DE69207415T2 - nOHLFASERQUERSCHNITTE MIT VIER KONTINUIERLICHE HOHLRÄUME - Google Patents
nOHLFASERQUERSCHNITTE MIT VIER KONTINUIERLICHE HOHLRÄUMEInfo
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Description
- Die Anmeldung ist eine Continuation-in-part der US-Patentanmeldung Serial Nr. 07/735 241 mit dem 24. Juli 1991 als Anmeldetag.
- Die vorliegende Erfindung betrifft synthetische Endlosfilamente mit vierseitiger Querschnittsform und vier, an unterschiedlichen Orten positionierten, durchgehenden Hohlräumen. Die Filamente eignen sich besonders zur Herstellung von Teppichen, die ein verbessertes Verschmutzungsverhalten und verbesserte Lebensdauer haben.
- Fachleute haben viele unterschiedliche Wege vorgeschlagen, das "Verschmutzungsverhalten" von synthetischen Endlosfilamenten zu verbessern. Der Ausdruck "Verschmutzungsverhalten" bedeutet den scheinbaren Widerstand eines Textilmaterials gegen sichtbare Verschmutzung, die von der tatsächlich auftretenden Verschmutzung unabhängig sein kann.
- Ein Versuch beinhaltet die Herstellung von Filamenten mit durchgehenden Hohlräumen, die sich vollständig durch deren Länge erstrecken. Wie von Champaneria et al., US-Patent 3 745 061, beschrieben, ist die Herstellung von Filamenten bekannt, die wenigstens drei durchgehende unrunde Hohlräume haben. Diese Hohlräume bilden ungefähr 10 % bis ungefähr 35 % des Filamentvolumens und befinden sich an den Ecken der Filamentquerschnittskontur, die im wesentlichen frei von in sich zurückkehrenden Kurven ist.
- W. Lochelfeld et at., Deutsches Patent Nr. DL 90 840/'72, lehrt die Herstellung eines Verfahrens zum Spinnen von Filamenten mit vier Hohlräumen. Diese Filamente haben aufgrund eines ungefähr kreisförmigen Querschnitts hohe Stabilität. Der kreisförmige Querschnitt neigt jedoch auch dazu, das Volumen dieser Filamente zu verringern.
- Wenn auch, wie oben beschrieben, diese herkömmlichen Filamente ein etwas wirksames Verschmutzungsverhalten haben, so besteht doch ein Bedarf an Filamenten mit noch besserem Verschmutzungsverhalten, die auch großes Volumen und hohe Lebensdauer haben. Die Filamente der vorliegenden Erfindung schaffen eine verbesserte Kombination von Verschmutzungsverhalten, Volumen (Bauschigkeit) und Lebensdauer und eignen sich insbesondere für Teppiche, die ein hohes Verkehrsaufkommen aufnehmen.
- Die vorliegende Erfindung betrifft Endlosfilamente, enthaltend ein thermoplastisches synthetisches Polymer, gekennzeichnet durch einen massiven axialen Kern und vier im wesentlichen gleichmäßig verteilte durchgehende Hohlräume, einen Hohlraumgehalt von ungefähr 6 bis 25 % und eine vierseitige Querschnittskontur, die frei von im wesentlichen konvexen und konkaven Kurven ist. Die Hohlräume haben eine im wesentlichen runde oder unrunde Form, wobei jeder Hohlraum im wesentlichen auf eine Seite der Kontur zentriert ist. Die Form der Hohlräume ist vorzugsweise dreieckartig, wobei der Scheitel jedes Hohlraums auf die zentrale Längsachse des Kerns gerichtet und die Basis jedes Hohlraums im wesentlichen auf die Seite der Kontur zentriert ist.
- Die Hohlräume sind vorzugsweise V-förmig, wobei der Scheitel jedes Hohlraums auf die zentrale Längsachse des Kerns gerichtet und die Kerbe jedes Hohlraums auf eine Seite der Kontur gerichtet und im wesentlichen darauf zentriert ist.
- Die Abmessungen der Hohlräume, d.h. Umfang, Fläche usw., können im wesentlichen gleich sein. Geeignete Polymere umfassen Polyolefine, wie Polypropylen, Polyamide, wie Nylon 66 und Nylon 6, und Polyester, wie Polyethylenterephthalat. Teppichgarne können aus den Filamenten der Erfindung hergestellt und zur Bildung von Teppichen mit verbessertem Verschmutzungsverhalten zu einem Teppichgrund getuftet werden.
- Die Erfindung umfaßt auch Spinndüsen zur Herstellung dieser Filamente. Eine Spinndüse enthält eine Platte mit oberen und unteren Flächen, die durch eine vierseitige geschlitzte Kapillare verbunden sind. Bei einer Ausführungsform bilden die Schlitze vier im wesentlichen gleichmäßig verteilte runde Segmente, wobei jedes Segment im wesentlichen auf eine Seite der Kapillare zentriert ist. Bei einer weiteren Ausführungsform bilden die Schlitze vier im wesentlichen gleichmäßig verteilte unrunde Segmente, wobei jedes Segment im wesentlichen auf eine Seite der Kapillare zentriert ist. Es sind vorzugsweise vier im wesentlichen gleichmäßig verteilte dreieckartige Segmente vorhanden, wobei jeder Scheitel jedes Segments auf die zentrale Längsachse der Kapillare gerichtet und die Basis jedes Segments im wesentlichen auf eine Seite der Kapillare zentriert ist.
- Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Spinndüsenkapillare zum Spinnen von Filamenten mit Hohlräumen an den Ecken des Filamentquerschnitts.
- Fig. 1-A ist ein Querschnitt aus Mikrofotografien von Polypropylenfilamenten, die durch Kapillaren des in Fig. 1 gezeigten Typs gesponnen sind.
- Fig. 2 ist eine Vorderansicht einer Spinndüsenkapillare, die sich zum Spinnen von Filamenten der Erfindung eignet, wobei die Hohlräume dreieckartig sind.
- Fig. 2-A ist ein Querschnitt aus Mikrofotografien von Polypropylenfilamenten, die durch Kapillaren des in Fig. 2 gezeigten Typs gesponnen sind.
- Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Filamenten der Erfindung.
- Fig. 4 ist ein Querschnitt aus Mikrofotografien von Nylon 66 Filamenten, die durch Kapillaren des in Fig. 2 gezeigten Typs gesponnen sind.
- Fig. 5 ist ein Querschnitt aus Mikrofotografien von Polyesterfilamenten, die durch Kapillaren des in Fig. 2 gezeigten Typs gesponnen sind, wobei der Außendurchmesser der Kapillaren 0,0791 Zoll beträgt.
- Fig. 6 ist ein Querschnitt aus Mikrofotografien von Polyesterfilamenten, die durch Kapillaren des in Fig. 2 gezeigten Typs gesponnen sind, wobei der Außendurchmesser der Kapillaren 0,0120 Zoll beträgt.
- Fig. 7 ist eine Vorderansicht einer Spinndüsenkapillare, die sich zum Spinnen von Filamenten der Erfindung eignet, wobei die Hohlräume V-förmig sind.
- Fig. 7-A ist ein Querschnitt aus Mikrofotografien von Nylon 66 Filamenten, die durch Kapillaren des in Fig. 7 gezeigten Typs gesponnen sind.
- Fig. 8 ist eine Vorderansicht einer Spinndüsenkapillare zum Spinnen von Filamenten des Stands der Technik, wobei an den Ecken des Filamentquerschnitts Hohlräume angeordnet sind.
- Fig. 8-A ist ein Querschnitt aus Fotografien von Nylon 66 Filamenten, die durch Kapillaren des in Fig. 8 gezeigten Typs gesponnen sind.
- Die Filamente der Erfindung werden im allgemeinen durch Spinnen von geschmolzenem Polymer durch Spinndüsenkapillaren hergestellt, die so ausgebildet sind, daß sie die gewünschte Gestalt der Hohlräume und den gewünschten Gesamtquerschnitt des Filaments erzeugen.
- Die Filamente können aus synthetischen thermoplastischen Polymeren hergestellt werden, die durch Schmelzspinnen gesponnen werden können. Diese Polymere umfassen zum Beispiel Polyolefine, wie Polypropylen, Polyamide, wie Nylon 66 und Nylon 6, und Polyester, wie Polyethylenterephthalat. Es eignen sich auch Copolymere und Schmelzmischungen dieser Polymere.
- Im allgemeinen wird beim Schmelzspinnverfahren das geschmolzene Polymer in Luft, ein anderes Gas oder eine geeignete Flüssigkeit extrudiert, wo es abkühlt und erstarrt. Geeignete Abschreckgase und Flüssigkeiten umfassen zum Beispiel Luft bei Raumtemperatur und gekühlte Luft. Es ist ersichtlich, daß die spezifischen Spinnbedingungen je nach dem verwendeten Polymer und den gewünschten Eigenschaften für das Filament variieren können.
- Der Prozentsatz an Hohlräumen (Hohlraumgehalt) der Filamente kann zum Beispiel normalerweise durch Erhöhen der Abschreckgeschwindigkeit und/oder der Polymerschmelzviskosität erhöht werden. Bei der Erfindung haben die Filamente einen Hohlraumgehalt von ungefähr 6 bis 25 %, vorzugsweise ungefähr 8 bis 25 %. Es wurde gefunden, daß das Verschmutzungsverhalten von ungefähr 6 bis 25 % Hohlraumgehalt allmählich besser wird, während im wesentlichen keine Verbesserung des Verschmutzungsverhaltens zwischen ungefähr 25 und 35 % Hohlraumgehalt auftritt. Bei einem Hohlraumgehalt von über ungefähr 35 % werden die Filamente geschwächt. Die Polymerspinnlösungen können auch herkömmliche Zusätze, wie Antioxidantien, Farbstoffe, Mattierungsmittel, antistatische Mittel usw., enthalten.
- Fig. 2 zeigt eine geeignete in Segmenten unterteilte Spinndüsenkapillare zur Herstellung der Filamente der Erfindung.
- Die vierseitige Kapillare enthält vier Schlitzeinheiten 1, 2, 3 und 4, von denen jede aus Umfangs- und radialen Speichen 5 bzw. 6 besteht, durch die das Polymer fließt. Zwischen den Schlitzen befinden sich vier im wesentlichen gleichmäßig verteilte Segmente 7, 8, 9 und 10, durch die kein Polymer fließt. Diese Segmente definieren die Form und GröBe der Hohlräume in den resultierenden Filamenten. Die Segmente können verschiedene unrunde Formen haben zur Bildung entsprechender unrunder Hohlräume in den Filamenten. Alternativ können die Segmente runde Formen haben zur Bildung entsprechender runder Hohlräume in den Filamenten. Vorzugsweise sind vier im wesentlichen gleichmäßig verteilte dreieckartige Segmente vorhanden. Der Scheitel jedes dreiekkartigen Segments ist auf die zentrale Längsachse der Kapillare gerichtet, während die Basis jedes Segments im wesentlichen auf eine Seite der Kapillare zentriert ist.
- Eine typische Kapillare hat einen Außendurchmesser A von 0,0791 Zoll, Umfangsspeichen 5 mit einer Breite B von 0,0080 Zoll und radiale Speichen 6 mit einer Breite C von 0,0065 Zoll. Der Abstand D zwischen den Enden der radialen Speichen beträgt typisch 0,0100 Zoll, während der Abstand E zwischen den Enden der Umfangsspeichen 0,0079 Zoll beträgt. Die Tiefe der Kapillare beträgt 0,035 Zoll, während das Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D = 0,035/0,0065) ungefähr 5,4 beträgt. Es ist ersichtlich, daß die obigen Abmessungen je nach der Schmelzviskosität und der Oberflächenspannung des spezifischen Polymers variieren können.
- Die Spinndüsenkapillare hat vorzugsweise die in Fig. 7 gezeigte Gestalt mit den im folgenden Beispiel 8 beschriebenen Abmessungen. Es ist jedoch ersichtlich, daß zur Herstellung der Filamente nach der Erfindung andere Spinndüsenauslegungen verwendet werden können.
- Es ist kritisch, daß die Segmente derart angeordnet sind, daß die vier Hohlräume der resultierenden Filamente von den Ecken weg ausgerichtet und mit den Seiten der Kontur des Filamentquerschnitts ausgefluchtet sind. Die Segmente sind so angeordnet, daß jeder Hohlraum im wesentlichen auf eine Seite des Querschnitts zentriert ist, vergl. Fig. 2-A. Ein Hohlraum ist auf jeder Seite der Kontur angeordnet und befindet sich in im wesentlichen gleichen Abständen zwischen den Ecken dieser jeweiligen Seite. Die Filamente sind ferner gekennzeichnet durch einen massiven axialen Kern, wobei die Hohlräume durchgehen, im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind und vorzugsweise gleiche Abmessungen haben. Es ist ersichtlich, daß Filamente mit Hohlräumen in ihren axialen Kernen auch ein wirksames Verschmutzungsverhalten haben, wenn auch die Lebensdauer dieser Filamente kleiner als bei Filamenten mit einem massiven axialen Kern sein kann. Ferner ist man unabhängig von der Hohlraumform der Meinung, daß das maximale Verschmutzungsverhalten dann auftritt, wenn die größte Abmessung des Hohlraums an den Seiten, in der Nähe der Ecken des Filaments angeordnet ist.
- Bei einer bevorzugten Gestaltung sind die Segmente so angeordnet, daß sie ein Filament mit dreieckartigen Hohlräumen bilden, wobei der Scheitel jedes Hohlraums auf die zentrale Längsachse des Kerns gerichtet und die Basis jedes Hohlraums im wesentlichen auf eine Seite der Kontur des Filamentquerschnitts zentriert ist, vergl. Fig. 2-A.
- Die Hohlräume sind vorzugsweise V-förmig mit einem Scheitel und einem gekerbten, d.h. einem offen endenden, Teil. Der Scheitel jedes Hohlraums ist auf die zentrale Längsachse der Kontur gerichtet, während die Kerbe jedes Hohlraums zu einer Seite der Kontur gerichtet ist. Jeder Hohlraum befindet sich auf einer entsprechenden Seite der Kontur in einem ungefähr gleichen Abstand zwischen den Ecken dieser Konturseite, vergl. Fig. 7-A.
- Es ist auch wichtig, daß die Querschnittskontur des Filaments frei von im wesentlichen konvexen oder konkaven Kurven ist, obwohl die vier Ecken leicht abgerundet sein können. Wenn der Filamentumfang im wesentlichen konvexe Kurven hat, neigt der gesamte Filamentquerschnitt dazu, kreisförmig zu sein, und das Volumen wird nachteilig beeinflußt. Wenn umgekehrt der Filamentumfang im wesentlichen konkave oder in sich zurückkehrende Kurven hat, werden Flächen geschaffen, die dazu neigen, Schmutz zu sammeln und das Verschmutzungsverhalten zu verringern.
- Die durch die Filamente der Erfindung gezeigte Hauptverbesserung besteht in ihrem besseren Verschmutzungsverhalten. Ferner haben die Filamente eine höhere Lebensdauer, während sie solche Eigenschaften, wie Volumen, Glanz und Teppichdeckkraft, beibehalten.
- Die Filamente der Erfindung eignen sich besonders zur Herstellung von kommerziellen und Wohnungsteppichen, insbesondere gleichmäßigen Schlingenflorteppichen. Die Filamente können zur Bildung von Garnen verwendet werden, die dem Texturieren unterworfen und anschließend durch in der Technik bekannte Techniken in ein Teppichrückenmaterial getuftet werden. Ein bevorzugtes Texturierungsverfahren umfaßt ein Heißluft-Blas-Texturierungsverfahren, wie es in US-Patent 3 186 155 von Breen und Lauterbach beschrieben ist.
- Der Hohlraumprozentsatz des Filamentquerschnitts (Hohlraumgehalt) wurde unter Verwendung eines Du Pont Formanalysators Modell VSA-1 gemessen, der den Bereich der Hohlräume und den Bereich des gesamten Filamentquerschnitt maß. Der Du Pont Formanalysator charakterisiert Textilfasergarnquerschnitte durch Ausführen einer numerischen Analyse an der digitalen Kontur von einzelnen Filamentquerschnitten. Ein einfaches Dividieren des Hohlraumbereichs durch den Querschnittsbereich liefert den Hohlraumprozentsatz des Filamentquerschnitts.
- Es wurden Verschmutzungsverhaltenstests an kommerziellen, gleichmäßig gefärbten Schlingenflorteppichen und an für Wohnungszwecke geeigneten, gleichmäßigen Berberteppichen mit Schlingenflor durchgeführt, die aus den Filamenten der Erfindung bestanden. Bei den Tests wurden die Teppiche durch einen wirksamen Begehungstest (Fußverkehrstest) einer bedeutenden Schmutzmenge ausgesetzt. Typische Begehungsfrequenzen lagen im Bereich von 150 000 bis 1 000 000 bei einer Häufigkeit von ungefähr 60 000 bis 80 000 Begehungen je Woche. Die Begehungen wurden durch ein druckempfindliches Kissen gezählt, das sich unter dem Teppich befand und an einen elektronischen Zähler angeschlossen war. Der Zähler registrierte die Begehungen, wenn der Teppich von durch einen Korridor gehenden Personen betreten wurde.
- Die Abmessungen der Teppichproben können variieren. Die Breite der Teppichprobe beträgt normalerweise ungefähr 6 Fuß, um die Breite des Korridors zu bedecken. Die Länge des Teppichs liegt je nach der verfügbaren Anzahl von Proben normalerweise im Bereich von ungefähr 6 bis 30 Zoll. In diesem Fall hatte der kommerzielle gleichmäßige Schlingenflorteppich Abmessungen von 15 Zoll x 6 Fuß, während der Wohnungsberberteppich Abmessungen von 30 Zoll x 6 Fuß hatte. Die Teppiche wurden unabhängig von der genauen Anzahl der Begehungen nachts gesaugt.
- Messungen des Reflexionsvermögens an unterschiedlichen Teppichproben wurden unter Verwendung einer Minolta Chroma Meter CR-100 Meßvorrichtung wöchentlich durchgeführt. Die CR-100 ist ein kompakter Dreibereichsfarbanalysator zur Messung von reflektierter Objektfarbe. Die Farbablesungen wurden an fünf unterschiedlichen Bereichen auf der Teppichprobe genommen. Das Chroma Meter berechnet ein ΔE (Farbdifferenz) für jede Ablesung.
- Die ΔE-Farbabweichung stellt die gesamte Farbdifferenz dar. Die Gleichung setzt voraus, daß der Farbraum euklidisch (dreidimensional) ist und berechnet ΔE als Quadratwurzel der Summe der Quadrate der drei Komponenten, die die Differenz zwischen Koordinaten der Probe und des Standards wiedergeben, wie durch die folgende Gleichung gezeigt:
- ΔE = [(ΔL*)² + (Δa*)² + (Δb*)²]½,
- worin L* eine Ähnlichkeitsvariable und a* und b* Farbtonkoordinaten sind. Bei Durchführung eines Vergleichstest für das Verschmutzungsverhalten ist es wichtig, alle Proben gleichzeitig zu testen und zu versuchen, den gleichen Fußbodenort beizubehalten. Es wurden auch Schutzmatten verwendet, um unmittelbar am Korridoreingang liegende Teppichproben an der Aufnahme einer unzulässigen Anzahl von Begehungen zu hindern. Dies verhindert systematische Fehler beim Testen. Die Teppichproben bei diesem Test wurden während des Extrudiervorgangs in der Spinnlösung gefärbt. Alle Proben hatten praktisch den gleichen Betrag an Verstreckpräparation. Die Proben wurden vor dem Testen keiner Art von Wasserbehandlung (Färben, Waschen usw.) unterworfen.
- Zur Messung der Verbesserung des Verschmutzungsverhaltens des Filaments der Erfindung wurde ein Modell bebaut, das die unterschiedlichen Filamentquerschnitte darstellte. Die Aufgabe dieses Modells bestand in der quantitativen Messung des Verschmutzungsverhaltens. Zur Durchführung dieser Analyse wurde das Modell unter Verwendung eines massiven klaren quadratischen Kunststoffblocks mit den Abmessungen von 2 Zoll x 2 Zoll gebaut. In jede Hälfte des massiven Blocks wurden dann vier kreisförmige Löcher (Hohlräume) gebohrt zur Bildung eines Blocks mit einem gesamten Lochgehalt (Hohlraumgehalt) von 11 %.
- In einer Hälfte des Blocks wurden die Löcher so gebohrt, daß sich jedes Loch an einer Ecke des Blocks befand. Diese Anordnung stellte herkömmliche Filamente dar, bei denen die Hohlräume mit den Ecken des Filamentquerschnitts fluchten.
- In der verbleibenden Hälfte des Blocks wurden die Löcher so gebohrt, daß jedes Loch mit einer Seite des Blocks ausgefluchtet war. Diese Anordnung stellte die Filamente der Erfindung dar, bei der jeder Hohlraum im wesentlichen auf eine Seite des Filamentquerschnitts zentriert ist.
- Es wurden dann Messungen unter vier unterschiedlichen Betrachtungswinkeln längs der Außenfläche des Blocks vorgenommen zur Bestimmung des Verschmutzungsverhaltens jedes repräsentativen Querschnittsmodells. Die erste Messung erfolgte an der flachen Seite (Bezugswinkel 0º) und dann in 15º- Intervallen bis zu 45º, was die Ecke war. Jegliche Messungen über den 45º-Punkt hinaus waren Spiegelbilder der originalen vier Punkte und wiederholten sich um die Fläche. Die Messungen wurden als Prozentsatz des Verschmutzungsverhaltens bei jedem Betrachtungswinkel aufgezeichnet. Das Verschmutzungsverhalten wurde berechnet durch Messen der Summe der Breiten der Bänder der visuellen Verzerrung über der Gesamtbreite des Blocks und durch Dividieren durch die Gesamtbreite des Blocks. Hierdurch änderte sich die Gesamtbreite des Blocks bei jedem Betrachtungswinkel, d.h. bei 0º war die Gesamtbreite die tatsächliche Breite des Blocks (2 Zoll). Bei 45º war die Gesamtbreite gleich der Länge der Diagonale über der Würfelfläche (2,8 Zoll). Die Formel ist die folgende:
- Verschmutzungsverhalten = WD (Zoll)/WB (Zoll) x 100
- worin WD die Breite der visuellen Verzerrung und WB die Gesamtbreite des Blocks sind.
- Die relative Viskosität (RV) von Nylon 66 ist das Verhältnis der absoluten Viskosität einer Lösung von 8,4 Gew.-% Nylon 66 (auf Trockengewichtsbasis) , aufgelöst in Ameisensäurelösung (90 % Ameisensäure und 10 % Wasser), zur absoluten Viskosität der Ameisensäurelösung, wobei beide absoluten Viskositäten bei 25 ºC gemessen werden. Vor dem Wiegen werden die Polymerproben zwei Stunden in Luft mit 50 % relativer Feuchtigkeit konditioniert.
- Die relative Viskosität von Polyethylenterephthalat, gemessen in Hexafluorisopropanol (HRV), ist das Verhältnis einer Lösung von 4,75 Gew.-% Polyethylenterephthalat (auf Trockengewichtsbasis), aufgelöst in Hexafluorisopropanol, zur absoluten Viskosität von Hexafluorisopropanol, wobei beide absoluten Viskositäten bei 25 ºC gemessen werden.
- Die obigen Testverfahren wurden bei den folgenden Beispielen angewendet. Diese Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung, sind aber nicht als Begrenzung des Bereichs der Erfindung aufzufassen.
- Bei diesem Beispiel wurden Polypropylenfilamente mit unterschiedlichen Querschnitten hergestellt.
- Polypropylenfilamente mit Querschnitten, wie sie in Fig. 2-A gezeigt sind, wurden durch das folgende Verfahren hergestellt.
- Eine Polypropylenpolymer mit 10,8 % MFI (Schmelzindex) enthaltende Schmelzspinnlösung wurde hergestellt durch Schmelzen des Polymers bei 260 ºC und gemeinsames Fördern mit einem ungefähr 3 %-igen hellbeigen Farbkonzentrat in einem Schneckenextruder. Die Schmelzspinnlösung wurde dann bei 4,1 Gramm/Minute/Loch durch eine Spinndüse mit der in Fig. 2 gezeigten Gestalt gesponnen. Gemäß Fig. 2 betrug der Außendurchmesser A der Spinndüsenkapillare 0,0791 Zoll. Die Breite B der Umfangsspeichen 5 betrug 0,0080 Zoll, während die Breite C der radialen Speichen 6 0,0065 Zoll betrug. Der Abstand D zwischen den Enden der radialen Speichen betrug 0,0100 Zoll, während der Abstand E zwischen den Enden der Umfangsspeichen 0,0079 Zoll betrug. Die Tiefe der Kapillare betrug 0,035 Zoll, und das Verhältnis (0,035/0,0065) von Länge zu Durchmesser (L/D) betrug ungefähr 5,4.
- Gemäß Fig. 3 gelangten die Filamente von der Spinndüse 11 in einen Abschreckschacht 12 mit einem Durchsatz von 120 Filamenten je Faden, wo ein Kühlgas mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1,3 Fuß/sec an den heißen Filamenten 13 vorbeigeblasen wurde. Die Filamente wurden aus der Spinndüse 11 und durch die Abschreckzone mittels einer Zug- oder Zuführwalze 14 gezogen, die mit 815 Yard/Minute rotierte. Nach dem Abschrecken in Luft bei einer Temperatur von ungefähr 15 ºC wurden die Filamente durch Berühren einer Präparationsappliziereinrichtung 15 mit wäßriger Flüssigkeit (einem Gemisch aus Wasser und nichtwäßrigem Verstreckpräparationsmaterial) behandelt. Danach bewegten sich die Filamente über die geheizte (65 ºC) Zuführungswalze 14 zu erhitzten (135 ºC), mit 2656 Yard/Minute rotierenden Verstreckwalzen 16. Im Anschluß an das Verstrecken wurden die erhitzten Filamente durch einen mit Heißluft arbeitenden Blas-Texturierprozeß 17 von der in US-Patent 3 186 155 von Breen und Lauterbach beschriebenen Art gekräuselt. Die Texturierlufttemperatur betrug 165 ºC. Das heiße Fluid wurde zusammen mit den Fadensträngen auf eine rotierende Trommel 18 mit perforierter Oberfläche geblasen, auf der die Garne zum Aushärten der Kräuselung abgekühlt wurden. Die Fadenstränge gelangten von der Trommel 18 in texturierter Form zu zwei angetriebenen Aufnahmewalzen 19 und auf rotierende Kerne 20 und 20a zur Bildung von Wickelkörpern 21 und 21a. Der Hohlraumprozentsatz der Filamente betrug ungefähr 13 %.
- Polypropylenfilamente mit Querschnitten gemäß Fig. 1-A wurden durch die zur Herstellüng der Probe A Filamente beschriebenen Verfahren mit dem Unterschied hergestellt, daß die Schmelzspinnlösung durch eine Spinndüse mit der in Fig. 1 gezeigten Gestalt versponnen wurde. Gemäß Fig. 1 betrug der Außendurchmesser F der Spinndüsenkapillare 0,0791 Zoll. Die Breite G der Umfangsspeichen 22 betrug 0,0087 Zoll, während die Breite H der radialen Speichen 23 0,0065 Zoll betrug. Der Abstand J zwischen den Enden der radialen Speichen betrug 0,0142 Zoll, während der Abstand K zwischen den Enden der Umfangsspeichen 0,0060 Zoll betrug. Die Tiefe der Kapillare betrug 0,035 Zoll, und das Verhältnis (0,035/0,0065) von Länge zu Durchmesser (L/D) betrug ungefähr 5,4. Der Hohlraumprozentsatz der Filamente betrug ungefähr 12 %.
- Danach wurden Garnbündel aus den oben beschriebenen Polypropylenfilamenten, nämlich Probe A und Vergleichsprobe B, in jeweils gesonderte Grundgewebe eingesetzt, und es wurde Latex aufgebracht. Die Garne wurden als Schlingen eingesetzt, um kommerzielle und für Wohnungszwecke geeignete gleichmäßige Schlingenflorteppichproben zu bilden. In den folgenden Tabellen sind die Teppiche mit Garnbündeln aus Probe A Filamenten als Probe A (kommerziell) und A-1 (Wohnung) Teppiche bezeichnet, während Teppiche mit Garnbündeln aus Vergleichsbeispiel B Filamenten als Vergleichsbeispiel B (kommerziell) und B-1 (Wohnung) Teppiche bezeichnet sind.
- Die Garne der Proben für kommerzielle Teppiche hatten eine Verstreckpräparation in einer Größe von 0,55 %. Die Garnbündel bestanden aus Einzelfäden mit einem Grundgarn von 2500 Denier und 120 Filamenten je Garnbündel. Die Teppichproben hatten ein Grundgewicht von 20 Unzen/Yard² mit einer Florhöhe von 0,187 Zoll. Bei dem Teppichaufbau erfolgte keine Naßbehandlung, um auf den Garnen ein konstantes Präparationsniveau einzuhalten.
- Die Teppichproben (A und B) für kommerzielle Teppiche wurden hinsichtlich Teppichverschmutzungsverhalten getestet. Jede Probe wurde 491 000 Begehungen unterworfen, was die typische Lebensdauer eines kommerziellen Teppichs darstellt. In bis zur Häufigkeit von 491 000 führenden unterschiedlichen Intervallen wurden ΔE-Verschmutzungsmessungen durchgeführt. Die Ergebnisse der Tests sind in der folgenden Tabelle I dargestellt. Tabelle I (ΔE) Begehungen Probe B (Vergleich) M* = tausend
- Die Garne für Wohnungsberberteppiche wurden hergestellt durch mit Luft erfolgendes Verschlingen von 6 Enden der oben beschriebenen kommerziellen Garne mit 2500 Denier. Die Garnbündel hatten einen Titer von 15 000 Denier mit 720 Filamenten je Garnbündel. Die Garne hatten eine Verstreckpräparation in der Größe von 0,55 %. Diese Garne mit grobem Garntiter wurden auf einer Maschine mit 1/4-Teilung zur Herstellung gleichmäßiger Schlingen mit 40 Unzen/Yard² getuftet. Die Florhöhe für den fertigen Teppich betrug 0,375 Zoll. Die Teppiche hatten ein Grundgewebe mit für die Abmessungsstabilität aufgebrachtem Latex, wobei während des Teppichaufbaus keine Naßverarbeitung erfolgte, um auf den Garnen ein konstantes Präparationsniveau aufrechtzuerhalten.
- Die Proben (A-1 und B-1) für Wohnungsteppiche wurden bei 340 000 Begehungen auf dem Boden getestet (Wohnungsanwendungen erfordern nicht so viele Begehungen wie kommerzielle Anwendungen). Die Ergebnisse der Tests sind in der folgenden Tabelle II gezeigt. Tabelle II (ΔE) Begehungen Probe B-1 (Vergleich) M* = tausend
- In diesem Beispiel wurden durch die in Beispiel 1 beschriebenen beiden Verfahren Polypropylenfilamente hergestellt, wobei Garnbündel mit unterschiedlichem Grundgarntiter bereitet wurden.
- Durch das zur Herstellung von Probe A Filamenten beschriebene Verfahren wurden Polypropylenfilamente mit Querschnitten gemäß Fig. 2-A hergestellt.
- Durch das zur Herstellung der Vergleichsprobe B-Filamente beschriebene Verfahren wurden Polypropylenfilamente mit Querschnitten gemäß Fig. 1-A hergestellt.
- Garnbündel aus den oben beschriebenen Polypropylenfilamenten, nämlich Probe C und Vergleichsprobe D, wurden dann in jeweils gesonderte Grundgewebe eingesetzt, und es wurde Latex aufgetragen. Zur Bildung von Proben für kommerzielle Schlingenteppiche wurden Garne als Schlingen eingesetzt. In der folgenden Tabelle III sind Teppiche mit Garnbündeln aus Probe C Filamenten als Probe C und C-1 Teppiche bezeichnet, während Teppiche mit Garnbündeln aus Vergleichsprobe D Filamenten als Vergleichsprobe D und D-1 Teppiche bezeichnet sind. Die Garnbündel hatten ein Grundgarn von 1320 Denier mit 70 Filamenten je Bündel. Die Garnbündel wurden hergestellt durch Luftkräuselung von drei Enden des Grundgarns (Proben C und D) oder von vier Enden des Grundgarns (Proben C-1 und D-1). Die Teppichproben hatten ein Grundgewicht von 22 Unzen/Yard² bei einer Florhöhe von 0,218 Zoll und wurden mit 352 000 Begehungen getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle III gezeigt. Tabelle III (ΔE) Begehungen Probe (Vergleich) M* = tausend
- In diesem Beispiel wurde das Filamentquerschnittsmodell verwendet. Eine Messung erfolgte zur Bestimmung des Verschmutzungsverhaltens, das ein Filamentquerschnitt bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln zeigen könnte. Die erste Messung erfolgte an einer ebenen Fläche und ist als 0º- Betrachtungswinkel bezeichnet. Eine Rechnung erfolgte durch Dividieren der visuellen Verzerrungsbreite durch die Gesamtbreite. Die visuelle Verzerrungsbreite und die Gesamtbreite änderten sich bei jedem Betrachtungswinkel. Nach Ausführung der 0º-Messung erfolgten Messungen bei 15º, 30º und 45º ausgehend vom 0º-Winkel. Der 45º-Winkel ist der Eckpunkt des Filamentquerschnitts. Diese vier Winkelmessungen stellten ein Spektrum des Filamentquerschnitts dar, was sich wiederholt um die Oberfläche der vier Lochquadrate fortsetzte. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV angegeben. Tabelle IV Verschmutzungsverhalten (%) / Betrachtungswinkel Betrachtungswinkel Gesamtwirkungsgrad Probe F (Vergleich) Probe E: Diese Probe stellt die Filamente der Erfindung dar, wobei jeder Hohlraum im wesentlichen auf eine Seite des Filamentquerschnitts zentriert ist. Probe F: Diese Probe stellt herkömmliche Filamente dar, wobei die Hohlräume auf die Ecken des Filamentquerschnitts ausgerichtet sind.
- Bei diesem Beispiel wurden Nylon 66 Filamente mit denjenigen von Fig. 4 ähnlichen Querschnitten und mit dem Hauptunterschied runder geformter Hohlräume durch das folgende Verfahren hergestellt.
- Nylon 66 Polymer (Polyhexamethylenadipamid) mit einer relativen Viskosität (RV) von ungefähr 41 wurde durch einen in fester Phase erfolgenden Polymerisationsprozeß zu einer höheren RV von ungefähr 72 weiterpolymerisiert, bei 288 ºC in einem Schraubenschmelzofen geschmolzen und mit 4,3 Gramm/Loch/Minute durch eine Spinndüse mit der in Fig. 2 gezeigten Gestalt und in einen Abschreckschacht gesponnen.
- Die Spinndüse hatte die folgenden Abmessungen. Der Außendurchmesser A der Spinndüsenkapillare betrug 0,0791 Zoll. Die Breite B der Umfangsspeichen 5 betrug 0,0080 Zoll, während die Breite C der radialen Speichen 6 0,0065 Zoll betrug. Der Abstand D zwischen den Enden der radialen Speichen betrug 0,0100 Zoll, während der Abstand E zwischen den Enden der Umfangsspeichen 0,0079 Zoll betrug. Die Tiefe der Kapillare betrug 0,035 Zoll, und das Verhältnis (0,035/0,0065) von Länge zu Durchmesser (L/D) betrug ungefähr 5,4.
- Die Abschreckluftstromgeschwindigkeit betrug ungefähr 2,2 Fuß/sec, und die Temperatur der Luft betrug 10 ºC. Die Filamente wurde mit wäßriger Flüssigkeit (einem Gemisch aus Wasser und nicht wäßrigem Verstreckpräparationsmaterial) behandelt, durch die mit 858 Yard/Minute rotierende Zuführungswalze gezogen und durch zwei auf 205 ºC erhitzte Walzen mit einem Verstreckungsverhältnis von 2,7 verstreckt. Im Anschluß an das Verstrecken wurden die erhitzten Filamente mit einem mit Heißluft (230 ºC) arbeitenden Blas- Texturierprozeß der in Beispiel 1 beschriebenen Art gekräuselt. Der Titer je Filament betrug ungefähr 19 Denier. Der Hohlraumprozentsatz der Filamente betrug ungefähr 9 %.
- Es wurden Garnbündel aus den oben beschriebenen Filamenten hergestellt. Die Garnbündel waren zweifädig mit ungefähr 860 Denier je Faden und 45 Filamenten je Faden (Bündel).
- In diesem Beispiel wurden Nylonfilamente mit Querschnitten gemäß Fig. 4 durch das folgende Verfahren hergestellt.
- Nylon 66 Polymer (Polyhexamethylenadipamid) mit einer relativen Viskosität (RV) von ungefähr 41 wurde durch einen mit fester Phase arbeitenden Polymerisationsprozeß auf eine höhere RV von ungefähr 92 polymerisiert, bei 288 ºC in einem Schraubenschmelzofen geschmolzen und mit 4,3 Gramm/Loch/Minute durch eine Spinndüse mit der in Fig. 2 gezeigten Gestalt und in einen Abschreckschacht gesponnen.
- Die Spinndüse hatte die gleichen Abmessungen wie die Spinndüse in Beispiel 4.
- Die Abschreckluftstromgeschwindigkeit betrug ungefähr 2,2 Fuß/sec, und die Temperatur der Luft betrug 10 ºC. Die Filamente wurden mit wäßriger Flüssigkeit (einem Gemisch aus Wasser und nicht wäßrigem Verstreckpräparationsmaterial) behandelt, durch die mit 858 Yard/Minute rotierende Zuführungswalze gezogen und durch zwei auf 205 ºC erhitzte Walzen mit einem Verstreckungsverhältnis von 2,7 verstreckt. Im Anschluß an das Verstrecken wurden die erhitzten Filamente mit einem mit Heißluft (230 ºC) arbeitenden Blas-Texturierprozeß der in Beispiel 1 beschriebenen Art gekräuselt. Der Titer je Filament betrug ungefähr 19 Denier. Der Hohlraumprozentsatz der Filamente betrug ungefähr 11 %.
- Es wurden Garnbündel aus den oben beschriebenen Filamenten hergestellt. Die Garnbündel waren zweifädig mit ungefähr 860 Denier je Faden und 45 Filamenten je Faden (Bündel). Die Beziehung der relativen Viskosität RV zum Hohlraumprozentsatz der Filamente ist in Tabelle V gezeigt. Tabelle V Relative Viskosität / Hohlraumgehalt Beispiel Nr. Relative Viskosität (RV) Hohlraumprozentsatz
- In diesem Beispiel wurden Polyesterfilamente mit Querschnitten gemäß Fig. 5 durch das folgende Verfahren hergestellt.
- Polyethylenterephthalatpolymer mit einer in Hexafluorisopropanol (HRV) gemessenen relativen Viskosität von 24 wurde bei 281 ºC in einem Schraubenschmelzofen geschmolzen, durch eine Filterpackung geleitet und durch eine Spinndüse mit der in Fig. 2 gezeigten Gestalt bei einem Durchsatz von 3,0 Gramm je Minute je Loch gesponnen.
- Die Spinndüse hatte die gleichen Abmessungen wie die Spinndüse in Beispiel 4. Der Außendurchmesser der Spinndüsenkapillare betrug 0,0791 Zoll. Die Breite der Umfangsspeichen betrug 0,0080 Zoll, während die Breite der radialen Speichen 0,0065 Zoll betrug. Der Abstand zwischen den Enden der radialen Speichen betrug 0,0100 Zoll, während der Abstand zwischen den Enden der Umfangsspeichen 0,0079 Zoll betrug. Die Tiefe der Kapillare betrug 0,035 Zoll, und das Verhältnis (0,035/0,0065) von Länge zu Durchmesser (L/D) betrug ungefähr 5,4.
- Es waren 6 Filamente je Faden vorhanden. Die extrudierten Filamente bewegten sich durch eine Kammer, wo sie im Querstrom mit Luft bei Raumtemperatur abgeschreckt und mit wäßriger Flüssigkeit (einem Gemisch aus Wasser und nicht wäßrigem Verstreckpräparationsmaterial) behandelt wurden. Das Garn wurde mit einer Zuführungswalzengeschwindigkeit von 560 Yard/Minute gezogen und mit einem Verstreckungsverhältnis von 2,5X verstreckt. Der Titer je Filament betrug 21 Denier. Der Hohlraumprozentsatz der Filamente betrug ungefähr 6 %. Es wurden aus den oben beschriebenen Filamenten zusammengesetzte Garnbündel hergestellt.
- Bei diesem Beispiel wurden Polyesterfilamente mit Querschnitten gemäß Fig. 6 durch das folgende Verfahren hergestellt.
- Polyethylenterephthalatpolymer mit einer in Hexafluorisopropanol (HRV) gemessenen relativen Viskosität von 24 wurde bei 281 ºC in einem Schraubenschmelzofen geschmolzen, durch eine Filterpackung geleitet und durch eine Spinndüse mit der in Fig. 2 gezeigten Gestalt bei einem Durchsatz von 3,0 Gramm je Minute je Loch gesponnen.
- Die Spinndüse hatte die gleichen Abmessungen wie die Spinndüse in Beispiel 6 mit Ausnahme des Außendurchmessers. Der Außendurchmesser der Spinndüsenkapillare betrug 0,0120 Zoll.
- Es waren 6 Filamente je Faden vorhanden. Die extrudierten Filamente bewegten sich durch eine Kammer, wo sie im Querstrom mit Luft bei Raumtemperatur abgeschreckt und mit wäßriger Flüssigkeit (einem Gemisch aus Wasser und wäßrigem Verstreckpräparationsmaterial) behandelt wurden. Das Garn wurde mit einer Zuführungswalzengeschwindigkeit von 560 Yard/Minute gezogen und mit einem Verstreckungsverhältnis von 2,5X verstreckt. Der Titer je Filament betrug ungefähr 21 Denier. Der Hohlraumprozentsatz der Filamente betrug ungefähr 9 %. Es wurden aus den oben beschriebenen Filamenten aufgebaute Garnbündel hergestellt.
- Nylon Filamente mit Querschnitten gemäß Fig. 7A wurden durch das folgende Verfahren hergestellt.
- Nylon 66 Polymer (Polyhexamethylenadipamid) mit einer relativen Viskosität von ungefähr 41 wurde durch einen in fester Phase ablaufenden Polymerisationsprozeß zu einer höheren RV von ungefähr 78 weiter polymerisiert, bei 285 ºC in einem Schraubenschmelzofen geschmolzen und mit 4,3 Gramm/Loch/Minute durch eine Spinndüse mit der in Fig. 7 gezeigten Gestalt und in einen Abschreckschacht gesponnen.
- Gemäß Fig. 7 betrug der Außendurchmesser L der Spinndüsenkapillare 0,0900 Zoll. Die Breite M der Umfangsspeichen betrug 0,0032 Zoll, während die Breite N der radialen Speichen 0,0024 Zoll betrug. Die Länge O der radialen Speichen betrug 0,0100 Zoll. Die Breite P der inneren Speichen 0,0027 Zoll, und die Länge Q der inneren Speichen betrug 0,0550 Zoll. Die Tiefe der Kapillare betrug 0,015 Zoll.
- Die Abschreckluftstromgeschwindigkeit betrug ungefähr 2,2 Fuß/sec und die Temperatur der Luft 10 ºC. Die Filamente wurden mit einer Spinnpräparation behandelt, durch eine mit 858 Yard/Minute rotierende Zuführungswalze gezogen und durch zwei auf 205 ºC erhitzte Walzen mit einem Verstreckungsverhältnis von 2,7 verstreckt. Im Anschluß an das Verstrecken wurden die erhitzten Filamente mit einem mit heißer Luft (230 ºC) arbeitenden Blas-Texturierprozeß der in US-Patent 3 186 155 von Breen und Lauterbach beschriebenen Art gekräuselt. Der Titer des Bündels betrug 1222 Denier. Der Titer je Filament betrug ungefähr 19 Denier. Der Hohlraumprozentsatz der Filamente betrug ungefähr 15,8 %.
- Nylon Filamente mit Querschnitten gemäß Fig. 8A wurden durch das zur Herstellung der Filamente von Fig. 8 beschriebene Verfahren mit dem Unterschied hergestellt, daß
- (a) die Schmelzspinnlösung durch eine Spinndüse mit der in Fig. 8 gezeigten Gestalt gesponnen wurde,
- (b) die RV 72 betrug und
- (c) der Abschreckstrom 1,9 Fuß/sec betrug.
- Gemäß Fig. 8 betrug der Außendurchmesser R der Spinndüsenkapillare 0,0800 Zoll. Die Breite S der Umfangsspeichen betrug 0,0031 Zoll, während die Breite T der radialen Speichen 0,0024 Zoll betrug. Der Abstand U zwischen den Umfangsspeichen betrug 0,0080 Zoll und der Abstand V zwischen den radialen Speichen 0,0150 Zoll. Die Kapillarentiefe betrug 0,004 Zoll.
- Der Titer des Bündels betrug 1219 Denier. Der Titer je Filament betrug ungefähr 19 Denier. Der Volumenprozentsatz der Filamente betrug ungefähr 15,3 %.
- Proben A (Beispiel 8) und B (Beispiel 9) wurden in gleichmäßige Schlingenflorteppiche von 22 Unzen/Yard² mit einer Florhöhe von 3/16 Zoll umgewandelt. Die Teppiche wurden mit Bernylongelb 3G hellgelb gefärbt. Die Hälfte jedes Teppichs erfuhr eine Behandlung mit "DURATECH", einer von der Du Pont Company gelieferten Fluorchemikalie.
- Die Teppichproben (A und B mit und ohne Fluorchemikalienbehandlung) wurden auf Teppichverschmutzungsverhalten getestet. ΔE-Verschmutzungsmessungen wurden in unterschiedlichen Intervallen durchgeführt. Die Testergebnisse sind in der folgenden Tabelle gezeigt. Tabelle VI (ΔE) Begehungen Probe (Vergleich) Fluorchemikalie * M = tausend
Claims (12)
1. Endlosfilament enthaltend ein thermoplästisches
synthetisches Polymer,
gekennzeichnet
durch einen massiven axialen Kern und vier im
wesentlichen gleichmäßig verteilte durchgehende Hohlräume, einen
Hohlraumgehalt von ungefähr 6 bis 25 % und eine
vierseitige Querschnittskontur, die frei von im wesentlichen
konvexen und konkaven Kurven ist, wobei jeder Hohlraum im
wesentlichen auf eine Seite der Kontur zentriert ist.
2. Endlosfilament nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräume dreieckartig sind und daß der Scheitel
jedes Hohlraums zur zentralen Längsachse des Kerns
gerichtet und die Basis jedes Hohlraums im wesentlichen auf
eine Seite der Kontur zentriert ist.
3. Endlosfilament nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräume V-förmig sind und der Scheitel jedes
Hohlraums auf die zentrale Längsachse des Kerns und die
Kerbe jedes Hohlraums auf eine Seite der Kontur zentriert
ist.
4. Endlosfilament nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
die Hohlräume im wesentlichen gleiche Abmessungen haben.
5. Endlosfilament nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
das Polymer ein Polyolefin, ein Polyamid oder ein
Polyester ist.
6. Endlosfilament nach Anspruch 5, wobei das Polymer
Polypropylen ist.
7. Endlosfilament nach Anspruch 5, wobei das Polymer Nylon
66 ist.
8. Endlosfilament nach Anspruch 5, wobei das Polymer
Polyethylenterephthalat ist.
9. Teppichgarn, enthaltend die Filamente nach Anspruch 1 bis
8.
10. Teppichgarn, enthaltend das Garn nach Anspruch 9.
11. Spinndüse zur Extrudierung eines Endlosfilaments nach
einem der Ansprüche 1 bis 10, enthaltend eine Platte mit
oberen und unteren Flächen, die durch eine vierseitige
geschlitzte Kapillare miteinander verbunden sind, wobei
die Schlitze (1 bis 4) vier im wesentlichen gleichmäßig
verteilte Segmente (7 bis 10) bilden, wobei jedes Segment
im wesentlichen auf eine Seite der Kapillare zentriert
ist.
12. Spinndüse nach Anspruch 11, wobei die Segmente (7 bis 10)
dreieckartig sind, wobei der Scheitel jedes Segments (7
bis 10) auf die zentrale Längsachse der Kapillare
gerichtet und die Basis jedes Segments im wesentlichen auf eine
Seite der Kapillare zentriert ist.
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