch können auch andere Verfahren eingesetzt werden, solange das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird. Die Menge der auf das Filament aufgetragenen wäßrigen Flüssigkeit wird in Gewichtsprozent angegeben, bezogen auf das Filament.
In der vorliegenden Erfindung werden die Filamente asymmetrisch gekühlt, und die Kristallwachstumsrate wird unterdrückt, indem man die wäßrige Flüssigkeit auf die Filamente aufträgt, die eine höhere Temperatur haben.
In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, daß die Kristallwachstumsrate bei derselben Filamenttemperatur um so weniger unterdrückt wird, je größer die Menge der aufzutragenden wäßrigen Flüssigkeit ist. Eine Auftragung der wäßrigen Flüssigkeit von etwa 10 Gew.-% oder mehr ist erforderlich, um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Wenn die Auftragung der wäßrigen Flüssigkeit 500 Gew.-% oder mehr erreicht, ist es notwendig, zu verhindern, daß überschüssige wäßrige Flüssigkeit verspritzt wird. Die bevorzugte Menge der wäßrigen Flüssigkeit beträgt 20 bis 300 Gew.-%. Und im Getrenntdüsenverfahren und im Walzenverfahren wird eine Menge der wäßrigen Flüssigkeit von 20 bis 50 Gew.-% verwendet.
Wenn die wäßrige Flüssigkeit in dem Zustand aufgetragen wird, bei dem viele Filamente zusammengeführt werden, wie beim Düsenverfahren, neigen die Filamente dazu, Schwierigkeiten zu verursachen, wie Reißen der Filamente durch gegenseitiges Verschmelzen aufgrund ihrer hohen Temperatur von 100ºC oder mehr. Es ist ein wunderbares Ergebnis der vorliegenden Erfindung, daß das oben genannte Verschmelzungsphänomen völlig verschwindet, so daß man durch Auftragen einer wäßrigen Flüssigkeit ein extrem stabiles Spinnen erhält.
Um konkret zu sein, wenn das in Figur 5(b) gezeigte Düsenverfahren zum Auftragen der wäßrigen Flüssigkeit verwendet wird, kann auch dann, wenn drei bis zwanzig Filamente zusammengeführt werden, ein stabiles Spinnen in befriedigender Weise durchgeführt werden, ohne daß ein Einzelgarn haften bleibt.
Die asymmetrische Kühlung gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Kombination des Hochgeschwindigkeitsspinnverfahrens mit einer Spinngeschwindigkeit von 4000 m/min oder mehr und des Verfahrens der Auftragung der wäßrigen Flüssigkeit auf eine Seite der Filamente erreicht werden. Die asymmetrische Kühlung wird nämlich dadurch erreicht, daß, wenn die Filamente mit der auf die eine Seite der Filamente aufgetragenen wäßrigen Flüssigkeit in Kontakt sind, die Membran der wäßrigen Flüssigkeit, d.h. die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, durch das mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Vorbeilaufen der Filamente aufgerissen wird, was dazu führt, daß die wäßrige Flüssigkeit nur auf eine Seite der Filamente aufgetragen wird. Diese technische Einzelheit kann bestätigt werden, indem man den Teil des Kontakts zwischen den Filamenten und der wäßrigen Flüssigkeit beobachtet.
Wenn eine Spinngeschwindigkeit von weniger als 4000 m/min verwendet wird und die wäßrige Flüssigkeit auf eine Seite der Filamente aufgetragen wird, reißt die Membran der wäßrigen Flüssigkeit nicht, und dadurch wird die gesamte Oberfläche der Filamente mit der wäßrigen Flüssigkeit bedeckt. Entsprechend kann keine asymmetrische Kühlung erreicht werden.
In der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, daß nach der asymmetrischen Kühlung eine Streckoperation mit einem Streckverhältnis zwischen 1,0 und 1,5 angewendet wird und dann eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150ºC oder mehr angewendet wird. Im Falle einer Spinngeschwindigkeit von etwa 4000 bis 5000 m/min wird vorzugsweise eine Streckoperation mit einem Streckverhältnis von 1,5 oder weniger angewendet, um die mechanischen Eigenschaften der Filamente zu verbessern. Im Falle einer Spinngeschwindigkeit von etwa 5000 m/min oder mehr kann durch Anwendung der Streckoperation ein gekräuseltes Multifilament mit für die praktische Verwendung geeigneten mechanischen Eigenschaften erhalten werden.
Es ist am meisten bevorzugt, daß ein Multifilament mit einer Spinngeschwindigkeit von 5000 m/min oder mehr gesponnen wird, um ein gekräuseltes Multifilament herzustellen, ohne eine Streck- Operation anzuwenden, im Hinblick auf eine hohe Produktivität bei einem einfachen Verfahren.
Wenn im Falle einer Spinngeschwindigkeit zwischen etwa 4000 m/min und 5000 m/min ein Streckverhältnis von über 1,5 verwendet wird, verschwindet die Verteilung des Doppelbrechungsindex, und somit kann das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht erreicht werden.
Vorzugsweise wird das Strecken durch Warmstrecken bei der Glasübergangstemperatur des Polymers oder darüber durchgeführt.
Die Wärmebehandlung muß bei einer Temperatur von etwa 150ºC oder mehr, vorzugsweise in einem im wesentlichen entspannten Zustand, durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente vor der Wärmebehandlung eine geringere Kristallwachstumsrate haben, während die der Wärmebehandlung unterzogenen Filamente stärker wachsen können. Dies ist eine bemerkenswerte Änderung, die bisher nicht erwartet wurde und deren Grund noch nicht aufgeklärt wurde. Es wird jedoch vermutet, daß eine höhere Kristallwachstumsrate, die dem Hochgeschwindigkeitsspinnen eigentümlich ist und durch Auftragung einer wäßrigen Flüssigkeit zu einem völligen Erstarren potenziert wird, durch eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur verwirklicht wird.
Die Figuren 10 und 11 zeigen schematisch das Wachstum eines Kristalls, der einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Figur 10 zeigt ein Beispiel unter Verwendung von Nylon 66 als Polymer, wobei die Bezugszahl (I) ein Röntgenweitwinkelbeugungsmuster des Filaments vor der Wärmebehandlung darstellt und (II) ein Röntgenweitwinkelbeugungsmuster des einer Wärmebehandlung unterzogenen Filaments darstellt. Figur 11 zeigt ein Beispiel unter Verwendung von Polyethylenterephthalat als Polymer, wobei in derselben Weise wie in Figur 11 die Bezugszahl (I) für ein Röntgenweitwinkelbeugungsmuster des gekräuselten Filaments vor der Wärmebehandlung steht, (II) für das einer Wärmebehandlung unterzogene steht und (III) für das eines herkömmlichen Filaments steht, das durch ein Verfahren mit niedrigerer Spinngeschwindigkeit und Strecken hergestellt wurde.
Eine solche Änderung in der Kristallstruktur wurde bei der vorliegenden Erfindung erstmals gefunden. Ein Multifilament, das nur eine Spiralkräuselung aufweist, kann aus einem Multifilament hergestellt werden, das unter Verwendung des obigen Hochgeschwindigkeitsspinnens erhalten wurde, aber das statistisch gekräuselte Multifilament kann erstmals auf der Basis des Ergebnisses des obigen technischen Konzepts erhalten werden.
Wenn die Temperatur der Wärmebehandlung weniger als etwa 150ºC beträgt, kann der Kristall nicht vollständig wachsen, und damit ist es schwierig, gekräuselte Garne mit einer besseren Kräuselfestigkeit zu erhalten, die bereitzustellen das Ziel der vorliegenden Erfindung ist. Die Temperatur der Wärmebehandlung beträgt vorzugsweise etwa 180ºC oder mehr.
Um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist es wünschenswert, daß die Wärmebehandlung im wesentlichen unter Relaxation, vorzugsweise unter einer Relaxation in der Größenordnung von 5% oder mehr, durchgeführt wird. Wenn sie im wesentlichen in einem gestreckten Zustand durchgeführt wird, kommt es zu einer Reduktion in der Anzahl der Kräuselungen und einem Mangel in der Verteilung der Doppelbrechungsindices.
Als Vorrichtung dieser Art für die Wärmebehandlung unter Relaxation können zum Beispiel eine Fluiddüse, die in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59-71440 offenbart ist, eine Strahlverarbeitungsapparatur, wie sie in der Japanischen Geprüften Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 58-30423 offenbart ist, oder ein anderes Mittel in geeigneter Weise ausgewählt werden. Bei dem Strahlverarbeitungsverfahren können im allgemeinen heiße Luft, gesättigter Dampf oder ungesättigter Dampf als erhitztes Fluid verwendet werden.
Wenn ein BCF aus dem Polyamid zur Herstellung des gekräuselten Multifilaments verwendet wird, kann das Strahlverarbeitungsverfahren unter Verwendung einer Fluiddüse angepaßt werden. In diesem Fall kann ein statistisch gekräuseltes Multifilament mit überlegener Kräuselfestigkeit durch eine Kombination der durch das asymmetrische Kühlen gebildeten Struktur und einem durch das Strahlverarbeitungsverfahren verursachten Effekt erhalten werden.
Wenn das gekräuselte Polyestermultifilament als Stapelfaser verwendet wird, ist es nicht immer möglich, das Strahlverarbeitungsverfahren zu verwenden, und es ist zum Beispiel möglich, die Fasern auf einem laufenden Netz anzuhäufen und die Wärmebehandlung unter Relaxation der Fasern durchzuführen.
Wenn der Polyester verwendet wird, sind die Fasern vor der Anwendung der Wärmebehandlung nicht gekräuselt, aber das gekräuselte Multifilament mit einer ausreichend gekräuselten Form kann durch die obige Wärmebehandlung unter Relaxation anstelle einer Verwendung des Strahlverarbeitungsverfahrens erhalten werden. Dies ist bemerkenswert angesichts der Tatsache, daß ein gekräuseltes Multifilament mit einer Spiralform nur nach einem Verfahren erhalten werden kann, das in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 62-23816 offenbart ist.
Wenn das gekräuselte Multifilament zur Herstellung eines Teppichs verwendet wird, ist es durch Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Menge des aus einem Loch extrudierten Polymers auf 7 bis 35 g/min Loch zu erhöhen. Dieser Wert ist größer als, d.h. etwa zwei- oder dreimal so groß wie, der Wert von 3 bis 6 g/min Loch beim herkömmlichen Polyesterspinnen, und somit kann eine hohe Produktivität erreicht werden.
Um das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv ausführen zu können, werden das Hochgeschwindigkeitsspinnen und die Wärmebehandlung bzw. das Hochgeschwindigkeitsspinnen, die Wärmebehandlung und das Strecken vorzugsweise nacheinander durchgeführt. Am effektivsten ist das Hochgeschwindigkeitsspinnen mit der Kräuselungsbehandlung, wobei das Hochgeschwindigkeitsspinnen zuerst durchgeführt wird und die Wärmebehandlung ohne Strecken auf das Filament angewendet wird.
Das Verfahren, bei dem das gekräuselte Multifilament hergestellt wird, indem man nacheinander das Spinnverfahren, das Streckverfahren und das Kräuselungsverfahren verwendet, ist zum Beispiel im US-Patent Nr. 3,854,177 offenbart. Die maximale Spinngeschwindigkeit des bekannten kontinuierlichen Verfahrens beträgt jedoch höchstens 4000 m/min. Das kontinuierliche Verfahren mit einer Geschwindigkeit von 4000 m/min oder mehr kann erstmals mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung sowie Vergleichsbeispiele beschrieben. Die Meßverfahren für die Eigenschaften eines gekräuselten Filaments gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.

(A) Temperatur eines Filaments

Die Temperatur eines Filaments wird kontaktlos durch ein Infrarotpyrometer des Rastertyps gemessen, das entlang einer Spinnlinie angeordnet ist.

(B) Festigkeit und Dehnung

Die Festigkeit und Dehnung des Multifilaments werden mit einem Tensiometer des Typs TENSILON UTM-II-20 von der Firma Toyo Boldwin Co., Ltd. unter den Bedingungen einer Anfangslänge von 20 cm und einer Zuggeschwindigkeit von 20 cm/min gemessen.

(C) Verteilung des Doppelbrechungsindex und Exzentrizität

Wenn die Querschnittsform eines Filaments ein Kreis ist, können die Verteilung des Doppelbrechungsindex und ihre Exzentrizität mit einem quantitativen Transmissionsinterferenzmikroskop gemessen werden. Wenn die Querschnittsform des Filaments eine unregelmäßige Form ist, können die Verteilung des Doppelbrechungsindex und ihre Exzentrizität gefunden werden, indem man ein Filament färbt und das gefärbte Filament mit einem optischen Mikroskop betrachtet.

Wenn das Filament einen kreisförmigen Querschnitt hat

Gemessen wird mit nach dem Verfahren der Interferenzstreifen unter Verwendung eines quantitativen Transmissionsinterferenzmikroskops (INTERFACO von der Firma Carl Zeiss Jena Co., Ltd.). Grünes Licht mit einer Wellenlänge von 549 nm wird verwendet, die Filamente werden in ein Einbettungsmittel eingetaucht, das gegenüber Filamenten inert ist und einen solchen Brechungsindex (N) hat, daß die Interferenzstreifen eine Abweichung innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 2 Wellenlängen des grünen Lichts erhalten, das Muster der Interferenzstreifen, das sich bildet, wenn die Filamentachse so angeordnet ist, daß sie senkrecht zur optischen Achse des Interferenzmikroskops und der Interferenzstreifen steht, wird photographiert, und das erhaltene Photo wird zur Analyse etwa 1500fach vergrößert.
Die Analyse erfolgt in derselben Weise wie bei Ausführungsformen, die ausführlich in der Japanischen Geprüften Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 64-8086 beschrieben sind.
Im Falle des Filaments mit einem kreisförmigen Querschnitt werden V-förmige oder U-förmige Interferenzstreifen beobachtet, wie es in Figur 11 gezeigt ist. Figur 3(C) ist eine schematische Ansicht, die eine exzentrische Verteilung des Doppelbrechungsindex des gekräuselten Filaments gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Unterschied der Doppelbrechungsindices zwischen der äußeren Schicht und der inneren Schicht des Filaments wird aus der Photographie von Figur 3(A) berechnet, die erhalten wird, indem man das Filament in Figur 3(C) um 90º um eine Achse X-X des Filaments dreht.
Sei nun R der Radius des Filaments, so liegt die äußere Schicht in Figur 3(A) in einem Abstand von 0,8 R von der Mitte des Filaments, der mit Δn0,8 bezeichnet wird. Die innere Schicht bedeutet die Mitte des Filaments, die mit Δn&sub0; bezeichnet wird.
Der Unterschied δ(Δn) der Doppelbrechungsindices kann ausgedrückt werden als
δ(Δn) = Δn0,8 - Δn&sub0;.

Wenn das Filament einen ungleichmäßig geformten Querschnitt hat

Filamente werden in einem solchen Zustand, daß keine Filamente einander überlappen, unter den folgenden Bedingungen gefärbt.

Färben eines Polyamidfilaments

Gewicht der Probe: 0,5 g
Farbstoff: Kayarus Supra Grey VGN 300% owf
Badverhältnis: 1 : 500
Färbetemperatur: 98ºC
Färbezeit: 30 min

Färben eines Polyamidfilaments

Gewicht der Probe: 0,5 g
Farbstoff: Resalin Blue FBL 300% owf
Badverhältnis: 1 : 500
Färbetemperatur: 85ºC
Färbezeit: 90 min
Ein Querschnitt des gefärbten Filaments wird mit einem optischen Mikroskop photographiert. Wenn die Verteilung des Doppelbrechungsindex in dem Filament exzentrisch ist, wird der Abstand, um den der Farbstoff von einer Oberfläche des Filaments her ins Innere eindringen kann, um die Mitte des Filaments herum unregelmäßig.

(D) Kristallwachstumsrate (IWR)

Die IWR wird durch Röntgenweitwinkel-Diffraktometrie gemessen.
Die Messung wird mit einem Röntgengenerator (RU-200pL) von der Firma Rigaku Denki Co., Ltd., einer Faserprobemeßvorrichtung (FS-3), einem Goniometer (8G-9), einem Szintillationszähler als Zähler, einem Pulshöhenanalysator als Zähleinheit und einer durch ein Nickelfilter monochromatisierten CuKα-Strahlung (λ = 10&supmin;¹&sup0; m (1,5418 Å)) durchgeführt. Der Röntgengenerator wird mit 30 kV und 80 mA betrieben.
In diesem Fall werden eine Scangeschwindigkeit von 4º/min, ein Papiervorschub von 10 mm/min, eine Zeitkonstante von 1 s, ein Kollimator von 2 mm Durchmesser und ein 1,9 mm hoher und 3,5 mm breiter Empfängerschlitz eingesetzt.

Im Falle von Polyamid

Wenn ein Polyhexamethylenadipamid als Polyamid verwendet wird, erscheinen am Äquator zwei Hauptreflexe, wie es in Figur 10 gezeigt ist.
Von der Seite der kleineren Winkel her erkennt man Reflexe der Ebene (100) bzw. {(010) + (110)}. Eine Grundlinie ist als Gerade definiert, die zwei Punkte auf einer Kurve der Beugungsintensität miteinander verbindet, die 2θ = 7º und 2θ = 35º entsprechen. Die Beugungsintensität ist definiert als die Länge einer von jedem Peak zur Grundlinie gezogenen senkrechten Linie.
Die Kristallwachstumsrate (IWR) von Polyamid wird durch die folgende Formel ausgedrückt.
wobei H&sub1; die minimale Beugungsintensität zwischen Ebene (100) und Ebene {(010) + (110)} ist, H&sub2; die maximale Beugungsintensität der Ebene (100) ist und H&sub3; die maximale Beugungsintensität der Ebene {(010) + (110)} ist. Je näher der Wert von IWR bei 1 liegt, desto höher ist die Kristallwachstumsrate.
Wenn ein Polycaproamid als Polyamid verwendet wird, ist die Kristallwachstumsrate als Wachstum des kristallinen Bereichs des γ-Typs definiert.
Im allgemeinen hat Polycaproamid zwei kristalline Formen, d.h. α-Typ und γ-Typ, und es gibt drei Hauptreflexe auf dem Äquator. Von der Seite der kleineren Winkel her erkennt man nämlich Reflexe der Ebene (200) vom kristallinen Bereich des α-Typs, der Ebene (020) vom kristallinen Bereich des γ-Typs und der Ebene {(202) + (002)} vom kristallinen Bereich des α-Typs.
In diesem Fall ist die IWR als Bruchteil des kristallinen Bereichs des γ-Typs definiert, der nach einem Verfahren von R.F. Stepaniak erhalten wird, das im "Journal of Applied Polymer Science", Vol. 23, 1747-1757, 1979, beschrieben ist. Die Auftrennung eines Röntgenbeugungspeaks wird mit dem Mehrfachpeakauftrennungsprogramm des RAD-C-Systems von der Firma Rigaku Denki Co., Ltd. und einem Computer durchgeführt.

Im Falle von Polyester

Im allgemeinen zeigt Polyester drei Hauptreflexe am Äquator, wie es in Figur 11 gezeigt ist.
Von der Seite der kleineren Winkel her sind drei Hauptreflexe der Ebene (100), (010) bzw. (110) innerhalb des Bereichs 2θ = 17º bis 26º abgebildet. Eine Grundlinie ist als Gerade definiert, die zwei Punkte auf einer Kurve der Beugungsintensität miteinander verbindet, die 2θ = 7º und 2θ = 35º entsprechen. Die Beugungsintensität ist definiert als die Lange einer von jedem Peak zur Grundlinie gezogenen senkrechten Linie. Wenn H&sub1; die Beugungsintensität in dem Tal zwischen Ebene (010) und Ebene (110) ist und H&sub2; die Beugungsintensität des Peaks von (110) ist, wird die Kristallwachstumsrate (IWR) durch die folgende Formel ausgedrückt.
Je näher der Wert von IWR bei 1 liegt, desto höher ist die Kristallwachstumsrate. H&sub3; ist die maximale Beugungsintensität der Ebene {(010) + (110)}.

(E) Kristallperfektionsindex

Im Falle von Polyamid

Eine durch ein Meßverfahren gemäß der ACS (scheinbaren Kristallgröße) erhaltene Kurve der Röntgenbeugungsintensität wird als Messung des Kristallperfektionsindex verwendet.
Ein verwendetes Verfahren zur Gewinnung der ACS ist zum Beispiel ein Verfahren, bei dem eine Gleichung von Scherrer verwendet wird, die in Kapitel 7 von "X-ray diffraction of high polymer", L.E. Alexander, Verlag Kagaku Dojin Shuppan, beschrieben ist.
Eine Grundlinie ist als Gerade definiert, die zwei Punkte auf einer Kurve der Beugungsintensität miteinander verbindet, die 2θ = 7º und 2θ = 35º entsprechen. Eine senkrechte Linie wird zwischen einem Peakpunkt auf der Kurve der Beugungsintensität und der Grundlinie angeordnet, und ein Mittelpunkt wird auf der Hälfte der senkrechten Linie markiert. Eine horizontale Linie, die durch die Mitte verläuft, wird gegen die Kurve der Beugungsintensität beschrieben. Wenn die beiden Hauptreflexe eindeutig voneinander getrennt sind, kann die horizontale Linie zwei Schultern kreuzen, die dem Peak auf der Kurve der Beugungsintensität entsprechen, aber wenn die Auftrennung schlechter ist, kann die horizontale Linie nur eine Schulter kreuzen. Die Breite der horizontalen Linie zwischen zwei Kreuzungspunkten wird gemessen. Wenn die horizontale Linie nur eine Schulter kreuzt, wird der Abstand zwischen einem Kreuzungspunkt und dem Mittelpunkt gemessen, und der erhaltene Wert wird mit 2 multipliziert. Die Linienbreite ist als ein Wert definiert, den man erhält, wenn man den obigen Wert jeweils in einen Radiantausdruck umwandelt. Die Linienbreite wird weiterhin nach dem folgenden Verfahren korrigiert.
β = [B² - b²]
wobei B für die nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessene Linienbreite steht, b für die Brodning-Konstante steht und eine Linienbreite eines Reflexpeaks der Ebene (111) eines Si-Einkristalls ist, die in einen Radiantausdruck umgewandelt wurde, d.h. eine Halbwertsbreite.
Die scheinbare Größe eines Mikrokristalls wird durch die folgende Gleichung erhalten:
ACS (10&supmin;¹&sup0; m (Å)) = kλ/B cosθ
Ein Verfahren von Dismore und Statton wird verwendet, um den Kristallperfektionsindex (CPI) zu erhalten.
Der CPI kann nach der folgenden Gleichung erhalten werden:
CPI (%) = [Reflexabstand der Ebene (100)/Reflexabstand der Ebene {(010) + (110)} - 1] x (100/A)
wobei A 0,189 ist.
Je näher der Wert des CPI bei 100 liegt, desto größer ist die Perfektion des Kristalls.

(F) Anzahl der Kräuselungen

Eine Messung der Anzahl von Kräuselungen wird gemäß JIS L 1015 unter Verwendung einer Photographie, wie sie in Figur 1(A) gezeigt ist, durchgeführt.
Wenn man die auf einen Wickel gewickelten gekräuselten Filamente längere Zeit so, wie sie sind, unter hoher Spannung stehen läßt, besteht die Gefahr, daß die Anzahl der Kräuselungen und die Dehnbarkeit der Kräuselungen scheinbar geringer werden, so daß sie keinen wahren Wert zeigen. Entsprechend werden die gekräuselten Filamente in den Kräuselungsmessungen der vorliegenden Erfindung 5 min lang mit kochendem Wasser bei 98ºC wärmebehandelt, und dann läßt man sie 24 h lang in einem Raum mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit stehen (Temperatur von 20ºC ± 2º, relative Feuchtigkeit von 65% ± 2%). Die feuchtigkeitskonditionierten Filamente werden mit 2 mg/(g pro 9000 m) (2 mg/d) belastet, um die Anzahl der Kräuselungen pro 2,54 cm (1 inch) zu messen.
Im Hinblick auf die Ungleichmäßigkeit der Proben werden für jede Probe zehn Punkte gemessen, um einen Mittelwert zu erhalten.

(G) Dehnbarkeit der Kräuselungen

Aus Filamenten wird unter Verwendung eines Zählrads mit einem Umfang von 1,125 m ein kleiner Strang mit 20 Windungen gebildet. Der erhaltene Strang wird ohne Belastung 5 min lang mit kochendem Wasser bei 98ºC wärmebehandelt, und dann läßt man ihn 24 h lang in einem Raum mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit stehen (Temperatur von 20ºC ± 2º, relative Feuchtigkeit von 65% ± 2%). Die feuchtigkeitskonditionierten Filamente werden mit 2 mg/(g pro 9000 m) (2 mg/d) belastet, und eine Minute später wird die Länge l&sub1; des Strangs gemessen. Dann wird der kleine Strang mit 0,1 g/(g pro 9000 m) (0,1 g/d) belastet, und eine Minute später wird die Länge l&sub2; des Strangs gemessen. Die Dehnbarkeit der Kräuselungen wird wie folgt ausgedrückt:
Dehnbarkeit der Kräuselungen = l&sub2; - l&sub1;/l&sub2; x 100 (%)
Im Hinblick auf die Ungleichmäßigkeit der Proben werden für jede Probe zehn Punkte gemessen, um einen Mittelwert zu erhalten.

(H) Kräuselfestigkeit

Die Probe, bei der die Dehnbarkeit der Kräuselungen gemessen wurde, wird mit 250 mg/(g pro 9000 m) (250 mg/d) belastet, und eine Minute später wird die Belastung entfernt. Anschließend wird die Dehnbarkeit der Kräuselungen erneut gemessen. Wenn der erstere und der letztere Wert der Dehnbarkeit der Kräuselungen CE&sub1; bzw. CE&sub2; sind, kann die Kräuselfestigkeit durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
Kräuselfestigkeit = CE&sub2;/CE&sub1; x 100 (%)
Vorausgesetzt, die Kräuselfestigkeit ist nicht kleiner als etwa 60%, gibt es in der Praxis keinerlei Schwierigkeiten.

(I) Kräuselungsbildungsverhältnis unter Belastung

Dies ist ein Verfahren zur Messung der Kraft, die die Kräuselung unter einer Belastung erzeugt. Aus Filamenten wird unter Verwendung einer Wickelspule mit einem Umfang von 1,0 m ein Strang mit 8 Windungen gebildet, der gefaltet wird, um einen Strang mit einer Länge von 50 cm zu erhalten. Der Strang wird zuerst mit 0,1 mg/(g pro 9000 m) (0,1 mg/d) belastet, indem man ein Belastungsgewicht verwendet, und dann wird das Gewicht nacheinander auf 0,2 mg/(g pro 9000 m) (0,2 mg/d) bis 1,6 mg/(g pro 9000 m) (1,6 mg/d) mit Abständen von 0,2 mg/(g pro 9000 m) (0,2 mg/d) erhöht. Bei diesem Test wird der Strang in heißes Wasser eingetaucht, das auf 60ºC ± 1ºC temperiert ist. Die Länge 1 (cm) des Strangs nach 1 Minute seit der Zeit, wann der Strang in das heiße Wasser eingetaucht wurde, wird gemessen, und das Kräuselungsbildungsverhältnis wird durch die folgenden Gleichung erhalten:
Kräuselungsbildungsverhältnis = 50 - l/50 x 100 (%)

(J) Ungleichmäßigkeit der Faseroberfläche

Unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops wird die Oberfläche der Faser nach einem bekannten Verfahren bei einer Vergrößerung von 2000 Durchmessern photographiert.

(K) Grad der Unregelmäßigkeit der Form

Der Grad der Unregelmäßigkeit der Form eines Filaments mit einem trilobalen Querschnitt wird durch die folgenden Gleichung erhalten:
Grad der Unregelmäßigkeit der Form = b/a,
wobei a für den Durchmesser eines Kreises steht, der den konkaven Teilen in einem Querschnitt eines Filaments einbeschrieben ist, und b für den Durchmesser eines Kreises steht, der den konvexen Teilen in einem Querschnitt eines Filaments umbeschrieben ist.

(L) Bewertung der Teppicheigenschaften

Eine Bewertung der Eigenschaften eines Teppichs ist eine Bewertung, die durch eine visuelle Untersuchung und eine Handhabungsuntersuchung durch einen Experten durchgeführt wird, sowie eine Bewertung, die in der Japanese Carpet Inspection Associates (Foundation) gemäß JIS L 1021 durchgeführt wird.

Ausführungsform 1

Ein Nylon 66, das im wesentlichen aus einem Polyhexamethylenadipamid mit einer relativen Viskosität ηrel von 2,9 besteht, wird unter Verwendung einer in Figur 6 gezeigten Spinn- und Kräuselungsvorrichtung versponnen. Die relative Viskosität wird unter Verwendung einer 1%igen Lösung in 95%iger H&sub2;SO&sub4; gemessen. Eine rechteckige Spinndüse mit 68 Löchern mit trilobaler Form in gleichen Abständen mit drei Schlitzen mit einer Länge von 0,70 mm und einer Breite von 0,15 mm wird als Spinndüse verwendet.
Nylon 66 wird mit einer Extrusionsgeschwindigkeit von 9,8 g/min -Loch bei einer Spinntemperatur von 300ºC extrudiert und mit einer Geschwindigkeit von 600 m/min als Multifilament mit 1000 g/9000 m (1000 d) herausgenommen.
Ein Wärmeisolationsrohr des nichtbeheizten Typs mit einer Länge von 20 cm wird so angeordnet, daß es mit einer Spinnfläche der Spinndüse an einem unteren Teil der Spinndüse dicht verbunden wird. Das Multifilament wird durch Kühlluft gekühlt, die mit einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s aus einer Luftkammer geblasen wird und eine Temperatur von 20ºC hat.
Von einer Richtung, die der Blasrichtung der Kaltluft entgegengesetzt ist, wird Wasser durch die in Figur 6 gezeigte getrennte Düse auf eine Seite der Filamente aufgetragen, um eine asymmetrische Kühlung durchzuführen. Die Menge des auf das Filament aufgetragenen Wassers beträgt etwa 30 Gew.-%. Dann wird ein Öl durch eine Ölzufuhrdüse auf das Filament aufgetragen, und dann wurden die Multifilamente durch eine Aufnahmerolle mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 6000 m/min und einer Temperatur von 200ºC kontinuierlich einer Strahlstauchdüse zugeführt, um die Filamente einer Kräuselungsbehandlung zu unterziehen. Beim Aufnehmen wird das Multifilament nicht gestreckt. Bei der Kräuselungsbehandlung wird ein erhitztes und komprimiertes Gas mit einer Temperatur von 250ºC und einem Druck von 4,9 bar (5 kg/cm²) verwendet.
Das gekräuselte Multifilament wird abgekühlt und dann mit einer Wickelgeschwindigkeit von 5100 m/min zu einem käseartigen Wickel aufgewickelt, und ein Relaxationsverhältnis des Multifilaments von etwa 15% wird verwendet.
Eigenschaften der verschiedenen gekräuselten Multifilamente mit einer statistischen Kräuselung, die durch Ändern der Position einer Wasserauftragungswalze gegenüber der Spinnfläche der Spinndüse erhalten wurden, sind in Tabelle 1 gezeigt. In Tabelle 1 können die Eigenschaften des Multifilaments vor der Auftragung der Kräuselungsbehandlung erhalten werden, indem man ein Multifilament mißt, das direkt von der Aufnahmerolle auf einen käseartigen Wickel aufgewickelt wird.
Dann werden die Eigenschaften des gekräuselten Multifilaments in dem Fall, daß ein Teppich aus dem gekräuselten Multifilament hergestellt wird, miteinander verglichen. Das Multifilament mit (1150 g/9000 m) pro 68 f (1150 d/68 f) in Beispiel 1 bis 6 erhält jeweils eine S-Zwirnung von 40 T/Meter, drei verzwirnte Multifilamente werden gedoppelt, und die gedoppelten Multifilamente erhalten jeweils eine Zwirnung von 40 T/Meter, so daß man ein Tuftgarn erhält. Schlingenteppiche mit einem Gewicht pro Flächeneinheit von 750 g/m² werden hergestellt, indem man das Tuftgarn unter den Bedingungen einer Florlänge von 6 mm und 2,9 Stichen/cm (7,4 Stichen/inch) durchsticht. Die erhaltenen Teppiche werden mit einem gebrauchsfertigen Drei-Primärfarben-Farbstoff eingefärbt, d.h. einem Farbstoff, der mit Tectilon Yellow 4R, Tectilon Red 2B und Tectilon Blue 4G von der Firma Ciba Geigy gemischt ist.
Ein aus dem gekräuselten Multifilament Nr. 6 hergestellter Teppich weist eine Fehlordnung der Florreihen und eine schlechtere Bauschigkeit auf und kann nicht als kommerzielles Produkt verwendet werden.
Aus den gekräuselten Multifilamenten Nr. 1 bis 5 hergestellte Teppiche haben eine gute Ausrichtung der Flore und eine überlegene Bauschigkeit.
Die Teppiche aus den gekräuselten Multifilamenten Nr. 1 bis 5 haben ein Kompressionsverhältnis von 41 bis 42%, einen Kompressionsmodul von 90 bis 91% und ein Dickenreduktionsverhältnis unter 10 000maligen dynamischen Belastungsoperationen von jeweils 14 bis 15% und führen zu einem ausreichend guten Verhalten als Teppich.
Ein gekräuseltes Multifilament aus Nylon 66, das durch Behandeln eines gekräuselten Multifilaments aus Nylon 66 mit einer in dem Japanischen Geprüften Patent Nr. 58-30423 offenbarten Injektionsbehandlungsvorrichtung unter Bedingungen erhalten wurde, unter denen derselbe Wert der Dehnbarkeit der Kräuselungen wie bei dem gekräuselten Multifilament von Beispiel 2 erhalten werden kann, wird als Vergleichsbeispiel hergestellt, und das Kräuselungsbildungsverhältnis der gekräuselten Multifilamente von Beispiel Nr. 2 und dem Vergleichsbeispiel wird gemessen.
Figur 12 zeigt eine Beziehung zwischen dem Kräuselungsbildungsverhältnis und einer an das Multifilament angelegten Belastung für die beiden Multifilamente.
Wie in Figur 12 gezeigt, hat das gekräuselte Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung ein sehr viel höheres Kräuselungsbildungsverhältnis als das herkömmliche gekräuselte Multifilament. Tabelle 1
Nr. 6 ist ein Vergleichsbeispiel.

Ausführungsform 2

Diese Ausführungsform 2 zielt darauf ab, die Verteilung des Doppelbrechungsindex eines in Ausführungsform 1 erhaltenen gekräuselten Multifilaments zu messen.
Verschiedene gekräuselte Multifilamente werden nach demselben Verfahren wie in Ausführungsform 1 hergestellt, außer daß ein Nylon 66 mit einer relativen Viskosität ηrel von 2,6 bei einer Temperatur von 295ºC unter Verwendung einer Spinndüse mit Spinnlöchern mit einem Durchmesser von 0,35 mm versponnen wird.
Eigenschaften der erhaltenen gekräuselten Multifilamente sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Nr. 6 ist ein Vergleichsbeispiel.

Ausführungsform 3

Ein Multifilament aus Nylon 66, das aus Filamenten von 20 d aufgebaut ist, wird nach demselben Hochgeschwindigkeitsspinnverfahren wie bei Ausführungsform 1 hergestellt.
Die Beziehung zwischen der Spinngeschwindigkeit und der Extrusionsgeschwindigkeit pro Loch ist wie folgt:
Spinngeschwindigkeit: Extrusionsgeschwindigkeit pro Loch: 3000 m/min 12,0 g/min Loch;
Spinngeschwindigkeit: Extrusionsgeschwindigkeit pro Loch: 4000 m/min 12,4 g/min Loch;
Spinngeschwindigkeit: Extrusionsgeschwindigkeit pro Loch: 5000 m/min 11,1 g/min Loch;
Spinngeschwindigkeit: Extrusionsgeschwindigkeit pro Loch: 6000 m/min 13,3 g/min Loch;
Spinngeschwindigkeit: Extrusionsgeschwindigkeit pro Loch: 7000 m/min 15,6 g/min Loch.
Wasser wird an einer Position 200 cm unterhalb einer Spinndüse durch das getrennte Düsensystem auf das Multifilament aufgetragen. Eine Wasserauftragswalze ist nämlich an einer Position unterhalb der Oberfläche der Spinndüse angeordnet. Die Spinngeschwindigkeit wird von 3000 m/min auf 7000 m/min geändert. Die Temperatur des Filaments, auf das Wasser aufgetragen wird, kann im obigen Bereich der Spinngeschwindigkeiten etwa 170ºC bis 180ºC betragen. Dann wird ein Öl mit einer Ölzufuhrdüse auf das Filament aufgetragen, und das Multifilament wird nicht gestreckt, sondern direkt einer in Figur 6 gezeigten Strahlstauchvorrichtung zugeführt, und das Multifilament erfährt dieselbe Kräuselungsbehandlung wie in Ausführungsform 1, aber das Relaxationsverhältnis des Multifilaments beträgt etwa 15.
Wenn in der vorliegenden Ausführungsform Spinngeschwindigkeiten von 3000 m/min und 4000 m/min verwendet werden, wird die Walze 7 in Figur 6 auf 150ºC erhitzt, und die Multifilamente werden mit einem Streckverhältnis von 1,8 bzw. 1,4 gestreckt. Die Streckoperation wird nicht angewendet, wenn die Spinngeschwindigkeiten von 5000 m/min, 6000 m/min und 7000 m/min verwendet werden.
Eigenschaften der erhaltenen gekräuselten Multifilamente sind in Tabelle 3 gezeigt.
Die Beispiele Nr. 6 bis 8 in Tabelle 3 sind Vergleichsbeispiele, die ohne eine asymmetrische Kühloperation unter Auftragung einer wäßrigen Flüssigkeit erhalten wurden, und die Filamente der Beispiele Nr. 2 bis Nr. 5 haben eine Verteilung, bei der der Doppelbrechungsindex abweicht.
Der Grad der Unregelmäßigkeit der Form eines Querschnitts jedes Filaments liegt in dieser Ausführungsform zwischen 1,7 und 1,8, und daher ist die Querschnittsform jedes Filaments trilobal.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, weist das gekräuselte Multifilament, das durch Auftragen einer wäßrigen Flüssigkeit bei einer Spinngeschwindigkeit von 4000 m/min oder mehr gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, eine überlegene Bildung und Festigkeit der Kräuselung auf, und das Filament hat keine unregelmäßige Oberfläche und besitzt eine überlegene Transparenz. Tabelle 3
Nr. 1, 6, 7 und 8 sind Vergleichsbeispiele.

Ausführungsform 4

Diese Ausführungsform 4 zielt darauf ab, die Verteilung des Doppelbrechungsindex eines in Ausführungsform 3 erhaltenen gekräuselten Multifilaments zu messen.
Verschiedene gekräuselte Multifilamente werden nach demselben Verfahren wie in Ausführungsform 3 hergestellt, außer daß ein Nylon 66 mit einer relativen Viskosität ηrel von 2,6 bei einer Temperatur von 295ºC unter Verwendung einer Spinndüse mit Spinnlöchern mit einem Durchmesser von 0,35 mm versponnen wird.
Eigenschaften der erhaltenen gekräuselten Multifilamente sind in Tabelle 4 gezeigt.
Wie in Tabelle 4 gezeigt, weist das gekräuselte Multifilament, das durch Auftragen einer wäßrigen Flüssigkeit bei einer Spinngeschwindigkeit von 4000 m/min oder mehr gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, eine überlegene Kräuselung und Kräuselfestigkeit auf, und das Filament hat keine unregelmäßige Oberfläche. Tabelle 4
Nr. 1, 6, 7 und 8 sind Vergleichsbeispiele.

Ausführungsform 5

In dieser Ausführungsform werden mehrere Behandlungstemperaturen in einer Strahlstauchvorrichtung für die Multifilamente von Beispiel Nr. 3 und Vergleichsbeispiel Nr. 6 in Ausführungsform 1 verwendet, um eine Kräuselungsbehandlung anzuwenden, wie sie in Tabelle 5 gezeigt ist. Ein konstanter Druck von 4,9 bar (5 kg/cm²) wird als Druck eines erhitzten und komprimierten Gases verwendet.
Eigenschaften der erhaltenen gekräuselten Multifilamente sind in Tabelle 5 gezeigt.
Wie in Tabelle 5 gezeigt, kann bei Verwendung einer Behandlungstemperatur von 150ºC oder mehr ein überlegenes gekräuseltes Multifilament erhalten werden. Tabelle 5
Nr. 1, 6 und 7 sind Vergleichsbeispiele.

Ausführungsform 6

Ein Nylon 6, das im wesentlichen aus einem Polycaproamid mit einer relativen Viskosität ηrel von 3,2 besteht, wird unter Verwendung einer in Figur 6 gezeigten Spinn- und Kräuselungsvorrichtung versponnen. Die relative Viskosität wird unter Verwendung einer 1%igen Lösung in 95%iger H&sub2;SO&sub4; gemessen. Das Nylon 6 wird aus einer Spinndüse mit 68 Löchern mit Durchmessern von 0,35 mm bei einer Temperatur von 290ºC extrudiert, und ein Multifilament mit 1000 g/9000 m (1000 d) wird gesponnen und mit einer Geschwindigkeit von 6000 m/min herausgenommen. Ein weiteres Beispiel für Multifilamente wird gesponnen und herausgenommen, indem man eine Spinndüse mit 68 Löchern mit trilobaler Form aus drei Schlitzen mit derselben Länge von 0,70 mm und derselben Breite von 0,15 mm verwendet. Die Extrusionsgeschwindigkeit des Nylon 6 beträgt 9,8 g/min Loch.
Ein Heizrohr mit einer Länge von 20 cm und einer Innentemperatur von 200ºC wird an einem unteren Teil der Spinndüse angeordnet, und das Multifilament wird durch Kühlluft mit einer Temperatur von 20ºC und einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s gekühlt, die aus einer Kühlluftkammer geblasen wird.
Wasser wird an einer Position 250 cm unterhalb der Spinndüse durch die in Figur 6 gezeigte getrennte Düse auf eine Seite der Filamente, die eine Temperatur von 155ºC haben, aufgetragen, um eine asymmetrische Kühlung durchzuführen. Die Menge des auf das Filament aufgetragenen Wassers beträgt etwa 20 Gew.-%. Dann wird ein Öl durch eine Ölzufuhrdüse auf das Filament aufgetragen, und dann werden die Multifilamente durch eine Aufnahmerolle mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 6000 m/min und einer Temperatur von 180ºC kontinuierlich einer Strahlstauchdüse zugeführt, um die Filamente einer Kräuselungsbehandlung zu unterziehen. Beim Aufnehmen wird das Multifilament nicht gestreckt. Die Behandlungsbedingungen sind in diesem Fall eine Temperatur von 230ºC, ein Druck von 4,9 bar (5 kg/cm²) und ein Relaxationsverhältnis von 9%. Das erhaltene gekräuselte Multifilament weist eine statistische Kräuselung auf.
Eigenschaften der verschiedenen gekräuselten Multifilamente sind in Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6

Ausführungsform 7

Ein Polyethylenterephthalat mit einer Grenzviskosität η von 0,62 wird mit der in Figur 6 gezeigten Spinnmaschine unter Verwendung einer Spinndüse mit 24 Löchern mit einem Durchmesser von 0,35 mm bei einer Temperatur von 300ºC versponnen. Ein Heizrohr aus einem Aluminiumgehäuse, in das ein Heizer eingebettet ist und das einen Innendurchmesser von 12 cm und eine Länge von 25 cm hat, befindet sich in einem solchen Zustand, daß zwischen der Spinnfläche der Spinndüse und dem Heizrohr am unteren Teil der Spinndüse keine Lücke entsteht, und die Temperatur des Heizers wird auf 250ºC festgelegt.
Das aus dem Heizrohr austretende Multifilament wird mit Kühlluft mit einer Temperatur von 20ºC und einer Geschwindigkeit von 0,30 m/s gekühlt, die von einer seitlich gelegenen Kühlluftkammer her eingeblasen wird, und Wasser von Raumtemperatur wird in einer Menge von 40 Gew.-% des Multifilaments auf das Multifilament aufgetragen, um eine asymmetrische Kühlung durchzuführen. Die Stelle der durch die Auftragung des Wassers bewirkten asymmetrischen Kühlung befindet sich 50 cm unterhalb der Spinnfläche der Spinndüse. Die Temperatur des Multifilaments an dieser Stelle beträgt etwa 180ºC bis 190ºC in einem in Tabelle 7 gezeigten Bereich der Spinngeschwindigkeiten.
Auf das asymmetrisch gekühlte Multifilament wird weiterhin ein Öl aufgetragen, so daß man ohne Strecken ein Multifilament mit (50 g/9000 m) pro 24 f (50 d/24 f) erhält, das dann aufgewickelt wird. In dieser Ausführungsform werden verschiedene Spinngeschwindigkeiten verwendet, wie es in Tabelle 7 gezeigt ist.
Die Position des Einschnürungspunkts, der bei der Spinnoperation auftritt, wird von der Spinndüse aus gemessen und ist ein Wert, der gemessen wird, wenn kein Wasser aufgetragen wird. Die Messungen werden mit einem Durchmesserinstrument des Typs 460 Ω/2 von der Firma Zimmer GmbH und Beobachtung mit dem bloßen Auge durchgeführt, und die nach beiden Verfahren erhaltenen Werte sind identisch.
Wenn das Wasser aufgetragen wird, wird in allen Fällen bestätigt, daß die Einschnürung an einer Stelle 50 cm unterhalb der Spinnfläche der Spinndüse entsteht. Weiterhin wird bestätigt, daß alle durch Auftragung des Wassers erhaltenen Multifilamente eine Verteilung aufweisen, bei der der Doppelbrechungsindex exzentrisch ist, aber vor der Anwendung der Wärmebehandlung weisen die Multifilamente noch keine Kräuselung auf.
Dann erfahren die Multifilamente eine Kräuselungsbehandlung ohne Strecken mit der in Figur 7 gezeigten Vorrichtung. Die Walzen 7 und 7' werden nicht erhitzt und haben in diesem Fall eine konstante Umfangsgeschwindigkeit von 3000 m/min. Erhitzte und komprimierte Luft mit einer Temperatur von 240ºC und einem Druck von 2,0 bar (2 kg/cm²) wird von einer Strahlstauchdüse her zugeführt. Eine Beziehung zwischen der Walze 7' und einer Walze 11 wird so bestimmt, daß das Siedeschrumpfverhältnis des erhaltenen gekräuselten Multifilaments etwa 1% oder weniger beträgt.
Die IWR des Multifilaments vor der Anwendung der Kräuselungsbehandlung und die Eigenschaften des gekräuselten Multifilaments sind in Tabelle 7 gezeigt.
Eine Ungleichmäßigkeit der Oberfläche des gekräuselten Multifilaments tritt nicht auf, und die Oberfläche ist bei dem gekräuselten Multifilament in dieser Ausführungsform glatt.
Wie in Tabelle 7 gezeigt, hat das gekräuselte Polyestermultifilament gemäß der vorliegenden Erfindung eine überlegene Kräuselung und Kräuselfestigkeit im Einklang mit der vorhandenen Exzentrizität. Tabelle 7
Nr. 5 bis 8 sind Vergleichsbeispiele ohne Wasserzufuhr.

Ausführungsform 8

Bei dieser Ausführungsform wird ein gekräuseltes Polyestermultifilament zu Stapelfasern geschnitten, und aus der Stapelfaser wird ein gesponnenes Garn hergestellt.
In der Ausführungsform 7 wird eine rechteckige Spinndüse mit 250 Löchern verwendet, die durch Anordnen von 50 Löchern in einer Lochreihe mit einem Abstand von jeweils 6 mm und Anordnen von 5 Lochreihen mit einem Abstand von 6 mm dazwischen aufgebaut ist. Ein Heizrohr mit einer in Längsrichtung gemessenen Länge von 35 cm und einer seitlichen Länge von 15 cm im Querschnitt und einer Länge von 25 cm wird an einer Stelle unterhalb der Spinnfläche der Spinndüse angeordnet.
Ungekräuseltes Multifilament mit (500 g/9000 m) pro 250 f (500 d/250 f) wird unter denselben Bedingungen wie bei Nr. 2 unter Verwendung einer Spinngeschwindigkeit von 6000 m/min und Nr. 6 in Tabelle 7, die der Ausführungsform 7 entspricht, gesponnen.
Die Auftragung des Wassers erfolgt mit einem in Figur 9(A) gezeigten Walzensystem unter Verwendung einer Walze mit einem Durchmesser von 3 cm und einer Länge von 35 cm. Dann erfährt das erhaltene ungekräuselte Multifilament dieselbe Wärmebehandlung, wie sie bei Ausführungsform 7 verwendet wurde, so daß man ein gekräuseltes Multifilament erhält.
Die beiden erhaltenen gekräuselten Multifilamente werden zu Stapelfasern geschnitten, die ein verschobenes Stapelschnittdiagramm der Faserlängen zwischen 80 mm und 110 mm haben. Diese Stapelfasern werden einer Walzenkarde mit einem Durchmesser von 152 cm (60") zugeführt, um einen Kardierungstest mit den erhaltenen Stapelfasern durchzuführen.
Eine Kardierungsoperation wird bei der Stapelfaser, die Nr. 2 der Ausführungsform 7 entspricht, ohne Schwierigkeiten durchgeführt, und man kann ein Spinnband erhalten, in dem keine Noppen gebildet werden. Aus diesem Spinnband wird ein gesponnenes Garn mit 1/40 Nm gesponnen.
Die Stapelfaser, die Nr. 6 der Ausführungsform 7 entspricht, kann nicht in einer Karde verarbeitet werden, da am Ausgang des Preßzylinders der Karde viel Strangöffnerabfall entsteht.

Ausführungsform 9

Diese Ausführungsform entspricht der Ausführungsform 7, außer daß eine Faser mit einem unregelmäßig geformten Querschnitt verwendet wird.
In diesem Fall hatte die Spinndüse 24 Löchern mit trilobaler Form aus drei gleichen Schlitzen mit einer Länge von 0,28 mm und einer Breite von 0,06 mm.
Dieselben Spinnbedingungen wie in Ausführungsform 7 werden verwendet, und die Messung des bei dem Spinnvorgang erzeugten Einschnürungspunkts erfolgt durch Beobachtung mit dem bloßen Auge.
Eigenschaften des gekräuselten Polyestermultifilaments sind in Tabelle 8 gezeigt. Der Grad der Unregelmäßigkeit der Form liegt zwischen 1,8 und 1,9. Tabelle 8
Nr. 5 bis 8 sind Vergleichsbeispiele ohne Wasserzufuhr.

Ausführungsform 10

Das Polyethylenterephthalat wird unter denselben Bedingungen gesponnen wie in Ausführungsform 7, eine asymmetrische Kühlung und eine Auftragung von Öl werden angewendet, und dann wird mit einer Spinngeschwindigkeit von 6500 m/min ohne Strecken ein Multifilament aufgenommen. Die Wasserauftragung erfolgt durch das in Figur 9(B) gezeigte Düsensystem, und Wasser von Raumtemperatur wird in einer Menge von 100 Gew.-% der Faser auf diese aufgetragen. Die Stelle, wo die asymmetrische Kühlung angewendet wird, wird für die Beispiele auf verschiedene Positionen festgelegt.
Der Durchmesser des Filaments ändert sich bei allen Beispielen an der Stelle, an der Wasser aufgetragen wird, und so wird die Bildung der Einschnürung bestätigt.
Das Multifilament, auf das Wasser aufgetragen wurde, weist eine exzentrische Verteilung des Doppelbrechungsindex und keine Kräuselung auf.
Nach der Auftragung des Wassers erfährt das Multifilament eine kontinuierliche Kräuselungsbehandlung unter Verwendung der in Figur 6 gezeigten Behandlungsvorrichtung ohne Aufnahmeoperation, so daß man ein gekräuseltes Multifilament mit (50 g/9000 m) pro 24 f (50 d/24 f) erhält. Bei dieser Behandlung unter Verwendung einer Strahlstauchdüse werden eine Temperatur von 250ºC und ein konstanter Druck von 3,9 bar (4 kg/cm²) verwendet, und das Relaxationsverhältnis wird so bestimmt, daß das Siedeschrumpfverhältnis des gekräuselten Multifilaments etwa 1% oder weniger beträgt. Die IWR des Multifilaments vor der Anwendung der Kräuselungsbehandlung und die Eigenschaften des gekräuselten Multifilaments sind in Tabelle 9 gezeigt.
Eine Ungleichmäßigkeit der Oberfläche des gekräuselten Multifilaments tritt nicht auf, und die Oberfläche ist bei dem gekräuselten Multifilament in dieser Ausführungsform glatt.
Wie in Tabelle 9 gezeigt, hat das gekräuselte Polyestermultifilament gemäß der vorliegenden Erfindung eine überlegene Kräuselung und Kräuselfestigkeit. Weiterhin weist dieses gekräuselte Polyestermultifilament das Merkmal auf, daß sein Initialmodul gering ist. Aufgrund des obigen Merkmals kann aus diesem gekräuselten Polyestermultifilament ein Gewirk erhalten werden, das eine weiche und bauschige Handhabung erlaubt. Tabelle 9
Nr. 5 ist ein Vergleichsbeispiel.

Ausführungsform 11

Ein gekräuseltes Multifilament wird unter denselben Bedingungen wie bei Nr. 2 in Tabelle 9 hergestellt, was Beispiel 10 entspricht, außer daß die Menge des auf das Filament aufgetragenen Wassers geändert wird, wie es in Tabelle 10 gezeigt ist. In dem Beispiel in der obigen Nr. 2 wird Wasser mit einer Temperatur von 200ºC auf das Filament aufgetragen.
Eigenschaften des erhaltenen gekräuselten Multifilaments sind in Tabelle 10 gezeigt. Tabelle 10

Gewerbliche Verwertbarkeit

Ein gekräuseltes Multifilament gemäß der vorliegenden Erfindung hat als kontinuierliches Filament eine überlegene Transparenz und Bauschigkeit, und wenn die gekräuselten Multifilamente für einen Teppich oder einen Velours verwendet werden, kann ein haltbares Produkt erhalten werden, das sich erstklassig anfühlt. Wenn das gekräuselte Multifilament als Stapelfaser verwendet wird, gibt es mit der Kardierungsverarbeitbarkeit und Spinnbarkeit keine Schwierigkeiten, und so ist es möglich, diese Stapelfaser mit einem anderen Material, wie Wolle oder Baumwolle, zu mischen.
Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist beim Spinnvorgang und Kräuselungsvorgang des gekräuselten Multifilaments keine Schwierigkeiten auf, und so kann das gekräuselte Multifilament leicht mit hoher Geschwindigkeit hergestellt werden; entsprechend besitzt das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Produktivität und einen äußerst großen industriellen Wert.

Claims

1. Dreidimensionales gekräuseltes Multifilament, das aus einem thermoplastischen Polymer besteht, wobei der an einer äußeren Schicht eines das Multifilament aufbauenden Filamehts gemessene Doppelbrechungsindex größer ist als der an einem mittleren Teil des Filaments gemessene Doppelbrechungsindex und das Filament eine Verteilung hat, bei der die Stelle mit dem kleinsten Wert des Doppelbrechungsindex von der Mittelachse des Filaments abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament statistische Kräuselungen (20) in einer Anzahl von wenigstens 3,9 Kräuselungen pro cm (10 Kräuselungen pro inch) aufweist.

2. Gekräuseltes Multifilament gemäß Anspruch 1, bei dem es sich um ein gekräuseltes Polyamidmultifilament handelt, das aus einem Polyamidpolymer besteht, wobei das Filament, das das Multifilament aufbaut, eine durch Röntgenweitwinkeldiffraktometrie gemessene Kristallwachstumsgeschwindigkeit von 0,2 oder mehr hat.

3. Gekräuseltes Polyamidmultifilament gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Filaments, das das Multifilament aufbaut, kreisförmig ist und der Unterschied des Doppelbrechungsindex zwischen einer äußeren Schicht und einer inneren Schicht des Filaments zwischen 5 x 10&supmin;³ und 45 x 10&supmin;³ liegt.

4. Gekräuseltes Polyamidmultifilament gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Röntgenweitwinkeldiffraktometrie gemessene Kristallwachstumsgeschwindigkeit 0,25 oder mehr beträgt.

5. Gekräuseltes Polyamidmultifilament gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament statistische Kräuselungen (20) in einer Anzahl von wenigstens 4,7 Kräuselungen pro cm (12 Kräuselungen pro inch) aufweist.

6. Gekräuseltes Polyamidmultifilament gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Filaments glatt ist.

7. Gekräuseltes Polyamidmultifilament gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyamid ein Polyhexamethylenadipamid verwendet wird und der durch Röntgenweitwinkeldiffraktometrie gemessene Kristallperfektionsindex 70% oder mehr beträgt.

8. Gekräuseltes Multifilament gemäß Anspruch 1, bei dem es sich um ein gekräuseltes Polyestermultifilament handelt, das aus einem Polyesterpolymer besteht, wobei das Filament, das das Multifilament aufbaut, eine durch Röntgenweitwinkeldiffraktometrie gemessene Kristallwachstumsgeschwindigkeit von 0,4 oder mehr hat.

9. Gekräuseltes Polyestermultifilament gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Filaments, das das Multifilament aufbaut, kreisförmig ist und der Unterschied des Doppelbrechungsindex zwischen einer äußeren Schicht und einer inneren Schicht des Filaments zwischen 20 x 10&supmin;³ und 100 x 10&supmin;³ liegt.

10. Gekräuseltes Polyestermultifilament gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Röntgenweitwinkeldiffraktometrie gemessene Kristallwachstumsgeschwindigkeit 0,5 oder mehr beträgt.

11. Polyesterstapelfaser, die aus einem gekräuselten Multifilament gemäß Anspruch 8 besteht.

12. Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Polyamidmultifilaments gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7 durch Schmelzverspinnen eines Polyamids, wobei das aus einer Spinndüse (2) extrudierte Multifilament asymmetrisch durch Aufbringen einer wäßrigen Flüssigkeit auf eine Seite des Multifilaments soweit abgekühlt wird, bis die Temperatur eines Filaments, das das Multifilament aufbaut, 100ºC oder mehr beträgt, und dann mit einer Spinngeschwindigkeit von 4000 m/min oder mehr herausgenommen wird und das aufgenommene Multifilament mit einem Streckverhältnis zwischen 1,0 und 1,5 gestreckt wird und dann einer Flüssigkeitsinjektionsbehandlung bei einer Temperatur von 150ºC oder mehr unterzogen wird.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Flüssigkeit solange auf die eine Seite des Multifilaments aufgebracht wird, bis sich das Filament auf 130ºC oder darüber abgekühlt hat.

14. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Flüssigkeit auf die eine Seite des Multifilaments aufgebracht wird, das sich in einem Zustand befindet, bei dem die Filamente, die das Multifilament aufbauen, voneinander getrennt sind.

15. Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Polyamidmultifilaments gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7 durch Schmelzverspinnen eines Polyamids, wobei das aus einer Spinndüse (2) extrudierte Multifilament asymmetrisch durch Aufbringen einer wäßrigen Flüssigkeit auf eine Seite des Multifilaments soweit abgekühlt wird, bis die Temperatur eines Filaments, das das Multifilament aufbaut, 100ºC oder mehr beträgt, und dann mit einer Spinngeschwindigkeit von 5000 m/min oder mehr herausgenommen wird und dann einer Flüssigkeitsinjektionsbehandlung bei einer Temperatur von 150ºC oder mehr unterzogen wird.

16. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsinjektionsbehandlung bei einer Temperatur von 180ºC oder mehr durchgeführt wird.

17. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Operation des Herausnehmens und die Flüssigkeitsinjektionsbehandlung kontinuierlich durchgeführt werden.

18. Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Polyestermultifilaments gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 durch Schmelzverspinnen eines Polyesters, wobei das aus einer Spinndüse (2) extrudierte Multifilament asymmetrisch durch Aufbringen einer wäßrigen Flüssigkeit auf eine Seite des Multifilaments soweit abgekühlt wird, bis die Temperatur eines Filaments, das das Multifilament aufbaut, 150ºC oder mehr beträgt, und dann mit einer Spinngeschwindigkeit von 5000 m/min oder mehr herausgenommen wird und das aufgenommene Multifilament mit einem Streckverhältnis zwischen 1,0 und 1,5 gestreckt wird und dann einer Wärmebehandlung unter Relaxation bei einer Temperatur von 150ºC oder mehr unterzogen wird.

19. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Flüssigkeit solange auf die eine Seite des Multifilaments aufgebracht wird, bis sich das Filament auf 200ºC oder darüber abgekühlt hat.

20. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Flüssigkeit auf die eine Seite des Multifilaments aufgebracht wird, das sich in einem Zustand befindet, bei dem die Filamente, die das Multifilament aufbauen, im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind.

21. Verfahren zur Herstellung eines gekräuselten Polyestermultifilaments gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 durch Schmelzverspinnen eines Polyesters, wobei das aus einer Spinndüse (2) extrudierte Multifilament asymmetrisch durch Aufbringen einer wäßrigen Flüssigkeit auf eine Seite des Multifilaments soweit abgekühlt wird, bis die Temperatur eines Filaments, das das Multifilament aufbaut, 150ºC oder mehr beträgt, und dann mit einer Spinngeschwindigkeit von 5000 m/min oder mehr herausgenommen wird und dann einer Wärmebehandlung unter Relaxation bei einer Temperatur von 150ºC oder mehr unterzogen wird.

22. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung unter Relaxation eine Flüssigkeitsinjektionsbehandlung ist.

23. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Operation des Herausnehmens und die Wärmebehandlung unter Relaxation kontinuierlich durchgeführt werden.