DE69108785T2

DE69108785T2 - Verfahren zur Herstellung von Polyester-Monofilen.

Info

Publication number: DE69108785T2
Application number: DE69108785T
Authority: DE
Inventors: William Amdor Chantry; Amy Gray Roberson; Taracad Kirshnan Venkatachalam
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-06-14
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2011-06-14
Also published as: JPH04232102A; MX170422B; KR920000998A; CA2044394A1; CN1057302A; BR9102420A; ATE121021T1; AU7826391A; DE69108785D1; EP0461900B1; EP0461900A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft Verbesserungen hinsichtlich der Verarbeitung eines Polyester-Monofilaments von hoher Viskosität. Getauchte Schnüre und Reifen und weitere Artikel, die solche Monofilamente umfassen, und insbesondere Artikel, die mit solchen Monofilamenten verstärkt sind, können hergestellt werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Polyesterfilamente sind bereits seit mehreren Jahrzehnten käuflich erhältlich und werden weithin für viele Bekleidungsund technische Endanwendungen bevorzugt. Praktisch alles aus dieser kommerziellen Produktion bestand aus Poly(ethylenterephthalat)-Filamenten, die manchmal als 2G-T bezeichnet werden, obschon weitere Ethylenterephthalat-Polymere bereits vorgeschlagen wurden und einige hergestellt und kommerziell eingesetzt wurden.
Für viele existierende Hochfestigkeitsanwendungen, die manchmal als industriell oder technisch bezeichnet werden, um sie von den Anwendungen in normaler Bekleidung zu unterscheiden, war das Polymer von hoher relativer Viskosität. Eine solche Viskosität wird hier als LRV gemessen. Solche hohen LRV-Werte waren etwa 25 oder höher. Dies wurde auch als hohe Intrinsicviskosität in einem Bereich von etwa 0,7 bis 1,2 bezeichnet.
Der größte Teil der kommerziellen Produktion von Polyesterfilamenten bestand im allgemeinen aus Multifilamenten, d.h. aus Multifilament-Endlosgarnen oder Spinnfasergarnen (ersponnen beispielsweise aus dem Baumwollsystem, aus geschnittenem Stapel). Diese waren von relativ niedrigem dpf (Denier pro Filament), im allgemeinen in einem Bereich von etwa 1 bis 6 dpf. Dies war sogar der Fall für industrielle Endanwendungen, wie die Verstärkung von Reifen, wenn hohe Festigkeit erforderlich war. Im Gegensatz zu Multifilamenten von niedrigem dpf, wurde eine kleine Menge von Filamenten mit höherem dpf hergestellt und als Einzelfilamente (Monofilamente) verwendet, z.B. für Borsten und zum Einweben in Sortierer für Papiermaschinen und weitere Spezialanwendungen. Es wurde jedoch angenommen, daß diese in der Praxis bisher aus Polyester von normaler Viskosität hergestellt wurden.
Wenn hochviskose technische Polyester-Multifilamentgarne zur Verstärkung von Kautschuk in Reifen eingesetzt wurden, so wurden sie beispielsweise gedreht und zu Schnüren gefacht. Die tatsächliche Festigkeit, zu der die Verstärkungsschnüre in den fertigen Kautschukartikeln beitragen, lag beträchtlich unter den höheren Werten, die an den vorherigen einzelnen industriellen Niedrigdenier-Filamenten und -Garnen gemessen wurden. Mit anderen Worten kann die Messung solcher Eigenschaften an solchen vorherigen Niedrigdenier-Filamenten und -Garnen einen irreführenden Eindruck davon geben, wieviel Verstärkung später durch die Schnur in einem Reifen, insbesondere nach den Wärmebehandlungen, die währen der Reifenherstellung üblich sind, bereitgestellt wird. Dies ist alles seit langem bekannt.
So wird von einigen Forschern seit langem die Herstellung zufriedenstellender Polyester-Filamente von hoher Festigkeit von viel höherem Denier, z.B. von eintausend bis mehreren tausend Denier (d.h. ein dtex in der Größenordnung von etwa 1 000 bis etwa 10 000 oder mehr im metrischen System) gewünscht. Es wird angenommen, daß diese höheren Deniers im allgemeinen hoch genug sind, daß zur Kautschukverstärkung die einzelnen Filamente als solche anstelle von Multifilamenten mit niedrigerem Denier, die gedreht oder anderweitig zu Garnen und Schnüren kombiniert werden müssen, verwendbar sind. So werden diese Filamente mit höherem Denier im Gegensatz zu den Multifilamenten als Monofilamente bezeichnet. Besonders wünschenswert war es bisher, verstärkende Monofilamente aus Polyester von hoher Viskosität zur Verwendung in Reifen und für weitere verstärkte Artikel herzustellen. In der Praxis führten bis jetzt die bisherigen Anstrengungen nicht zur Bereitstellung von Verfahren zur Herstellung von kommerziell annehmbaren verstärkenden Monofilamenten aus hochviskosem Polyester, ganz abgesehen von Reifen, die mit solchen Monofilamenten verstärkt sind.
Beispielsweise offenbarten Konrad et al. in der U.S.-Patentschrift Nr. 3 963 678 Polyester-Monofilamente unter Anwendung eines relativ langsamen Verfahrens (weniger als 200 ypm), das wünschenswerterweise langsam gehalten wurde, um das gewünschte Doppelbrechungsprofil zu erhalten, während Morris et al. in der U.S.-Patentschrift Nr. 4 098 864 ein weiteres relativ langsames Dämpfungsverfahren offenbaren, das eine ausreichende Verweilzeit des Dampfes erforderte, um wirksam zu sein. Bei diesem Verfahren wird ein ungestrecktes nichtkristallines dehnbares lineares Polyethylenterephthalat mit Dampf behandelt und gleichzeitig bei einem Streckverhältnis von 1,5:1 bis 4:1 gestreckt und weiter zu einem Aggregat- Streckverhältnis von 4:1 bis 10:1 gestreckt. Es werden gestreckte Monofilamente mit Schlingenfestigkeitswerten von wenigstens 2,5 g/Denier erhalten.
Eine wichtige Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung hochviskoser Polyester-Monofilamente bereitzustellen, das kommerziell entwicklungsfähig ist. Mehrere neue Verfahrensgesichtspunkte werden hier bereitgestellt. Die Eigenschaften von getauchten Schnüren aus Multifilamentgarnen wurden bisher im allgemeinen als Richtlinie für die Leistung in Reifen angewendet. Was bis jetzt die Eigenschaften der Produkte betrifft, so ist ihre maximale Leistung in Reifen von großer Wichtigkeit, und diesbezüglich war die Knotenfestigkeit eine Schwachstelle in den bisherigen Produkten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß umfaßt ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eins Monofilaments die Stufen Schmelzspinnen, Luftspalt-Wasserkühlen, Strecken und Aufwickeln des gestreckten Monofilaments. Bei einem solchen Verfahren wird das Monofilament mit schwerem Denier nach dem Kühlen in wenigstens einer ersten und zweiten Streckstufe im allgemeinen bis zu einem Gesamtstreckverhältnis von wenigstens 5,5X gestreckt. Das gekühlte Filament wird in der ersten Streckstufe durch einen Dämpfer geleitet, der mit Hochtemperaturdampf unter superatmosphärischem Druck beschickt wird, und einer weiteren Streckstufe zugeführt, während es mit kontaktloser trockener Wärme erhitzt wird. Ein solches Verfahren ist bis jetzt dem ähnlich, was von Morris offenbart worden ist. Somit werden die wichtigen Unterschiede im Vergleich zu Morris hier besonders betont. Beispielsweise begrenzte Morris sein Erststufen-Dampfstreckverhältnis auf ein Maximum von 4,0X und betonte die Vorteile, es so zu begrenzen und die Probleme beim Überschreiten von 4,0X.
Im Gegensatz dazu ist das erfindungsgemäße Verfahren gekennzeichnet durch ein Strecken des Monofilaments in einer solchen ersten Stufe in einer Dampfzone bei einem Streckverhältnis von wenigstens etwa 4,5X. Dies ist ein wichtiger Unterschied. Ein niedrigeres Streckverhältnis in dieser ersten (Dampfbehandlungs)-Streckstufe führt zu geringeren Reißlängen als sie erfindungsgemäß gewünscht sind.
Die Dampfbehandlung wird vorzugsweise durchgeführt, indem das ungestreckte Monofilament in eine Zone eingeführt wird, die gesättigten Dampf unter hohem Druck, wie wenigstens 120 psig (entsprechend etwa 925 kPa und einer Kondensationstemperatur von etwa 176 ºC),vorzugsweise wenigstens 150 psig (entsprechend etwa 1130 kpa und einer Kondensationstemperatur von etwa 186 ºC) enthält, so daß das Monofilament durch den Dampf erhitzt wird, der bei den entsprechend hohen Kondensationstemperaturen kondensiert. Morris verwendete seinen Dampfdruck als Weg, um Dampfströme bei beträchtlichen Dampf-Aufprallgeschwindigkeiten gegen das Monofilament zu richten. Wir haben die Dampfströme nicht so gerichtet, daß sie auf unsere ungestreckten Filamente auftreffen. Wir haben unsere Monofilamente in eine Atmosphäre oder Zone von superatmosphärischem Dampf eingeführt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden unsere Erststufen-Streckwalzen auf eine Temperatur von wenigstens etwa 140 ºC, insbesondere auf wenigstens etwa 180 ºC erhitzt. Morris erhitzte solche Streckwalzen nicht. Es wird angenommen, daß dieses Erhitzen wichtig ist, um ein hohes Streckverhältnis und dementsprechend eine hohe Reißlänge während des weiteren Streckens zu erzielen.
Gemäß zweier bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird unsere weitere Streckstufe in mehr als einem Schritt durchgeführt, und ein großer Teil unserer weiteren Streckung wird vorzugsweise in einem ersten solchen Schritt (d.h. des weiteren Mehrstufenstreckvorgangs) durchgeführt. Wenn das Weiterstrecken in nur zwei Schritten durchgeführt wird, z.B. zwei Durchgänge durch eine beheizte Streckzone, so wird vorzugsweise mehr als 50 % des weiteren Streckens in dem ersten dieser zwei Schritte durchgeführt. Wenn jedoch mehr als zwei Schritte in der weiteren Streckstufe durchgeführt werden, so werden vorzugsweise wenigstens 40 % eines solchen weiteren Streckens in dem ersten derartigen Schritt durchgeführt. Ferner ist der letzte Schritt dieser Stufe vorzugsweise als Temperstufe (noch unter hoher Spannung) statt als Streckstufe bedeutend, d.h. es wird wenig Weiterstreckung erreicht, vorzugsweise weniger als 10 % eines solchen Weiterstreckens in dem letzten Schritt dieser Stufe. Bei einem solchen Weiterstrecken wird eine kontaktlose Heizung, wie ein Strahler, bevorzugt. In dieser Stufe wird das Monofilament, während es sich unter hoher Spannung befindet, einer sehr hohen Temperatur, vorzugsweise von wenigstens 600 ºC, insbesondere im Bereich von 700-900 ºC ausgesetzt, um seine Reißlänge zu erhöhen und seine Schrumpfung zu verringern. Wie später gezeigt, kann diese Mehrschritt-Streckstufe üblicherweise in mehreren Durchgängen durch dieselbe Heizvorrichtung durchgeführt werden. Dieses Weiterstrecken unterscheidet sich in mehreren Hinsichten von demjenigen von Morris.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird unser gestrecktes Monofilament auf beheizten Temperwalzen getempert, bevor es aufgewickelt wird, um seine Schrumpfung zu verringern. Morris verwendete solche beheizten Walzen nicht. Solche Temperwalzen sollten wunschenswerterweise auf eine Temperatur von etwa 100 bis 250 ºC aufgeheizt werden, um diese Verringerung der Schrumpfung zu erzielen, und vorzugsweise auf wenigstens etwa 140 ºC und bis zu etwa 200 ºC, insbesondere auf einen Bereich von etwa 160-180 ºC.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird unser gestrecktes Monofilament vorzugsweise mit relativ niedriger Wickelspannung aufgewickelt, z.B. im Bereich von 100-200 g, was erreicht werden kann, indem ein geeigneter Typ von Konstantspannungswickler, z.B. ein spindelbetriebener Konstantspannungswickler, bei einer angemessen niedrigeren Geschwindigkeit verwendet wird, um ein Herablassen zwischen den Temperwalzen und dem Docken bereitzustellen. Dies wird von Morris nicht vorgeschlagen.
Ein geeignetes Monofilament aus Ethylenterephthalat-Polymer ist eines, das eine hohe Intrinsicviskosität im Bereich von etwa 0,7 bis 1,2 aufweist, wobei das genannte Monofilament ein Denier von wenigstens etwa 1 000, eine Reißlänge von wenigstens etwa 5,5 gpd, vorzugsweise von wenigstens etwa 7 gpd, eine Dehnung (d.h. eine Reißdehnung) von wenigstens etwa 15 %, ein Modul von wenigstens etwa 80 gpd und eine Schrumpfung unter trockener Hitze bei 177 ºC (DHS) von etwa 3,5 % oder weniger und vorzugsweise sogar noch niedriger, weniger als etwa 3 % oder etwa 2,5 % oder weniger, besitzt. Es wird bevorzugt, daß die Monofilamente eine Knotenfestigkeit von wenigstens etwa 4 gpd besitzen. Ferner ist es wichtig, daß die Monofilamente gut an Kautschuk haften, wie gezeigt durch eine Haftung von wenigstens 50 lbs, vorzugsweise in der Größenordnung von 60-65 lbs oder mehr.
Vorzugsweise besitzt ein solches Monofilament einen rechteckigen Querschnitt mit einem Breite-zu-Dicke-Verhältnis von größer als etwa 2,0 und einem Modifizierungsverhältnis von größer als etwa 2,0. Vorzugsweise sollte entweder eines oder beide von solchen Verhältnissen größer sein als etwa 3,0, insbesondere wenn Monofilamente von höherem Denier innerhalb des vorgenannten Bereiches hergestellt werden.
Solche Monofilamente sind besonders geeignet als Verstärkung insbesondere für Kautschukartikel wie Reifen. Zur Verwendung als Reifenverstärkung, wie hier bereits angedeutet, wurden mehrere Multifilamentgarne zusammengeführt und zu Schnüren geformt (die ein viel höheres Denier als die Garne besitzen). Diesen Schnüren wird im allgemeinen ein Vorhaft-Überzug und ein Kautschuk-Haftüberzug verliehen, und sie werden heißverstreckt und gehärtet und werden im allgemeinen in diesem Zustand als getauchte Schnüre bezeichnet. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Monofilamente brauchen nicht gedreht und zusammengeführt werden, um zu Schnüren mit höherem Denier geformt zu werden, da sie bei dem Denier hergestellt werden können, das demjenigen entspricht, welches für die mögliche Verstärkung erforderlich ist. Dies stellt deutliche Verarbeitungs- und Produktvorteile für die Monofilamente gegenüber Multifilamentgarnen bereit, wobei letztere im allgemeinen mit niedrigerem Denier als es für die Schnüre erforderlich ist, die zur Verstärkung von Kautschuk verwendet werden, hergestellt werden müssen. Monofilamente können jedoch in anderer Hinsicht durch geeignetes Überziehen, Heißverstrecken und Härtenähnlich verarbeitet werden, so daß diese Bezeichnung "getauchte Schnüre" hier für solche beschichteten, heißverstreckten, gehärteten Monofilamente verwendet wird, die zur Kautschukverstärkung gebrauchsfertig sind.
Solche Monofilamentschnüre zeigen ein außergewöhnliches Gleichgewicht der Eigenschaften einschließlich einer Kombination von hohem Modul und geringer Schrumpfung, das manchmal als Dimensionsstabilität bezeichnet wird, jedoch auch mit einer guten Knotenfestigkeit, einer guten Haftung und guten Biegeeigenschaften. Die bevorzugten neuen Schnüre sind gekennzeichnet durch eine Reißlänge von wenigstens etwa 6 gpd, eine Dehnung von wenigstens etwa 10 % und vorzugsweise in der Größenordnung von 15 % (d.h. 14-16 %) oder mehr, durch einen Ausgangsmodul von wenigstens etwa 100 gpd, eine Knotenfestigkeit von wenigstens 3 gpd und eine Schrumpfung unter trockener Hitze bei 177 ºC (DHS) von weniger als etwa 4,5 %, vorzugsweise weniger als etwa 2 %, durch eine geeignete Vorbeschichtung als Unterschicht, insbesondere von PAPI-Epoxy (eine Unterschicht, die ein Gemisch ist von polyaromatischem Polyisocyanat mit einem Epoxy-Polymer), die aufgetragen worden ist, und eine geeignete Deckschicht, insbesondere ein Gemisch von Resorcin, Formaldehyd und Latex, oder ein anderer geeigneter Kautschuk-Klebstoff, im allgemeinen in einer Menge von etwa 0,5 bis 10 Gew.-%, wobei es jedoch selbstverständlich ist, daß sich die Zugeigenschaften auf ein tauchfreies Denier beziehen.
Die Monofilamente sind bei pneumatischen Gürtelreifen geeignet, insbesondere für Passagier- und Lastwagenreifen. Solche Reifen werden normalerweise bis auf wenigstens 20 psi und im allgemeinen auf viel höhere Drücke aufgepumpt. Der Test der Gürtelreifen auch bei niedrigeren Drücken zeigt an, daß die Monofilamente bis zu etwa 10 psi immer noch eine angemessene Haltbarkeit besitzen.
Geeignete pneumatische Gürtelreifen, z.B. für Personenwagen oder Leichtlastwagen, umfassen wenigstens ein Paar Wulstteile und wenigstens eine Karkassenlegung, die um die genannten Wulstteile gewickelt ist, worin jede Karkassenlegung eine gummierte Schicht aus tragenden Ethylenterephthalat-Polymer- Monofilamenten, vorzugsweise von länglicher Form umfaßt, worin das genannte Monofilament gekennzeichnet ist durch ein Denier von wenigstens etwa 1 000, insbesondere von wenigstens etwa 2 000-10 000 und durch eine Reißlänge von wenigstens etwa 6 gpd, vorzugsweise von etwa 7,5 gpd oder mehr, mit einer Dehnung von wenigstens etwa 10 %, einem Ausgangsmodul von wenigstens etwa 100 gpd und einer Knotenfestigkeit von wenigstens 3 gpd. Solche Monofilamente sind im allgemeinen nicht gedreht oder im wesentlichen ungedreht. Ein Vorteil von solchen Reifen stellt ihr geringes Aufpumpwachstum dar, ein Maß für die Dimensionsstabilität, vorzugsweise von weniger als etwa 1 %.
Während sich die Monofilamente zur Verstärkung von Schnüren für Reifen als geeignet erwiesen haben, wird auch erwartet, daß sie bei einer Vielzahl von weiteren Kautschukanwendungen, wie als Keilriemen, Schläuche und Förderbänder, geeignet sind. Ferner wird erwartet, daß sie auch bei Nichtkautschukanwendungen, wie als Seile, Kabel, Papiermaschinen-Siebtücher, Filtrier-Textilflächen und weitere Anwendungen, die für Polyester-Monofilamente vorgeschlagen worden sind, geeignet sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine schematische Erläuterung einer bevorzugten Apparaturanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 2 ist eine graphische Auftragung der Schrumpfung gegen den Modul, um zu zeigen, wie die Dimensionsstabilität der getauchten Schnüre, die Monofilamente umfassen, hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren, sich mit weiteren getauchten Schnüren vergleichen, wie im folgenden beschrieben.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme auf Figur 1 wird ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben, wobei Poly(ethylenterephthalat)-Polymer von hoher Viskosität bei einem kontinuierlichen Schmelzspinn- und Streckverfahren verwendet wird, um ein längliches Monofilament bereitzustellen. Obwohl das Erspinnen eines einzelnen Monofilamentes beschrieben ist, ist es selbstverständlich, daß die Technik abgeändert werden kann, um die Bearbeitung von mehr als einem bereitzustellen.
Ein solches Monofilament 11 wird aus einer geeigneten Öffnung in einer Spinndüse, die im allgemeinen als 10 bezeichnet wird, durch einen Luftspalt 12 in ein Wasserbad 13, das das heiße Monofilament abkühlt, schmelz-ersponnen und wird aus dem Wasserbad 13 durch die Abziehwalzen 15 nach einem Wender 14, wie einer Luftdüse, herausgezogen, um überschüssiges Wasser aus dem abgeschreckten Monofilament 11 zu entfernen, und wird zu einer Speisewalzenanordnung 16 befördert. Wegen der Zweckmäßigkeit kann die Länge (und Dauer) der Passage durch das Wasserbad 13 eingestellt und kontrolliert werden, indem eine gekrümmte Oberfläche 13A, wie eine gekrümmte Platte, um die herum das Monofilament 11 die Richtung ändert, bereitgestellt wird, was bedeutet (nicht gezeigt), daß die Lage von Oberfläche 13A variiert. Die Abziehwalzen 15 werden angetrieben und kontrollieren die Spannung auf dem Monofilament 11, wenn es aus der Spinndüse 10 durch Luftspalt 12 und Wasserbad 13 hindurchläuft. Die Speisewalze 16 ist der Beginn des Streckvorgangs, der im folgenden beschrieben ist, und somit wird sie vorzugsweise ebenfalls separat angetrieben, um das Streckverhältnis während der ersten Streckstufe genau zu kontrollieren.
Das Monofilament durchläuft die erste Streckstufe, die ein Erhitzen mit Dampf in Dämpfer 18 durch die Streckwalzen 21, die angetrieben werden und das Monofilament mit einer Geschwindigkeit, die höher ist als diejenige der Speisewalzen 16, weiterbefördern, umfaßt, wobei das Verhältnis solcher Geschwindigkeiten das Erststufen-Streckverhältnis ist. Es ist wünschenswert, ein hohes Erststufenstreckverhältnis anzuwenden, um die Reißlänge des eventuellen gestreckten Monofilaments zu erhöhen. Dies ist ein wichtiger Unterschied gegenüber Morris. Unsere Anwendung eines derart hohen Erststufen-Streckverhältnisses, mehr als etwa 4,5X, wird durch die verschiedenen hier beschriebenen Techniken erleichtert, die das Vorerhitzen des Monofilaments durch eine frei wählbare kontaktlose Vorheizvorrichtung 17 einschließen, bevor das Monofilament in den Dämpfer eintritt, der im allgemeinen mit 18 bezeichnet wird, und indem Dampf bei hohen Drücken verwendet wird, um entsprechend hohe Kondensationstemperaturen bereitzustellen. Die Streckwalzen 21 werden ebenfalls vorzugsweise erhitzt, beispielsweise in einem isolierten Streckbehälter, der bei der gewünschten Temperatur gehalten wird. Falls gewünscht, kann das Monofilament nach dem Dämpfer 18 durch eine weitere Luftablenkung 19 weitergeleitet werden, um oberflächliches Wasser zu entfernen. Die Streckwalzen 21 verhalten sich wie die Speisewalzen für das Zweitstufenstrecken.
Das Zweitstufenstrecken wird vorzugsweise bei einer höheren Temperatur (als diejenige des Dampfstreckens in der ersten Stufe) durchgeführt. Dies wird zweckmäßigerweise durchgeführt, indem eine kontaktlose Heizung 22 (in Tabelle 1 als Ofen 22 bezeichnet), wie ein Heizstrahler, bei einer viel höheren Temperatur verwendet wird und indem das Monofilament durch eine solche Heizung 22 mehr als einmal (mehrere Durchgänge), mit zunehmenden Geschwindigkeiten, durch Angetriebswalzen, die im allgemeinen mit 23 bezeichnet sind, befördert wird. Drei solcher Walzen sind insbesondere als 23A, 23B und 23C gezeigt und liegen außerhalb der Heizvorrichtung 22, wie gezeigt, und werden mit zunehmenden Geschwindigkeiten angetrieben, um das stufenweise weitere Strecken bereitzustellen, und schließlich die Temperwalzen 24. Das Verhältnis der Geschwindigkeit von Temperwalzen 24 zu der Geschwindigkeit von Streckwalzen 21 ist das Streckverhältnis in der weiteren Streckstufe. Aus diesen Verhältnissen der Geschwindigkeiten der jeweils aufeinanderfolgenden Walzen 23 und zu den Geschwindigkeiten der vorhergehenden Streckwalzen 21 und der folgenden Temperwalzen 24 können die Streckverhältnisse in den verschiedenen Stufen dieser mehrstuf igen weiteren Streckstufe berechnet werden. Es sollte selbstverständlich sein, daß die Anzahl von Durchgängen durch Heizvorrichtung 22 wie gewünscht variiert werden, indem beispielsweise eine geeignete Anzahl von Walzen 23 verwendet wird, um dies zu erreichen.
Das gestreckte Monofilament verläuft sodann von den Temperwalzen 24 zu Docke 25, die vorzugsweise bei einer konstanten Spannung angetrieben wird, die relativ niedrig ist, so daß ein Herablassen von den Temperwalzen bereitgestellt wird.
Der besondere in den Beispielen verwendete Polyester war Poly(ethylenterephthalat), jedoch können weitere Ethylenterephthalat-Polymere auf Wunsch verwendet werden. Typischerweise werden Monofilamente einer Intrinsicviskosität von größer als 0,7 bevorzugt, um die hohe Festigkeit und die sehr haltbaren Filamente, die für Reifen und für derartige gleiche Verstärkungszwecke gewünscht sind, bereitzustellen. Die optimale Viskosität wird gemäß dem Bedarf und den erhaltenen Ergebnissen ausgewählt. Bisher wurde eine bessere Festigkeit erzielt, wenn die Viskosität vergrößert wurde, jedoch vergrößerte ein Ansteigen der Viskosität die Kosten und oft die Verarbeitungsschwierigkeit, z.B. beim Spinnen. Für die Dimensionsstabilität im Hinblick auf die geringe Schrumpfung kann eine Viskosität von etwa 0,85 bis etwa 0,95, wie es im folgenden ersichtlich ist, bevorzugt sein. Eine zweckmäßige Temperatur der Schmelze liegt im allgemeinen bei 285 -310 ºC.
Das Kühlwasserbad befindet sich vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 35-90 ºC, insbesondere im Bereich von 50 bis 80 ºC. Es wurde gefunden, daß geeignete Luftspalte 15 bis 30 in. (etwa 35 bis 90 cm) betrugen. Die Spannung in Luftspalt und Kühlbad wird im allgemeinen minimiert, indem der Luftspalt-Abstand eingestellt wird, um die Entwicklung einer positiven Doppelbrechung und Orientierung in der Monofilamentoberfläche vor der Ausrichtung des Filaments (durch Strecken) zu minimieren. Die Spannung jedoch sollte genügen, um für den Fadenlauf in dem Kühlbad Stabilität bereitzustellen. Vorzugsweise wird die Temperatur des gekühlten Filamentes kontrolliert, indem die Verweilzeit des Monofilaments in dem Kühlbad beispielsweise durch Vergrößern oder Verkleinern des Laufweges innerhalb des Kühlbades kontrolliert wird. Dies kann erreicht werden, indem eine Änderung der Richtungsoberfläche innerhalb des Kühlbades bereitgestellt wird, das auf verschiedene Tiefen unterhalb der Oberfläche des Kühlbades bewegt werden kann, wenn das Verfahren betrieben wird, um den Verlauf des Weges in dem Bad zu vergrößern oder zu verkleinern und um somit die Verweilzeit in dem Bad zu vergrößern oder zu verkleinern. Dadurch kann ein Ausgleich für die Schwankungen in der Qualität des Polymeren, die den Streckpunkt beeinflussen würden, bereitgestellt werden. Außerdem ist es auch vorteilhaft, die Temperatur des Kühlbades auszuwählen und/oder zu kontrollieren, um die Temperatur des gekühlten Filamentes einzustellen. Gemäß der am meisten bevorzugten Form der Erfindung wird die Kühlwassertemperatur innerhalb von 1,0 ºC kontrolliert, und die Länge des Weges des Filaments unter Wasser in dem Kühlwasser wird innerhalb von 2 in. (etwa 5 cm) kontrolliert, wenn das Verfahren unter Gleichgewichtsbedingungen betrieben wird. Dies stellt eine zweckmäßige Prozeßlenkung dar.
Nach dem Verlassen des Kühlbades wird überschüssiges Wasser auf dem Filament im allgemeinen durch einen Abzieher entfernt. Der größte Teil des Wassers wird zu diesem Zeitpunkt unter Vakuum entfernt. In einigen der Beispiele wurde nach den Speisewalzen 16 Wasser zugegeben, jedoch haben wir gefunden, daß ein solches zugegebenes Wasser nicht notwendig war, und es wurde kein deutlicher Unterschied bemerkt, wenn solches Wasser nicht zugegeben wurde.
Eine geeignete Vorheizvorrichtung 17 ist ein 24 in.-(etwa 60 cm)-Strahler, der in einem Temperaturbereich von etwa 400-900 ºC betrieben werden kann. Diese Heizvorrichtung wird im allgemeinen bevorzugt, so daß ein ausreichendes Aufheizen des Garns bereitgestellt wird, um mehr als das Erststufenstrecken zu ermöglichen. Dies kann wichtig sein, da es einen Weg bereitstellen kann, um die Reißlänge des gestreckten Monofilaments zu vergrößern.
Die Streckbedingungen der ersten Stufe werden so gewählt, daß die Wärme von dem Dampf das Strecken unterstützt, wovon angenommen wird, daß es zu einer Orientierung des Kerns beiträgt und außerdem die Oberfläche des Monofilaments im wesentlichen desorientiert und weiter hydratisiert, um die Entwicklung einer Molekularorientierung oder Doppelbrechung in der Oberfläche zu verhindern, wenn das Filament gestreckt wird. Außerdem wird angenommen, daß der Dampf die Oberfläche des Filaments aufrauht und porös macht, was eine bessere Haftung in Kautschuk ermöglicht. Diese Verbesserung in der Porosität kann gezeigt werden, indem die Farbstoffaufnahmen verglichen werden. Die Oberfläche eines zweckmäßig gedämpften Monofilaments zeigt eine schnelle Farbstoffaufnahme im Gegensatz zu nur einem sehr geringfügigen Eindringen von Farbstoff in die Oberfläche eines ungedämpften Monofilaments. Eine geeignete Dampfatmosphäre für 2G-T ist typischerweise gesättigter Dampf bei hohen Drücken, wie 100-165 psig (entsprechend etwa 800-1250 kpa und Kondensationstemperaturen von etwa 170 -190 ºC). Im Gegensatz dazu ließ Morris Dampfstrahlen auf die Oberfläche des Monofilaments aufprallen. Der Aufprall von solchen Strahlen wird nicht als so wünschenswert betrachtet wie die Verwendung einer Dampfatmosphäre. Der Streckpunkt der ersten Stufe wird vorzugsweise an einem Ort beibehalten, bevor das Filament die Hochtemperatur- Dampfheizzone der Heizvorrichtung verläßt.
Nach dem Austreten aus dem Dämpfer kann das Monofilament durch einen Luftabzieher 19 geleitet werden. Bisher haben wir keinerlei Vorteil einer Verwendung eines solches Luftabziehers bemerkt. Sodann wird das Monofilament von den Streckwalzen 21 der ersten Stufe kontaktiert. Der Streckbetrag in der ersten Streckstufe wird bestimmt durch die Geschwindigkeit der Streckwalzen der ersten Stufe in Relation zu den Speisewalzen. Die Walzen werden vorzugsweise auf eine Temperatur von 140-240 ºC, insbesondere in einem Bereich von etwa 180-210 ºC aufgeheizt.
Von den Erststufen-Streckwalzen läuft das Monofilament weiter zu einem Heizstrahler, der beim Zweitstufenstrecken eingesetzt wird. Für Polyester beträgt eine geeignete Temperatur in der Heizvorrichtung 600 bis 1000 ºC, wobei vorzugsweise eine Expositionszeit eingesetzt wird, daß die Temperatur der Filamentoberfläche wenigstens 10 ºC unterhalb des Schmelz punktes des Filaments verbleibt.
Bei dem Verfahren wird das Zweitstufenstrecken, bezeichnet als weiteres Strecken durchgeführt, so daß das Strecken des Monofilaments abläuft, während die Kerntemperatur des Filaments zunimmt. Die bevorzugte Apparatur für dieses weitere Strecken besteht in vier Durchgängen durch die Heizzone in der Heizvorrichtung, indem das Filament mittels einer kontrollierten Geschwindigkeitsänderung der Richtungswalzen 23 durch den Heizstrahler geführt wird, die das Monofilament vor und nach jedem Durchgang durch die Heizvorrichtung kontaktieren. Die Geschwindigkeiten der Richtungsänderungsrollen werden so kontrolliert, daß die Spannung auf dem Monofilament abnimmt oder gleichbleibt, wenn das Monofilament über jede dieser Richtungsänderungswalzen weiterläuft. Die Gesamtstreckung in der weiteren Streckstufe wird bestimmt durch das Verhältnis der Geschwindigkeit des letzten Paars von Walzen 24, die als Temperwalzen bezeichnet werden, in Relation zu derjenigen der Erststufenstreckwalzen 21. Der Betrag der Streckung bei jedem der Durchgänge durch die Heizvorrichtung während dieser weiteren Streckstufe wird jedoch durch die Geschwindigkeit der Walzen bestimmt, die diesen bestimmten Weg festlegen. Das Strecken in mehreren abgestuften Stufen findet während eines jeden der Durchgänge statt. Die Oberflächentemperatur in dieser weiteren Streckstufe sollte wünschenswerterweise dazu führen, daß die Monofilamentoberfläche den größten Teil ihrer Orientierung verliert und sich während dieser weiteren Stufe des Streckens nur verfeinert. Dies ist wünschenswert, um eine im wesentlichen ungerichtete Haut auf dem Monofilament zu erzielen, von der angenommen wird, daß sie eine gute Knotenfestigkeit, Haftung an Kautschuk und einen guten Dauerbiegeermüdungwiderstand ergibt. Es wird angenommen, daß die Temperatur, bei der diese Verfeinerung in Abhängigkeit vom Strecken auftritt, teilweise bestimmt wird durch die Menge der Hydratation des Oberflächenpolymeren, die in dem Erststufen-Dämpfer auftritt. Für 2G-T-Polyester wird angenommen, daß eine Oberflächentemperatur von etwa 240 ºC angemessen ist, um die gewünschte niedrige Oberflächenorientierung zu bewirken. Es wird angenommen, daß die weitere Streckstufe Vielseitigkeit bereitstellt, um eine umfangreiche Palette von unterschiedlichen Monofilament-Deniers bei verschiedenen Prozeßgeschwindigkeiten mit derselben Prozeßapparatur bereit zustellen, während für das Produkt ein optimales Streckprofil bereitgestellt wird. Eine Temperwalzen-Temperatur im Bereich von 100-250 ºC stellt ein geeignetes Verfahren zur Kontrolle der Schrumpfung und des Arbeitens bis zum Bruch des Monofilaments bereit.
Im Hinblick auf die bevorzugten Temperaturen sollte es im allgemeinen selbstverständlich sein, daß ein Monofilament ein relativ großer Körper aus einem festen Polymer ist, so daß es vielmehr Zeit erfordert, bis die Wärme eingedrungen ist, als für die Filamente mit niedrigem dpf, die bisher üblicherweise verarbeitet worden sind. Das Denier und besonders wichtig die Querschnittsdimensionen des Monofilaments und die Geschwindigkeit, mit der es bewegt wird, besitzen alle einen wichtigen Einfluß auf die Energie, die bereitgestellt werden sollte, so daß das Innere des Monofilaments richtig aufgeheizt werden kann, wenn dies die Aufgabe ist. Wenn die Geschwindigkeit erhöht wird, so wird es somit wichtig, eine ausreichend hohe Temperatur und eine ausreichende Dauer (z.B. genügend Durchgänge) bereitzustellen, um ein angemessenes Eindringen der Wärme zu bewirken. Gleichermaßen sollte, wenn die Dicke des Monofilaments und allgemeiner die Wärmekapazität zunimmt, Vorsicht walten gelassen werden, um das gewünschte Ausmaß des Erhitzens innerhalb des Körpers des Monofilaments zu erreichen.
Zur Vermeidung von Drehung ist bei der Schnurherstellung Vorsicht geboten, da die Vakuum-Schnurherstellungspistolen die Neigung zum Einfügen von Drehung besitzen. Liegt zuviel Drehung zwischen den Walzen vor, insbesondere zwischen den Durchgängen durch den Strahler, so neigt das Monofilament dazu, sich vorwärts und rückwärts zu bewegen und kann sogar aus den Umlenkwalzen wie 23 herausspringen oder kann die heißen Oberflächen kontaktieren und reißen. Eine Schnurherstellungspistole wird vorzugsweise so gehalten, daß Spannung an der Pistolenspitze aufrechterhalten wird, so daß das Drehmoment innerhalb der Pistole enthalten ist und das Monofilament außerhalb gerade (ungedreht) vorliegt. Ist ein kleiner Betrag an Drehung zu sehen, kann eine U"-Führung aus Keramik verwendet werden, um eine solche Drehung in die Pistole zu bewegen.
Das Verfahren liefert überlegene Ergebnisse im Vergleich mit denjenigen, die von Conrad oder Morris offenbart werden, und erzeugt ferner Monofilamente bei höheren Geschwindigkeiten und Umsätzen. Gemäß einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren werden Monofilamente bei einer Polymerumsatzrate von größer als 35 lbs pro Stunde pro Filament ersponnen.
Indem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, können Monofilamente hergestellt werden, die eine Reißlänge von größer als 5,5 gpd mit einem Modul von über 80 g/d und einer Knotenfestigkeit von wenigstens etwa 4 gpd besitzen. Außerdem können diese Eigenschaften erzielt werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, um 1 000-5 000-Denier- Monofilamente mit einer Umsatzrate von größer als 35 lb/h und Prozeßgeschwindigkeiten von 500 ypm oder mehr, z.B. in der Größenordnung von 500 mpm, zu erzeugen. Das Monofilament wird vorzugsweise mit länglichem Querschnitt mit einem Verhältnis von Breite zu Dicke von größer als etwa 2 hergestellt. Mit "länglich" soll Bezug genommen werden auf irgendeine einer Vielzahl von gedehnten Querschnittsformen, die umschrieben werden durch ein Rechteck, dessen Breite (größere Dimension) größer ist als seine Dicke (kleinere Dimension), wie beschrieben in der mitanhängigen EP-A-0 374 357.
Vorzugsweise ist für ein Monofilament der Querschnitt länglich, mit im allgemeinen einem rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken oder halbkreisförmigen Enden und wird somit durch Spinnen durch eine längliche oder rechteckige Spinndüse hergestellt. In Abhängigkeit von der Viskosität des Polymeren wie extrudiert, besitzt das resultierende Monofilament einen Querschnitt, der etwas von dem Querschnitt der Spinndüse abweichen und einen etwas ovalen Charakter annehmen kann, und die "flachen Flächen" können etwas konvex sein. Wie hier für die Querschnitte von Monofilamenten angewendet, soll sich länglich auf längliche Querschnitte oder auf diejenigen mit ungefähr länglichen Querschnitten beziehen. In den bevorzugten Monofilamenten, die einen länglichen Querschnitt aufweisen, ist das Breite-zu-Dicke-Verhältnis der Monofilamente, d.h. die Breite des umschriebenen Rechteckes dividiert durch die Dicke größer als etwa 2,0. Während zunehmend Vorteile verwirklicht werden, wenn das Verhältnis von Breite zu Dicke über etwa 2,0 zunimmt, wird letztlich eine praktische obere Grenze für die Monofilamente bei Anwendungen in Kautschuk erreicht, wenn der Abstand, der zwischen nebeneinanderliegenden Schnüren benötigt wird, in einem Nietenbereich von beispielsweise 35 % so groß wird, daß es zu einem ungenügenden Halt des Kautschuks zwischen den Schnüren kommt, und ein Versagen des Kautschuks eintritt. Wird das Verhältnis von Breite zu Dicke sehr groß (folienartiges Filament), so verursachen ferner hohe Scher- und Biegebelastungen schließlich ein Knicken und Spalten des Filaments. Somit ist es für das Verhältnis von Breite zu Dicke von Monofilamenten, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden, vorzuziehen, daß es 10 nicht übersteigt. Die bevorzugten erfindungsgemäß hergestellten Monofilamente besitzen eine Breite in mm von größer als etwa 0,5 mm. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Monofilamente, die größere Breiten als diese aufweisen, können bei hoher Produktivität hergestellt werden und verringern ferner die End-Titer in Stoffen, wodurch die Kosten bei der Anwendung gesenkt werden. Eine hohe Produktivität in der Herstellung ergibt sich aus dem zunehmenden Produktdenier auf dem Weg der Herstellung breiterer Filamente ohne Zunahme in der Dicke. Überraschenderweise wird angenommen, daß die Geschwindigkeit, bei der die bevorzugten, durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Monofilamente ersponnen, abgekühlt und gestreckt werden können, nur von ihrer Dicke abhängt. Daher wird angenommen, daß breitere Filamente in der Lage sind, mehr Pfunde/Stunde/Fadenlauf als schmale Filamente derselben Dicke zu erzeugen. Es wurde gefunden, daß Monofilamente, die die Vorteile von hoher Produktivität und von hohem Wert für die Kunden in gummierten Textilflächen am besten vereinigen, Breiten in mm von größer als etwa 0,5 mm besitzen.
Das Denier der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Monofilamente beträgt etwa 1 000 und kann so groß sein wie 10 000 oder mehr. Monofilamente mit einem Denier von größer als 2 000 werde bevorzugt.
Monofilamente, die durch das Verfahren hergestellt werden, besitzen eine aufgerauhte poröse Oberfläche, die durch die Streckwirkung erzeugt wird, die in der Dampfkammer stattfindet. Aufgrund der porösen Oberfläche des Monofilaments, die eine gute Haftung an Kautschuk bereitstellt, wird angenommen, daß die Monofilamente ideal für Anwendungen in Kautschuk geeignet sind.
Die Kombination von Dämpfen in der ersten Stufe und Strahlungserhitzen in der zweiten Stufe liefert ferner eine hohe Brucharbeit während des Betriebs, was zu einem verbesserten Ermüdungswiderstand und zu einer höheren Druckstempel-Energie und Berstfestigkeit in Reifen führt.

TESTVERFAHREN

Bei der Erfindung waren die verschiedenen Parameter und Messungen im allgemeinen (wenn nicht anders angegeben) so, wie in der mitanhängigen EP-A-0 374 356 und EP-A-0 374 357 und so, wie in der U.S.-Patentschrift Nr. 4 850 412 von Gupta, die hiermit als Referenz angegeben sind. Die Monofilamente wurden konditioniert und in einem Raum mit 65 % R.H. bei 72 ºF (22 ºC), wie es für konsistente und vergleichbare Messungen ratsam ist, getestet. Die getauchten Schnüre und die Reifen wurden bei 75 ºF (24 ºC) und 55 % R.H. getestet.

Verhältnis von Breite zu Dicke (WIT):

Breite und Dicke wurden mit einem Vernier-Greifzirkel gemessen. für die Breitenmessung ist es zweckmäßig, das Monofilament zu einem "V" zu falten und beide Seiten des "V" zur selben Zeit zu messen, wobei sichergestellt wird, daß der Scheitelpunkt des "V" gerade außerhalb der gemessenen Zone gehalten wird. Diese Technik trägt dazu bei, zu gewährleisten, daß das Monofilament nicht zwischen die Frontseiten der Meßinstrumente gerät und sich ein niedriger Ablesewert ergibt.

Modifizierungsverhältnis:

Das Modifizierungsverhältnis (MR) wird aus einer Photomikrographie eines Monofilamentquerschnitts gemessen, der senkrecht zu der Filamentachse genommen wird. Unter Verwendung eines Kompasses werden der kleinste Kreis, der um den Querschnitt umschrieben werden kann, und der größte Kreis, der innerhalb des Querschnittes eingeschrieben werden kann, bestimmt und die Durchmesser dieser beiden Kreise gemessen. Modifizierungsverhältnis = Durchmesser des umschriebenen Kreises/Durchmesser des eingeschriebenen Kreises. Für relativ einfache Querschnitte wie für diejenigen, die in der EP-A-0 374 357 erläutert sind, ist es klar, daß die Modifizierungsverhältnisse und Breitezu-Dicke-Verhältnisse äquivalent sind. Für kompliziertere Querschnitte können diese beiden Verhältnisse recht unterschiedlich sein.

Zugeigenschaften:

Eine Instron-Aufnahmeeinheit wird verwendet, um das Zug-Dehnungsverhalten des Monofilaments zu charakterisieren. Die Proben werden in Luft-aktivierten Instronklemmen von Typ 4-D eingeklemmt, die bei einem Druck von wenigstens 40 psi gehalten werden. Die Proben werden bis zum Bruch gedehnt, während die Monofilamentbelastung als Funktion der kontinuierlichen Dehnung gemessen wird. Die Ausgangsmeßlänge beträgt 10 in. (etwa 25 cm), und die Kreuzkopfgeschwindigkeit wird bei konstanten 12 in./Minute (etwa 30 cm/min) beibehalten. Die Zugeigenschaften für getauchte Schnüre beziehen sich immer auf tauchfreie Deniers.
Die Reißfestigkeit stellt die maximale Last dar, die vor dem Reißen der Probe erreicht wird und wird ausgedrückt in Pfund oder Kilogramm.
Die Reißlänae wird berechnet aus der Reißfestigkeit, dividiert durch das Denier (nach Korrektur für jegliche Haftung auf dem Filament) und wird ausgedrückt in Gramm pro Denier (gpd).
Die Dehnung ist die Spannung in der Probe, wenn sie reißt, ausgedrückt in Prozent.
Der Modul ist die Steigung der Tangente an den geradlinigen Teil am Anfang der Zug/Dehnungskurve, multipliziert mit 100 und dividiert durch das (tauchfreie) Denier. Der Modul wird im allgemeinen bei weniger als 2 % Dehnung aufgezeichnet.
Die Knoten-Zug-Dehnungseigenschaften (z.B. die Knotenfestigkeit) werden auf dieselbe Weise wie die geraden Zug-Dehnungseigenschaften gemessen, außer daß ein einfacher Sackstichknoten in das Monofilament etwa am Mittelpunkt der zu testenden Probe geknotet wird. Der einfache Sackstichknoten wird hergestellt, indem eine Länge des Monofilaments über sich selbst etwa am Mittelpunkt seiner Länge gekreuzt und ein Ende durch die so gebildete Schlinge gezogen wird. Da das Monofilament dazu neigt, ein Teil der Krümmung der Dockenpackung anzunehmen, wird der Knoten mit und gegen diese Krümmung an getrennten Proben geknotet und von beiden Proben der Durchschnitt genommen.
Schrumpfung unter trockener Hitze (DHS) wird bestimmt durch das Grundverfahren der ASTM D-885-85, Abschnitt 30.3, wie beschrieben in "1988 Annual Book of ASTM Standards; Bd. 07.01; Textiles, Yarns, Fabrics and General Test Methods". Insbesondere wurden die Garne auf 177 ºC in Heißluft 2 Minuten lang bei 0,05 g pro Denier Rückhaltekraft erhitzt. Die Testvorrichtung war ein "Testrite Thermal Shrinkage Oven". Die Schrumpfungen werden ausgedrückt als Prozente der ursprünglichen Längen.
Die relative Viskosität (LRV) ist ein empfindliches und genaues Maß, das das Polymer-Molekulargewicht anzeigt. Die LRV ist das Verhältnis der Viskosität einer Lösung von 0,8 g des Polymeren, aufgelöst bei Raumtemperatur in 10 ml Hexafluorisopropanol, enthaltend 100 ppm Schwefelsäure, zu der Viskosität der Schwefelsäure, enthaltend Hexafluorisopropanol selbst, beides gemessen bei 25 ºC in einem Kapillar- Viskosimeter. Die Verwendung von Hexafluorisopropanol als Lösungsmittel ist insofern wichtig, da es die Auflösung bei der festgelegten Temperatur erlaubt und dadurch eine Polymerzersetzung vermeidet, die normalerweise angetroffen wird, wenn Polyester bei erhöhten Temperaturen aufgelöst werden. Die LRV-Werte von 38 und 44 entsprechen in etwa den Intrinsicviskositätswerten von 0,90 bzw. 0,95, wenn die Intrinsicviskosität bei 25 ºC in einem Lösungsmittel gemessen wird, das aus einem Gemisch von Trifluoressigsäure und Methylenchlorid (25/75, Volumen) besteht.
Denier - Eine 90-cm-Probe des Monofilaments wird abgewogen. Das Denier wird als Gewicht einer 9 000 m langen Probe in Gramm berechnet. Für jede getestete Probe werden drei Deniermessungen vorgenommen und der Durchschnitt wird als das Denier für die Probe verwendet.

Haftung (heiß 2-Lagen-Haftungstest mit 2lagigen Streifen)

Der angewendete Test war derselbe wie der ASTM-Test D-4393-85; durch Strap Peel Adhesion of Reinforcing Cords of Fabrics to Rubber Compounds (Seiten 1133-1142; 1985 Annual Book of ASTM Standards, Abschnitt 7, Bd. 7.01) mit einigen Abänderungen. Die spezielle angewendete Abänderung bestand darin, einzelne Monofilament-Reifenschnüre zu testen, die einzelfädig getaucht worden waren. Der eingesetzte Ausgangskautschuk war eine Kombination von natürlichem Kautschuk (80 Gew.-%), Styrolbutadienkautschuk (20 Teile), N351-Ruß (35 Teile) plus kleinere Mengen von weiteren üblichen Bestandteilen. Die getauchten Reifenschnüre wurden gedreht, so daß nebeneinanderliegende Schnüre direkt aneinanderstießen. Beispielsweise erforderte eine getauchte 4 000-Denier- Schnur etwa 23 Einzelfäden pro in. Nach dem Einbetten der Schnüre in die Kautschukgrundlage wurde die Probe bei 160 ºC ± 2 ºC 20 Minuten bei einem Druck von 1 340 kPa gehärtet. Da eine Heißhaftung erforderlich war, wurden die Proben in dem Instron-Ofen bei 120 C ± 2 ºC 25 ± 5 Minuten lang vor dem Test erhitzt. Die Trennkraft wurde auf die Angabe 1 (Mittellinie zwischen Maximum und Minimum der Trennkraft) bezogen. Es wurden vier Proben pro Kette getestet und die Ergebnisse als Durchschnittskraft in Pfund pro in. angegeben.

Tauchfreies Denier

Um dies zu bestimmen, wird zunächst der Betrag der Haftung an einer Schnur bestimmt, indem (1) eine mit Klebstoff behandelte Probe abgewogen wurde, die in kurze (1 in. oder weniger) Abschnitte geschnitten worden ist, (2) anschließend der Polymerteil der geschnittenen Probe vorsichtig in einem geeigneten Lösungsmittel (z.B. Trifluoressigsäure und Methylenchlorid-Gemisch) aufgelöst wird, (3) nach Spülen und Trocknen das Gewicht des nicht aufgelösten Klebstoffes gemessen wird, und der Klebstoff in Prozent wird auf der Schnur berechnet. Das Denier einer getauchten Schnur kann anschließend korrigiert werden, um das tauchfreie Denier zu ergeben.
Die tauchfreien Deniers in Tabelle 2 wurden jedoch bestimmt, indem ähnliche Tauch- und Heizstreckvorgänge wie für dieselben getauchten Schnüre, jedoch ohne eine der festgelegten Tauchungen (Klebstoffe) durchgeführt wurden, und statt dessen nur Wasser anstelle der Grund- und Deckschichtklebstoffe verwendet wurden, und indem anschließend das Denier gemessen und berechnet wurde (auf die übliche Weise).

Biegeermüdung:

Wird manchmal als Biegeermüdung und ebenso als Scott-Bieguna bezeichnet. Wird gemessen durch Bestimmen des Prozentsatzes der beibehaltenen Festigkeit in Testschnüren, nachdem ein zweilagiger gummierter Streifen, der die Testschnur enthält, um eine kleine Walze gelaufen ist. Die zweilagigen Streifen werden hergestellt, indem eine 9" x 18"- Lage von 0,015"-80:20-NR-SRB-Kautschuk um eine Aufwickeltrommel gewickelt wird. Die mit Klebstoff behandelte Testschnur wird sodann auf die Trommel aufgewickelt, indem eine Lade verwendet wird, um den Schnurabstand gleichmäßig zu kontrollieren. Der End-Titer wird eingestellt, so daß eine Nietfläche von 35 % bereitgestellt wird. Sodann wird eine zweite Schicht von 0,015"-Kautschuk aufgetragen und der Verbund geheftet, um eingeschlossene Luft zu entfernen. Die Anordnung wird von der Trommel genommen, in zwei 8"-x-9"-Stücke (Schnur parallel zu der 9"-Richtung) geschnitten und aufeinandergelegt, so daß die Schnüre in jeder Lage parallel zueinander sind. Ein 2"-x-8"-Streifen Baumwollduck (liefert die Einspannoberfläche für die Klemmen in dem Ermüdungstestgerät) wird über jedes Ende der Kette aufgelegt, und eine 0,030"-(5"-x-8")-Kautschuklage wird verwendet, um den Bereich zwischen den zwei Baumwollstreifen zu füllen. Genau dieselben Materialien werden auf die entgegengesetzte Seite des Flickens aufgebracht. Der zweilagige Flicken wird sodann in einer Plattenpresse 20 Minuten bei 160 ºC unter einem Druck von 7 Tonnen gehärtet. Der gehärtete Flicken wird abgekühlt, 8 Stunden bei 55 % RH/75 ºF (23,9 ºC) konditioniert und anschließend in 1"-x-9"-Streifen geschnitten. Die Streifen werden sodann um 180º um eine Walze von 3/4 in. Durchmesser gekrümmt und an jedem Ende in dem Scott-Biegetester (Modell Z) (hergestellt von Scott Testers Inc., Providence, N.J.) festgeklemmt und an einem Ende mit 150 lb. belastet. Der Streifen wird sodann mit einer Geschwindigkeit von 250 Cyclen pro Minute für insgesamt 10 000 Cyclen über die Walze gedehnt, während eine Umgebungstemperatur von 100 ºC beibehalten wird. Die Schnüre aus der Lage, die der Walze am nächsten ist, werden sodann aus dem Flicken entfernt (nach Einweichen des Flickens für 24 Stunden in einer 50/50-Mischung von Stoddard-Lösungsmittel und Freon 113), und die Zugfestigkeit wird anschließend auf einem Instron-Gerät gemessen. Die beibehaltene Festigkeit wird mit Schnur verglichen, die aus einem nichtgekrümmten Flicken entfernt wurde. Die beibehaltene Dauerbiegeermüdungsfestigkeit wird aus der Gleichung bestimmt: beibehaltene Festigkeit = 100 x (ermüdete Festigkeit/nicht ermüdete Festigkeit). So zeigt ein hoher Wert, daß ein hoher Prozentsatz der ursprünglichen Festigkeit nach der Krümmung in diesem Test beibehalten wird.
Tabelle 3 gibt die verschiedenen Tests an, die üblicherweise an Reifen vorgenommen werden.

Zunahme bei Aufblasen:

Die Ausgangsreifengröße wird bestimmt, nachdem der Reifen auf eine passende Felge montiert worden ist und der Reifen auf 5 psi aufgeblasen worden ist. Nachdem der Reifen 4 Stunden lang bei 100 ºF bei 5 psi gehalten wurde, wird der Umfang gemessen (in der Mitte des Profils), indem ein biegsames Maßband aus Stahl verwendet wird. Während der Messung sollte darauf geachtet werden, jegliches Abquetschen der Form zu vermeiden. Die Querschnittsbreite wird an den Seitenwänden am breitesten Teils des Reifens an drei verschiedenen Stellen (120º auseinander - die Stellen sollten markiert werden, so daß die letzten Messungen nach der Zunahme an denselben Punkten erfolgen können) unter Verwendung einer Serie von Greifzirkeln gemessen. Der Reifen wird sodann auf 26 psi aufgeblasen und bei diesem Druck bei 100 ºF (31,8 ºC) 24 Stunden lang gehalten. Am Ende des 24stündigen Zeitraums werden Umfang und Querschnittsbreite (CSW) bei dem höheren Druck gemessen. Die Reifenzunahme beim Aufblasen wird aus dem durchschnittlichen Wachstum der Querschnittsbreite berechnet und wird in Prozent angegeben.

Kurvenfahr-Koeffizient:

Der Kurvenfahr-Koeffizient wird auf einer Apparatur gemessen, die auch zum Messen des Rollwiderstandes verwendet wird, gemessen wie beschrieben von R.L. Keefe und A.S. Koralek in ihrem Artikel "Precision Measurement of Tire Rolling Resistance", ACS Rubber Division Symposium: Tire Rolling Resistance (Oktober 1982), SS. 78-104, D.J. Schuring, Hrsg., 1983. Die Reifen werden zuerst 90 Minuten lang bei 70 mph, 100 % TRA (Reifen und Felgen-Verband)-Nutzlast gefahren. Nach dem Abkühlen werden die Reifen 4 Stunden lang bei 75 ºF und 26 psi konditioniert (P155/80R13-Reifen). Der Reifen wird sodann 5 Minuten lang bei 35 mph und der angegebenen Testlast (838 lbs. für P155/80R13) aufgewärmt. Die Seitenkraft wird sodann als Funktion des Gleitwinkels aufgezeichnet, wenn mit dem Reifen von 0 bis +3º und von 0 bis -3º gelenkt wird, wobei sich der Gleitwinkel mit einer Geschwindigkeit von 1 1/4º pro Sekunde ändert. Die Steigung der Auftragung von Lenkkraft/Gleitwinkel (lbs./Grad) wird dividiert durch die Testlast auf dem Reifen, um den Kurvenfahr-Koeffizienten zu erhalten.

Seitenwand-Druckstempelenergie

Der Reifen, der einen passenden Innenschlauch enthält, wird auf eine Testfelge montiert und bis zu dem verwendbaren Druck aufgeblasen, der für die Reifengröße angegeben ist. Sodann wird der Reifen bei 75 ºF (+/- 1 ºF) (23,9 ± 0,6 ºC) 3 Stunden lang konditioniert und der Druck wieder auf denjenigen eingestellt, der vor dem Test festgelegt war. Es wird ein zylindrischer Druckstempels aus Stahl von 3/4 in. Durchmesser mit einem halbkugelförmigen Ende verwendet, der Druckstempel wird mit einer Geschwindigkeit von 2 in./Minute senkrecht in die Seitenwand gepreßt, bis der Druckstempel durch die Karkasse in der Seitenwand hindurchtritt. Kraft und Eindringen werden an sechs Punkten der Seitenwand aufgezeichnet. Die Reißenergie in in.-Pfund wird sodann berechnet, indem die Kraft in Pfund und das Eindringen in in. multipliziert werden und das Produkt durch 2 dividiert wird. Die Daten der Seitenwand-Druckstempelenergie, die aufgezeichnet werden, entsprechen dem Durchschnitt der sechs erhaltenen Werte.

DOT-109-Stufenbelastungsdauerprüfung und Dehnungstest

Der durchgeführte Test ist der in Motor Vehicle Safety Standard No. 109 beschriebene Grundtest plus eine Erweiterung des Tests.
Der Reifen wird auf eine geeignete Testfelge montiert, auf den Reifendruck aufgeblasen, der der maximalen Nutzlast entspricht, die auf der Seite des Reifens vermerkt ist, und 3 Stunden lang bei 100 ºF (37,8 ºC) konditioniert. Der Druck wird geprüft und falls nötig erneut eingestellt. Beim Testen zusätzlich zu DOT-109 wird die Last in Schritten von 10 % vergrößert, und der Reifen wird unter jeder Last bei 50 mph 400 Meilen bis zum Versagen gefahren.

Wulstbereich-Haltbarkeit von Reifen:

Dieser Test dient dazu, im Umkreis des Umsturzbereiches Defekte vom Biegetyp hervorzurufen (ohne Störung durch thermische Zersetzung), indem eine hohe Belastung angewendet wird.
Der Reifen wird auf eine geeignete Hochleistungstestfelge montiert und bei 100 ºF (37,8 ºC) 4 Stunden lang bei 24 psi konditioniert. Der Druck wird erneut auf das psi-Maximum eingestellt, das für den angegebenen Belastungsbereich erlaubt ist, und sodann noch 4 Stunden lang konditioniert.
Sodann wird der Reifen bei 30 mph in der folgenden Reihenfolge bis zum Versagen getestet: 90 % Belastung, 2 Stunden, 115 % Belastung, 2 Stunden, 150 % Belastung, 20 Stunden, 170 % Belastung, 20 Stunden, 190 % Belastung, 20 Stunden und 210 % Belastung bis zum Versagen.
Die Erfindung wird noch anhand der Beispiele erläutert. Es sind einige ungefähre metrische Äquivalentwerte angegeben, wobei erkannt wird, daß die Messungen in den herkömmlichen Einheiten, wie sie im Text-angegeben sind, vorgenommen wurden. Die Prozeßbedingungen und Monofilamenteigenschaften für Monofilamente, hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren (bezeichnet mit 1-4), und für die Vergleiche, die nicht erfindungsgemäß sind (bezeichnet mit den Buchstaben A-C) werden später in Tabelle 1 zusammengefaßt. Die Vergleiche A-C sind zur Erleichterung des Vergleichs mit Beispiel 1 neben und vor Beispiel 1 angeordnet. Tabelle 2 führt die Eigenschaften für '"getauchte Schnüre", die mit sämtlichen Monofilamenten hergestellt worden sind, in derselben Reihenfolge wie in Tabelle 1 und auch für handelsübliche HMLS- 1 000-Denier-T-240-Reifengarne, die sowohl in einem normalen 1 000-Denier-T-240-Reifengarne, die sowohl in einem normalen (NORM) als auch einem leichten (LOW) Drehaufbau gedreht sind auf, worauf im folgenden Bezug genommen wird. Tabelle 3 gibt einen Vergleich der Ergebnisse der Testreifen an, die ebenfalls im folgenden beschrieben werden.

Beispiel 1

Dieses Beispiel verwendete eine Apparatur, wie in Figur 1 erläutert, ohne die frei wählbare Vor-Heizvorrichtung 17.
Poly(ethylenterephthalat)-Polymer von hoher Qualität, hergestellt in einer kontinuierlichen Polymerisiermaschine, mit einer relativen Viskosität LRV von 38 wurde mit einer Geschwindigkeit von 29 Pfund pro Stunde (angegeben als "Durchsatz-kg/h" in Tabelle 1, d.h. als 13,1 kg/h) extrudiert. Die Spinndüsenöffnung war länglich, mit den Dimensionen 0,11 x 0,38 in. (etwa 2,8 x 9,7 mm) und wurde in Tabelle 1 als Öffnung vom Typ "(1)" bezeichnet. Das Monofilament verlief durch einen Luftspalt 12 von 34 in. (etwa 85 cm) vertikal nach unten in das Wasser 13 bei 85 ºC und passierte solches Wasser auf einer Distanz von 175 in. (445 cm). Nach dem Austritt aus dem Wasserbad 13 wurde das überschüssige restliche Kühlwasser durch eine Luftdüse 14 abgezogen. Das nasse Monofilament wurde durch die Abzugswalzen 15, die bei 99,5 ypm (91 m/min) betrieben wurden, 23 Fuß (7,1 m) nach unten zu den Speisewalzen 16 befördert, die bei 100 ypm (91 m/min) betrieben wurden. Nach den Speisewalzen wurde Wasser mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,8 Gallonen pro Stunde(durch Kontakt mit einem Filzdocht) zu dem Monofilament gegeben, und das Monofilament wurde über eine Richtungsänderungswalze einem 24 in. (etwa 60 cm) langen Dämpfer 18 zugeführt, ausgestattet mit Eintritts- und Austrittsdampf- Expansionskammern, verbunden mit einer Vakuumquelle, um zu verhindern, daß Dampf in die Fabrikumgebung austritt. Das Monofilament wurde mit gesättigtem Dampf bei 150 psig behandelt. Der Streckpunkt wurde innerhalb von Dämpfer 18 angeordnet. Während es sich noch in dem Dämpfer nahe am Ausgang befand, passierte das Monofilament ein Bad von etwa 3 cm Länge, das Wasser bei einer Temperatur von etwa 60 ºC enthielt und mit einer Geschwindigkeit von 8 Gallonen pro Stunde floß, um die Oberfläche des Monofilaments zu kühlen, um eine Beschädigung durch den Austrittverschluß des Dämpfers zu vermeiden. Das Monofilament wurde sodann einem Luft- Abstreifer 19 zugeführt, um den größten Teil des Oberflächenwassers von dem Filament zu entfernen. Das Monofilament wurde sodann zu den Erststufen-Streckwalzen 21 befördert, die sich in einem isolierten Streckbehälter befanden, der auf 160 ºC aufgeheizt war, und wurden bei 460 ypm (421 mpm) betrieben.
Das Monofilament wurde anschließend zu vier Durchgängen durch einen Heizstrahler 22 einer Länge von 50 in. (etwa 130 cm) und einer mittleren Temperatur von etwa 800 ºC weitergeleitet. Der Streckbetrag wurde bei jedem Durchgang kontrolliert, indem die Geschwindigkeit der betriebenen Richtungsänderungswalzen 23 zwischen jedem Durchgang durch die Heizvorrichtung kontrolliert wurde. Die Geschwindigkeiten des Monofilaments waren wie folgt nach dem ersten Durchgang durch die Heizvorrichtung bei Walze 23A 540 ypm (494 mpm), nach dem zweiten Durchgang bei Walze 23B 560 ypm (512 mpm), nach dem dritten Durchgang bei Walze 23C 580 ypm (530 mpm) und nach dem vierten Durchgang 590 ypm (540 mpm). Es wurde geschätzt, daß die Spannungen etwa 4 kg bei dem ersten Durchgang bis etwa 3 kg bei dem vierten Durchgang betrugen.
Das Monofilament verlief von Heizvorrichtung 22 über eine Richtungsänderungswalze zu den Temperwalzen 24, die in einem weiteren Isolierbehälter vorlagen, der bei 180 ºC gehalten wurde. Von diesen Walzen 24 verlief das Monofilament direkt zu Docke 25 bei einer Spannung von etwa 150 g, während es sich um etwa 13 % entspannte, um die Schrumpfung zu verringern.
Genaue Angaben über das Verfahren und die Produkteigenschaften sind in Tabelle 1 für dieses Beispiel 1 und für die weiteren Beispiele 2-4 und für die Vergleiche zusammengefaßt. Zu bemerken ist, daß das Produkt von Beispiels 1 eine Schrumpfung von 0 (bei 177 ºC) in Kombination mit einer überlegenen Knotenfestigkeit und weiteren guten Zugeigenschaften aufwies. (Die höhere Dehnung zeigt, daß die Zugeigenschaften optimiert werden könnten, indem die Streckbedingungen eingestellt werden, um die Reißlängen und den Modul zu vergrößern, ohne die Dehnung unter den Wert abzusenken, der zufriedenstellend ist, z.B. in den Beispielen 2-4).

Beispiel 2

Dieses Beispiel betrifft die Herstellung eines Monofilaments von hoher Viskosität (44 LRV) und erläutert die verbesserten Zugeigenschaften, insbesondere die Zunahme in der Knotenfestigkeit, was erreicht wird, indem die LRV von 38 auf 44 erhöht wird. Das Verfahren wurde bei einer höheren Geschwindigkeit betrieben, jedoch waren die weiteren Parameter ziemlich dieselben wie für Beispiel 1, außer wie es in Tabelle 1 angegeben ist (im wesentlichen aufgrund der höheren Schmelz viskosität). Die Öffnungsdimensionen betrugen 0,09 x 0,42 in. (etwa 2,3 x 10,7 mm). Dies wird in Tabelle 1 als Öffnung vom Typ "2" bezeichnet. Diese Öffnung wurde verwendet, um weitere, im folgenden beschriebene Monofilamente herzustellen. Die Geschwindigkeit der Speisewalzen wurde auf 150 ypm (etwa 136 m/min) angehoben, und die Temperatur von Wasserbad 13 wurde abgesenkt, und die Temperaturen wurden später während des Verfahrens eingestellt. Die Monofilamenteigenschaften sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengefaßt. Wie aus diesen Daten erkannt werden kann, kann es bevorzugt sein, ein Polymer von einer Viskosität (LRV) mehr wie diejenige in Beispiel 1 zu verwenden oder zusätzliche Stufen zur Verringerung der Schrumpfung von solchen Monofilamenten mit einer höheren LRV vorzunehmen, wenn eine niedrige Schrumpfung sehr wichtig ist.

Beispiel 3

In diesem Beispiel war das Monofilament von ähnlicher Viskosität (38 LRV) wie in Beispiel 1, jedoch von einem niedrigen Carboxygehalt, erhalten durch Festphasenpolymerisation einer Standard-2G-T-Flocke. Solche Polymerschnitzel (von einer Intrinsicviskosität von 1,06) wurden in einem 2-in.-(etwa 5 cm)-Sterling-Schneckenschmelzofen geschmolzen und zu den Spinnpositionen geleitet. Die weiteren Prozeßeinzelheiten waren fast wie in den Beispielen 1 und 2, außer wie in Tabelle 1 zusammengefaßt. Die Öffnungsdimensionen waren wie in Beispiel 2, der Luftspalt 12 war auf 27 in. (69 cm) verkürzt, die Distanz durch das Wasserbad 13 wurde auf 85 in. (216 cm) mit einer Wassertemperatur von 65 ºC verkürzt, und die Geschwindigkeit der Speisewalze 16 war wie in Beispiel 2. Dieses Produkt besaß eine extrem niedrige Schrumpfung in Kombination mit weiteren wünschenswerten Eigenschaften.

Beispiel 4

Dieses Beispiel verwendete ebenfalls Polymer von geringerem Carboxygehalt (weniger als 15). Die Verfahrensparameter waren in etwa wie diejenigen in Beispiel 3, jedoch wurde eine niedrigere Geschwindigkeit und sogar ein kürzerer Luftspalt von 15 in. (38 cm) verwendet. Nach den Speisewalzen 16 wurde kein Wasser zugegeben und, was wichtig ist, es wurde ein 24 in. (etwa 60 cm) langer Wärmestrahler als Vorheizvorrichtung 17 vor dem Dämpfer 18 verwendet. Die verschiedenen Bedingungen und Eigenschaften sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Es wird bemerkt, daß das Streckverhältnis höher war und die Reißlänge dementsprechend anstieg, jedoch war die Schrumpfung ebenfalls höher. Eine niedrigere Schrumpfung wäre vorzuziehen.
Die nächsten drei Artikel sind bezeichnet mit Vergleich A, B und C (da die Monofilamente von etwa 3 000 Denier nicht erfindungsgemäß hergestellt worden sind) und sind bereitgestellt, um in einem Vergleich die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zu zeigen. Der Dämpfer 18 wurde bei keinem dieser Tests verwendet. Die Verfahrens- und Produktparameter sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

VERGLEICH A

Hinsichtlich der meisten Gesichtspunkte war das Verfahren ähnlich wie Beispiel 1, außer daß ein 24 in. (etwa 60cm) langer Heizstrahler bei einer Temperatur von 870 ºC (anstelle von Dämpfer 18) zwischen den Speisewalzen 16 und den Erststufen-Streckwalzen 21 verwendet wurde. Dies ermöglichte es, ein ähnliches Streckverhältnis von 4,7X zu erhalten, jedoch besaß das Monofilament Zugeigenschaften, insbesondere eine Knotenfestigkeit, die schlechter war als in den Beispielen 1-4, in Verbindung mit einer Schrumpfung von 2,5 %.

VERGLEICH B

In diesem Vergleich wurde im wesentlichen das Zweitstufenstrecken von Beispiel 1 ohne irgendein Aufheizen in der ersten Stufe vor den Streckwalzen 21 (bei 140 ºC) angewendet. Dies bedeutet, daß wenig Streckung (nur 1,03X) während des Zeitraums erreicht werden konnte, der der ersten Stufe von Beispiel 1 entsprach, jedoch belief sich der erste Durchgang in der zweiten Stufe (2-1 in Tabelle 1) auf 5,05X. Die Temperwalzen wurden bei 160 ºC gehalten. Obwohl eine höhere Reißlänge (5,9 gpd) erhalten wurde als in Vergleich A (5,1 gpd), war die Knotenfestigkeit (2,4 gpd) wiederum niedrig, verglichen mit den Beispielen 1-4, zusammen mit einer Schrumpfung von 3,3 %, die sogar höher war als für Vergleich A.

VERGLEICH C

Ein Dampfstrahl wurde anstelle von Dämpfer 18 verwendet, um das Erststufenstrecken durchzuführen. Dieser Strahl verwendete überhitzten Dampf bei 65 psig und 375 ºC. Die weiteren Verfahrensbedingungen waren so, wie in Tabelle 1 angegeben. Nur zwei Durchgänge wurden in dem Heizstrahler der zweiten Stufe angewendet, wobei die Richtungsänderungswalze (23A) eine Mitläuferwalze (statt angetrieben zu werden) war. Zu bemerken ist, daß die Zugeigenschaften meistens schlechter sind, und die Schrumpfung viel höher ist als für die anderen Vergleiche. Außerdem verursachte der Aufprall des Dampfes eine schwerwiegende Beschädigung des Monofilaments (es wird angenommen, daß dies verursacht wurde, da die Seite des Monofilaments, die von dem Strahl entfernt lag, ständig gegen die Geräteseite schlug).
Proben sämtlicher Monofilamente, ebenso zum Vergleich Multifilament-Polyester-Reifengarne wurden verarbeitet durch Heißstrecken und Tauchen, um "getauchte Schnüre" herzustellen, die zur Herstellung von Reifen gebrauchsfertig waren. Ihre Eigenschaften werden in Tabelle 2 verglichen.
Die Multifilament-Polyester-Reifengarne, die zum Vergleich verwendet wurden, waren HMLS-1 000-Denier-T-240-Reifengarne, die sowohl in einem normalen als auch in einem speziellen (leicht gedrehten) Aufbau gedreht waren. Die "normale" (manchmal als Standard bezeichnete) Schnur wird zu einem 1 000/1/2-Schnuraufbau mit 11 Drehungen pro in. Drall gedreht, der sowohl in der Fach-Stufe als auch in der Seildrehstufe angebracht wird. Die spezielle schwach gedrehte Schnur wird zu einer 1000/1/2-Schnurkonstruktion mit 7,7 Drehungen pro inch Drall, der sowohl in der Fach- als auch Schnurdrehstufe angebracht wird, gedreht; wie aus Tabelle 2 gesehen werden kann, vergrößert dies den Modul auf über 100 gpd, besitzt jedoch mehrere Nachteile einschließlich einer verringerten Dauerbiegefestigkeit auf einen unerwünschten Wert. Beide Schnüre wurden getaucht und durch ein Zwei-Ofen-Verfahren heißverstreckt, wobei eine herkömmliche Zweistufen-Polyester-Klebstofftauchmasse verwendet wurde. Die speziellen eingesetzten Bedingungen waren 470/425 ºF (243/218 ºC), 50/80 Sekunden Expositionszeit, 3/0 % AS (angelegte Streckung), D 4178/D-5A-Klebstoff (d.h. erste Stufe: D-4178-Klebstoff-470 ºF/3 % angelegte Streckung/50 Sekunden, gefolgt von der zweiten Stufe: D-5A-Klebstoff-425 ºF/0 % (keine) angelegte Streckung/80 Sekunden).
Die D-417B-Isocycanatgrundschicht, die für die Multifilament- Polyester-Kontrollreifenschnüre verwendet wurde, bestand aus Wasser (83,7 Gewichtsteile), Tragacanth, 2%ige Lösung (2,0 Gewichtsteile), NERO 01A-Epoxyharz (1,4 Gewichtsteile) und einer LVBI-Isocyanataufschlämmung, 25%ige Dispersion (12,9 Gewichtsteile). D-5A ist ein Resorcin-Formaldehyd- Deckschicht-Klebstoff auf Latexbasis (RFL) zur Förderung der Haftung von Schnur an Kautschuk bei der Herstellung von Polyester-Reifenschnüren.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Monofilamente erforderten kein Drehen. Überraschenderweise erzeugten Versuche, die herkömmliche wäßrige D-4178-Grundschicht, gefolgt von RFL, zu verwenden, getauchte und gestreckte Schnüre, die nur schlecht an Kautschuk hafteten. Es wurde gefunden, daß eine Isocyanat-Epoxygrundschicht, bestehend aus PAPI (polyaromatischem Polyisocyanat) und Epoxyharz (NERO 01A, Nagase Co.) aufgetragen aus einem nicht wäßrigen Lösungsmittel, gefolgt von RFL, eine ausgezeichnete Haftung an Kautschuk ergaben. Die speziellen Verfahrensbedingungen zum Tauch-Strecken der Monofilamentschnur waren wie folgt:
212 ºF/450 ºF/425 ºF//0 % AS/8 % AS/-4 % AS//120 sec/ 60 sec/60 sec,
wobei eine PAPI-Epoxygrundschicht (11 % PAPI, 1 NERO 01A Epoxy, 88 % Toluol) und eine D5-A-RFL-Deckschicht verwendet wurden. Der Gesamtklebstoff, Grundschicht plus Deckschicht, liegt im Bereich von 0,5-10 % für eine gute Haftung. Der bevorzugte Klebstoffbereich beträgt 3-5 %.
Wie angegeben, sind die Eigenschaften der getauchten Schnüre in Tabelle 2 zusammengefaßt, die einige Vorteile der Erfindung zeigt. Die besseren Modulwerte dieser Monofilamentschnüre gegenüber den getauchten Multifilamentschnüren kann graphisch gezeigt werden, wie in Figur 2, in der die Schrumpfung gegen den Modul für getauchte Schnüre aufgetragen ist. Die Monofilamentschnüre sind als Kreise gezeigt, wohingegen die Multifilamentschnüre als Dreiecke gezeigt sind. Die T-240-Multifilamentschnüre sind als schwarze Dreiecke gezeigt, und ihre Eigenschaften sind ebenfalls in Tabelle 2 aufgeführt. Weitere handelsübliche HMLS-Multifilament- Reifengarne werden erhalten und zu getauchten Schnüren verarbeitet, wobei dieselben Streck- und Tauchbedingungen angewendet wurden wie diejenigen, die für T-240 beschrieben sind. Zu bemerken ist, daß (außer für "LOW" T-240) das "NORM" T-240, d.h. normale Drehung, den höchsten Modul und die geringste Schrumpfung unter den Multifilamentschnüren aufweist, jedoch beträgt dieser Modulwert immer noch weniger als 100 gpd (und die Schrumpfung beträgt 2 %). Durch Verringerung der Drehung kann der "LOW"-T-240-Schnur ein Modul von mehr als 100 gpd verliehen werden, jedoch leiden darunter die anderen Eigenschaften, was aus Tabelle 2 gesehen werden kann.
Im Gegensatz dazu besitzen die Monofilamentschnüre 1-4, hergestellt ausgehend von den Monofilamenten, die hergestellt werden durch das erfindungsgemäße Verfahren, alle Modulwerte von über 100 gpd, zusammen mit weiteren guten Zugeigenschaften, insbesondere einer Knotenfestigkeit, Haftwerten von über 50 lbs (die bis 75 lbs reichen) und von Biegewerten von 95-100 %, wie in Tabelle 2 gezeigt. Ferner wurde in den Beispielen 1 und 3 die Fähigkeit gezeigt, niedrige Schrumpfungen unterhalb von allen anderen in Figur 2, zusammen mit diesen hohen Modulwerten und weiteren vorteilhaften Eigenschaften zu erhalten. Diese Kombination eines Moduls von über 100 gpd und einer Schrumpfung von weniger als 2,5 % unterscheidet sich von allen bekannten getauchten Polyesterschnüren. Eine solche Kombination ist sehr wünschenswert. Die Vergleiche A, B und C sind als schwarze Kreise gezeigt und besitzen schlechtere (höhere) Schrumpfungen als die Beispiele 1 und 3. Außerdem besitzen diese Schnüre für die Vergleiche A-C, obwohl einige Eigenschaften einzeln zufriedenstellend scheinen können, keine Kombination, die so wünschenswert ist. Beispielsweise sind die Dehnungen von A und C viel zu gering und während die Dehnung von B besser ist, war die Haftung von B schlecht. Der Biegewert für C (der einzige, der gemessen wurde) war extrem schlecht.
Darüber hinaus zeigt Tabelle 2, daß die Knotenfestigkeiten von jedem der Beispiele 1-4 deutlich besser sind als jede der Vergleiche A-C und als jede T-240-Schnur.
Die Reifen, deren Eigenschaften in Tabelle 3 angegeben sind, wurden in zwei Stufen auf einer Gürtelreifenmaschine, hergestellt von NRM, Inc., Modell RF 1216, zusammengebaut und in einer Bag-O-Matic-Härtungspresse, hergestellt von Akron Standard Co., geformt und gehärtet. Zu Vergleichszwecken wurde eine Reihe von Gürtelreifen für PKW aus dem handelsüblichen T-240-Reifengarn hergestellt, wobei eine einzige Lage Stoff zur Verstärkung der Karkasse und zwei Lagen 2+2x0,25-Stahlschnur für die Gürtel verwendet wurden. Der Karkassenstoff wurde aus Einfachschnur gebildet, indem ein Trommelwicklungsverfahren angewendet wurde. Zwei Lagen von 20-mil-Streichkautschuk (80 % natürlicher Kautschuk/20 % Styrol-Butadien-Kautschuk) wurden zur Herstellung des Karkassenstoffes verwendet. Die Gürtellagen wurden aus Stahlschnur durch ein ähnliches Trommelwicklungsverfahren geformt. Aus diesem Stoff wurden sodann Reifen aufgebaut, indem die Reifenapparatur der Firma NRM Corp. verwendet wurde. Weitere Komponenten, die beim Reifenaufbau verwendet wurden, waren der Profil- und Seitenwandabschnitt, extrudiert aus Styrol-Butadien/Naturkautschuk-Mischungen, eine 50 mil dicke Lage aus Chlorbutyl/Naturkautschuk als Innenfutter und ein Paar von Kautschuk-ummantelten 4-Draht/4-Drehungs- Wülsten. Für die erfindungsgemäßen Schnüre (Beispiel 1) war dieser Gürtelreifenaufbau identisch mit den obigen T-240-Kontrollen, außer daß eine einlagige Schicht aus getauchten Schnüren (aus diesem Beispiel 1) zur Karkassenverstärkung verwendet wurde. Die Anzahl der Fäden des Monofilaments in dem Gewebe wurde eingestellt, um dieselbe Karkassenfestigkeit wie in den Multifilament-Polyester- Kontrollstoffen bereitzustellen. Die Vorteile einer Verwendung von Monofilament, das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt worden ist, kann aus den Ergebnissen einer Reihe von Bewertungstests, die in Tabelle 3 angegeben sind, gesehen werden.
Die Scott-Biegedaten wurden (bei 100 ºC und 150 Pfund) an den Schnüren, eingebettet in Kautschuk, einer Dicke von 30 mil (etwa 0,75 mm) gemessen und sind in Tabelle 2 angegeben. Die Scott- Biegedaten zeigen, daß die Biegefestigkeit (oder Ermüdungsfestigkeit) unserer Monofilamente besser war als diejenige von leicht gedrehter Schnur.
Die restlichen Tests wurden an den aktuellen P155/80R13- Reifen vorgenommen und sind in Tabelle 3 angegeben. Diese Tabelle 3 zeigt folgendes. Der Wulstbereich-Haltbarkeitstest zeigt für das Monofilament eine weitaus bessere Verschleißfestigkeit, und das Monofilament zeigt ferner eine bessere Verschleißfestigkeit in dem DOT-109-Haltbarkeits- und Dehnungstest und erreichte vor dem Versagen eine höhere Belastung. Die Seitenwand-Druckstempelenergie des Monofilaments war deutlich besser (33-40 %), und die Daten des Kurvenfahrkoeffizienten zeigen, daß das Monofilament die Fähigkeit einer besseren Handhabung als die T-240-Schnüre besitzt. All dies summiert sich im Vergleich zu den existierenden handelsüblichen Multifilament-Schnüren in mehrerer Hinsicht zu besseren Reifen. TABELLE 1 VERGLEICHE ERFINDUNG BEZEICHNUNG Nr. VERFAHREN Umsatz kg/h Öffnung Luftspalt - cm Wasser - cm Wasser - ºC Walze 16 ypm Heizung 17 - ºC Dämpfer 18 psig Streckverhältnisse 1 (Dampf) GESAMT Temperaturen (ºC) von Walzen 21 und 24 und Heizung (0fen) 22 21 (Strecken) 22 (Ofen) 24 (Tempern) MONOFILAMENTE Denier Reißlänge - gpd Dehnung % Modul gpd Knotenfestigkeit gpd kein Strahl TABELLE 2 Tauchschnur-Eigenschaftstabelle VERGLEICHE ERFINDUNG normal schwach Beispiel Nr. Denier (1) Reißlänge (gpd) Dehnung (%) Haftung (lbs) Knotenfestigkeit (gpd) Scott-Flexibilitätsdaten (%) Dimensionsstabilität Modul (gpd) Schrumpfung bei 177 ºC (%) (2) Anmerkungen (1) tauchfreie Deniers (2) nicht gemessen TABELLE 3 Ergebnisse des Reifentests WULSTBEREICH-HALTBARKEITSTEST Meilen insgesamt (Str. Ret.) Belastung Beispiel 1 T-240 Standard T-240 schwach gedreht DOT-109-HALTBARKEIT + DEHNUNGSTEST Meilen insgesamt (Str. Ret.) Belastung Beispiel 1 T-240 Standard T-240 schwach gedreht SEITENWAND-DRUCKSTEMPELENERGIEDATEN Druckstempelenergie (in. - lb) Beispiel 1 T-240 Standard T-240 schwach gedreht DATEN DES KURVENFAHRKOEFFIZIENTEN Beispiel 1 T-240 Standard T-240 schwach gedreht DATEN DER ZUNAHME BEIM AUFBLASEN (%) Beispiel 1 T-240 Standard T-240 schwach gedreht

Umwandlungen

1 Denier = 1,111 dtex
1 gpd = 0,9 gpd.tex
1 mil = 25,4 um
1 in. (") = 2,54 cm
1 psi = 6,895 kPa
1 (US) Gallone = 3,79 l
1 lb = 0,45 kg
1 ypm = 0,91 mpm
1 t Druck (pro in.²) = 15,44 Mpa
Zur Umwandlung von psig in kPa wird 14,4 addiert und mit 6,895 multipliziert
1 Meile = 1,61 km
1 mph = 1,61 kmh

Claims

1. Kontinuierliches Verfahren zum Schmelzspinnen und Strecken zur Herstellung eines Monofilaments von einem Denier von etwa 1 000 bis 10 000 (1 111 bis 11 110 dtex) aus Ethylenterephthalat-Polymer mit hoher Intrinsicviskosität in einem Bereich von 0,7 bis 1,2, umfassend die Stufen Schmelzspinnen des Polymeren durch einen Luftspalt in ein Wasserbad, Strecken des resultierenden Monofilaments in wenigstens zwei Stufen, wobei eine erste Stufe in einer Dampfzone bei überatmosphärischem Druck und eine weitere Streckstufe bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden, und Aufwickeln des gestreckten Monofilaments, bei dem das Monofilament in der genannten ersten Stufe in dem genannten Dampf mit einem Streckverhältnis von wenigstens etwa 4,5X und unter Verwendung von Streckwalzen in der ersten Stufe, die auf eine Temperatur von wenigstens etwa 140 ºC aufgeheizt werden, gestreckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die genannten Streckwalzen auf eine Temperatur von wenigstens etwa 180 ºC aufgeheizt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem die genannte weitere Streckstufe in mehr als einer Stufe durchgeführt wird und bei dem wenigstens 40 % des genannten weiteren Streckens in der ersten von solchen Stufen durchgeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem die genannte weitere Streckstufe in drei oder mehr Stufen durchgeführt wird und bei dem weniger als 10 % des genannten weiteren Streckens in der letzten von solchen Stufen durchgeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem das gestreckte Monofilament vor dem Aufwickeln auf Temperwalzen, die auf eine Temperatur von 100 bis 250 ºC aufgeheizt sind, getempert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die genannten Temperwalzen auf eine Temperatur von wenigstens etwa 140 ºC aufgeheizt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die genannten Temperwalzen auf eine Temperatur bis zu etwa 200 ºC saufgeheizt werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem das Monofilament mit einer Wickelspannung im Bereich von etwa 100 bis 200 g aufgewickelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das gestreckte Monofilament vor dem Aufwickeln auf Temperwalzen bei einer Temperatur von 100 bis 250 ºC getempert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Wasserbad eine Temperatur im Bereich von 35 bis 90 ºC aufweist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine Heizvorrichtung bereitgestellt wird, um die Temperatur des Monofilaments vor Eintritt in die Dampfzone in der genannten ersten Stufe einzustellen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Monofilament durch eine kontaktlose Heizvorrichtung in der genannten weiteren Streckstufe aufgeheizt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die genannte kontaktlose Heizvorrichtung ein Heizstrahler ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem sich die genannte Heizvorrichtung in der genannten weiteren Streckstufe bei einer Temperatur von wenigstens etwa 600 ºC befindet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Monofilament während der Streckstufen mit einer minimalen Zwirnung von weniger als 1 Drehung pro Fuß (0,30 m) zu einem Faden gezogen wird.