DE69911525T2

DE69911525T2 - Polyester-filamentgarn

Info

Publication number: DE69911525T2
Application number: DE69911525T
Authority: DE
Inventors: Mie Ibaraki-shi YOSHIMURA; Toshimasa Kuroda
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2019-03-20
Also published as: KR20010012713A; DE69911525T3; JPH11269719A; EP0977913B2; CN1279229C; US6136435A; HK1067390A1; EP0977913B1; CN1272148A; CN1158413C; TW442583B; KR100551468B1; JP3769379B2; ID25607A; EP0977913A1; WO1999047735A1; CN1515709A; DE69911525D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polyesterfilamentgarn mit verbesserten Wicklungseigenschaften und einer stark erhöhten Restdehnung sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Polyesterfilamentgarn mit den verbesserten Wicklungseigenschaften und der stark gesteigerten Restdehnung, welches erhalten wird, indem eine Schmelze aus einer Mischung aus einem Polyesterharz und aus Partikeln aus einem Additionspolymerisationsprodukt eines ungesättigten Monomers, welche eine spezifische Wärmeverformungstemperatur (T) aufweisen und in der Schmelze aus dem Polyesterharz dispergiert sind, durch Schmelzextrusion der Schmelzemischung herstellt und das entstandene Polyesterfilamentgarn bei hoher Geschwindigkeit aufgenommen werden, um zu verursachen, dass die in jedem Filament dispergierten Additionspolymerisationsproduktpartikel entlang der Längsachse des Filaments gedehnt werden, mit der Maßgabe, dass das Filament einen nicht-hohlen Kreisquerschnitt aufweist und die Verteilungsdichte der Partikel in einer Ringfläche zwischen zwei konzentrischen Kreisen mit Radien, die 1/3 und 2/3 des Radius des kreisförmigen Querschnitts des Filaments entsprechen, maximiert wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des Garns.
STAND DER TECHNIK
In Schmelzspinnverfahren für ein Polyesterfilamentgarn trägt eine möglichst große Steigerung der Extrudiergeschwindigkeit des Polymers durch eine Spinndüse signifikant zur Erhöhung der Produktivität des Polyesterfilamentgarns bei. In der gegenwärtigen Faser-Industrie wird die obige Steigerung der Extrudiergeschwindigkeit als bevorzugt im Hinblick auf eine Kostenverringerung bei der Produktion des Polyesterfilamentgarns erachtet.
Als typische Maßnahme zur Steigerung der Produktivität des Polyesterfilamentgarns ist ein Verfahren bekannt, wobei das extrudierte Polyesterfilamentgarn bei erhöhter Geschwindigkeit aufgenommen wird, um die Extrudiergeschwindigkeit des Polyesterfilamentgarns durch die Spinndüse zu steigern. Da allerdings bei diesem herkömmlichen Verfahren die Aufnahmegeschwindigkeit des extrudierten Polyesterfilamentgarns hoch ist und somit der Orientierungsgrad der Polyestermoleküle in jedem Polyesterfilament erhöht wird, weist das entstandene Filamentgarn in nachteiliger Weise eine verringerte Restdehnung auf. Daher sinkt natürlich das maximale Zug-Verhältnis des Polyesterfilamentgarns in der anschließenden Ziehstufe oder Zug-Falschzwirnungsstufe ab. Somit macht das nachteilige Absinken bei den Zieheigenschaften des Polyesterfilamentgarns in der Zieh- oder Zug-Falschzwirnungsstufe den Effekt zur Erhöhung der Extrudiergeschwindigkeit wegen des Anstiegs bei der Aufnahmegeschwindigkeit wett.
Als ein Mittel zur Lösung des obigen Problems ist in EP 47464-A1 ein Polyesterfilamentgarn-Herstellverfahren offenbart, wobei ein Additionspolymerisationsprodukt eines ungesättigten organischen Monomers als ein Filamentdehnungsverstärkungsmittel zu einem Polyesterharz gegeben wird, um die Restdehnung des entstandenen Schmelze-gesponnenen Polyesterfilamentgarns zu erhöhen. Bei diesem Verfahren der europäischen Patentanmeldung werden auf z. B. Seite 9, Zeile 3, das in der Partikelform-Molekulargröße im Polyesterharz fein dispergierte Additionspolymerisationsprodukt und die entstandenen Feinpartikel des Polymers dahingehend angesehen, dass sie als Roller oder Läufer für das Polyesterharz dienen. Die europäische Patentanmeldung offenbart als ein praktisches Beispiel des Additionspolymerisationsprodukts "DELPET 80N". In einem tatsächlichen Messergebnis ergab das Polymer eine Wärmeverformungstemperatur von 98°C.
Das obige Verfahren der europäischen Patentanmeldung eignet sich zur Erzeugung eines partiell (oder prä-)orientierten Polyesterfilamentgarns (POY) und eines in der Schmelze gesponnenen Polyesterfilamentgarns mit einer hohen Restdehnung, nämlich eines Als-ob-Spinnfilamentgarns, und eines Polyesterfilamentgarns (FOY), das unter einer Superhochgeschwindigkeit mit einem gekoppelten Spinn- und Ziehverfahren erzeugt wurde. Als die Erfinder der vorliegenden Erfindung allerdings versuchten, das Als-ob- bzw. Schein-Spinnpolyesterfilamentgarn gemäß der europäischen Patentanmeldung mit der hohen Restdehnung durch Anwendung eines handelsüblichen Wicklers aufzuwickeln, wurden sie mit neuen Problemen konfrontiert.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung hatten nämlich herausgefunden, dass in der Praxis das Als-ob- bzw. Schein-Spinnpolyesterfilamentgarn mit dem herkömmlichen Wickler nicht aufgewickelt und eine Wickelpackung des Garns nicht gebildet werden konnten. Als Phänomen, das mit diesem Problem zusammenhängt, ist herausgefunden worden, dass, da eines oder mehrere Filamente im Garn nur ein geringes Querdruckverhalten ergaben, in der entstandenen Wickelpackung ein Kötz-Webungs-Phänomen auftrat, wobei das Garn aus dem in Form eines normalen Umkreiswicklungszustands vorliegenden Kantenbereich herausfiel und eine unregelmäßige Wicklung im Kantenbereich davon ergab, wodurch die Oberfläche des Kantenbereichs und dadurch die Wickelpackung selbst zerstört wurden. Ferner tat ein Zerfließen des Garns auf der Garnpackung beim Aufspulen des Garns auf, und dieses Phänomen verursachte ein Bersten der Packung. Somit können diese Phänomene einen fatalen Schlag gegen das Polyesterfilamentgarn verursachen.
Die Gründe für die obigen Probleme sollen darauf beruhen, dass, da die Additionspolymerisationsproduktpartikel mit dem Polyesterharz nicht kompatibel sind und als Roller oder Läufer für das Polyesterharz dienen, diese Partikel vornehmlich auf der äußeren Oberfläche des Polyesterfilaments ausbluten, um zu verursachen, dass die äußere Oberfläche zu rau wird und somit die Reibung der Filamente miteinander (F/F-Reibung) und die Reibung der Filamente mit einem Metall (F/M-Reibung) absinken. Daher verschlechtern sich die Wicklungseigenschaften des entstandenen Polyesterfilamentgarns oder werden ungleichmäßig.
Zur Verhinderung des Absinkens der F/F-Reibung und der F/M-Reibung geht der Durchschnittsfachmann davon aus, ein Mittel bereitzustellen, wobei ein Ölungsmittel zur Steigerung der F/F-Reibung und der F/M-Reibung auf das extrudierte Polyesterfilamentgarn angewandt und dann das geölte Garn aufgenommen und gewickelt werden. Reibungssteigerungsmittel schließen ein Alkylenoxid-Additionsprodukt, das mit einem aromatischen Ring oder polyhydrischen Alkohol modifiziert ist, z. B. Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Polyoxyethylennonylphenylstearat, Polyoxyethylen-p-phenylether und Polyoxyethylenbenzylphenylphenolether und Glycerylpropylenoxid (PO)/Ethylenoxid (EO)-Additionsprodukte, Sorbit-PO/EO-Additionsprodukte und Sorbitan-PO/EO-Additionsprodukte ein. Auch schließen Reibungssteigerungsmittel niederviskose Verbindungen mit nur geringen Schmiereigenschaften, z. B. Polypropylenglycol mit einem niedrigen Molekulargewicht von 500 bis 700, Kolophoniumester und Silika, ein.
Tatsächlich konnte, als das Reibungssteigerungsmittel auf das extrudierte Polyesterfilamentgarn vor der Aufwicklung angewandt wurde, eine Garnpackung in guter Form hergestellt werden. Als das aufgewickelte Polyesterfilamentgarn allerdings von der Packung abgezogen und einer anschließenden Verarbeitung, z. B. einem Zieh- oder Falsch-Zwirnungs-Verfahren unterzogen wurde, traten häufig die Bildung von Flusen und ein Bruch des Garns auf, und somit konnte die Verarbeitung nicht fortgesetzt und nur ein geringerwertiges Garn erzeugt werden. Daher wurden durch die Anwendung des Reibungssteigerungsmittels die obigen Probleme im wesentlichen nicht gelöst.
Der Begriff "verbesserte Wicklungsleistung", wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, betrifft das Leistungsvermögen des Polyesterfilamentgarns dahingehend, dass das Polyesterfilamentgarn stabil und glatt in einer Zieh- oder Zug-Texturierverarbeitungsstufe ohne Verwendung eines oben beschriebenen Ölungsmittels aufgewickelt werden kann, welches die Bildung von Flusen oder eines Bruchs des Garns verursachen könnte.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Polyesterfilamentgarn bereitzustellen, das frei von dem fatalen Mangel ist, dass nämlich ein herkömmliches Polyesterfilamentgarn, das unter einem Hochgeschwindigkeitsschmelzspinnverfahren zusammen mit der Verwendung eines Filamentdehnungsverstärkungsmittels erzeugt wurde, nicht aufgewickelt werden kann, wobei aber das Niveau der Restdehnung des entstandenen Garns zumindest auf dem gleichen Niveau des genannten herkömmlichen Garns gewährleistet bleibt. Ein Verfahren zur Herstellung des Garns wird ebenfalls angegeben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Polyesterfilamentgarn bereitzustellen, das frei von einem weiteren Mangel dahingehend ist, dass das herkömmliche Garn nicht glatt in den anschließenden Verarbeitungsstufen wegen des Auftretens von Flusen und von Garnbruch verarbeitet werden kann. Ein entsprechend verbessertes Verfahren zur Herstellung des Garns wird ebenfalls angegeben.
Die obigen Aufgaben werden durch das Polyesterfilamentgarn und das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung desselben gelöst.
Das Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung mit der verbesserten Wicklungsleistung ist mit einem Schmelzspinnverfahren einer Mischung aus einem Polyesterharz, das einen Filament-bildenden Polyester umfasst, dessen mindestens eine Säure-Komponente eine aromatische Dicarbonsäure ist, mit Partikeln eines Filamentdehnungsverstärkungsmittels, das mindestens ein Polymermaterial umfasst, das durch eine Additionspolymerisation von mindestens einem organischen ungesättigten Monomer erhältlich und im Wesentlichen inkompatibel mit dem Polyesterharz ist und in einer Menge von 0,5 bis 4,0%, bezogen auf das Gewicht des Polyesterharzes, vorliegt, und durch Aufnahme des in der Schmelze gesponnenen Polyesterfilamentgarns bei einer Geschwindigkeit von 2500 bis 8000 m/min erhältlich, um ein Polyesterfilamentgarn zu bilden, das eine Vielzahl von Filamenten umfasst, von denen ein jedes eine Matrix aus dem Polyesterharz und die Filamentdehnungsverstärkungspartikel umfasst, die in der Polyesterharzmatrix dispergiert sind, wobei das genannte Polyesterfilamentgarn eine Steigerung (I) der restlichen bzw. bleibenden Dehnung von 50% oder mehr ergibt, weche gemäß der Gleichung bestimmt wird: I(%) = (EIb/EIo – 1) × 100,worin I den Anstieg der Restdehnung in Prozent des Polyesterfilamentgarns, EI_b die bleibende bzw. Restdehnung in Prozent des Polyesterfilamentgarns und EI_o die bleibende bzw. Restdehnung in Prozent eines Vergleichspolyesterfilamentgarns darstellen, das mit den gleichen Verfahren wie denen für das Polyesterfilamentgarn hergestellt wurde, mit der Ausnahme, dass kein Filamentdehnungsverstärkungsmittel in den Vergleichspolyesterfilamenten enthalten war,
dadurch gekennzeichnet, dass die genannten, im Polyesterfilament enthaltenen Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel die Bedingungen (a), (b) und (c) erfüllen:

(a) die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel weisen eine Wärmeverformungstemperatur (T) im Bereich von 105 bis 130°C auf,
(b) mit der Maßgabe, dass die Polyesterfilamente einen nicht-hohlen Kreisquerschnitt aufweisen, die Verteilungsdichte der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel im Kreisquerschnitt der Polyesterfilamente in einer Ringfläche zwischen zwei konzentrischen Kreisen um das Zentrum des Kreisquerschnitts herum maximiert ist, wobei die zwei konzentrischen Kreise Radien aufweisen, die 1/3 bzw. 2/3 des Radius des Kreisquerschnitts der Polyesterfilamente entsprechen, und dass
(c) die Anzahl (N) der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel, die auf der äußeren Oberfläche der Polyesterfilamente auftreten, 15 Partikel/100 μm² oder weniger beträgt.

Ferner ist das Verfahren zur Herstellung des Polyesterfilamentgarns das folgende.
Das Verfahren zur Herstellung des Polyesterfilamentgarns, umfasst:
das Extrudieren einer Schmelze aus einer Mischung aus einem Polyesterharz, umfassend einen Filament-bildenden Polyester, wovon zumindest eine Säure-Komponente eine aromatische Dicarbonsäure ist, mit Partikeln eines Filamentdehnungsverstärkungsmittels, das mindestens ein Polymermaterial umfasst, das mit einer Additionspolymerisation von mindestens einem organischen ungesättigten Monomer erhältlich und im Wesentlichen inkompatibel mit dem Polyesterharz ist und in einer Menge von 0,5 bis 4,0 Gew.-% vorliegt, bezogen auf das Gewicht des Polyesterharzes, durch eine Spinndüse, und
die Aufnahme des in der Schmelze extrudierten Polyesterfilamentgarns bei einer Geschwindigkeit von 2500 bis 8000 m/min entlang einer Spinn-Linie,
wobei das genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Schmelzextrudierstufe die Schmelze durch einen Filter mit einer Porengröße von 40 μm, der unmittelbar stromaufwärts zur Spinndüse angeordnet ist, hindurchgeht und in der Spinn-Linie der Zug des in der Schmelze extrudierten Polyesterfilamentgarns in einem Bereich von 150 bis 1500 gesteuert wird, wodurch eine verbesserte Wicklungsleistung auf das genannte Garn übertragen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Kreisquerschnitt eines Filaments für das Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung, worin der Verteilungszustand der Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels in den Flächen A, B und C des Filaments schematisch dargestellt ist,
2 ist ein Diagramm, worin die Verteilungsdichte der Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels in den Flächen A, B bzw. C des in 1 gezeigten Filaments dargestellt ist,
3 zeigt einen Querschnitt eines unregelmäßigen nichthohlen Filaments für das Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung mit den Flächen A', B' und C',
4 ist ein Diagramm, worin die Verteilungsdichte der Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels in den Flächen C', B', A', A'', B'' und C'' des in 3 gezeigten Filaments dargestellt ist, und
5 zeigt einen Querschnitt eines kreisförmigen Hohlfilaments des Polyesterfilamentgarns der vorliegenden Erfindung mit den Flächen A'', B'' und C''.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Bei den Untersuchungen der Erfinder der vorliegenden Erfindung ist herausgefunden worden, dass, wenn Feinpartikel eines Polymers, das mit einer Additionspolymerisation eines organischen ungesättigten Monomers erzeugt wurde, mit den Polyesterharz inkompatibel ist und eine Wärmeverformungsstemperatur (T) aufweist, die höher als diejenige des Polyesterharzes ist, als Filamentdehnungsverstärkungsmittel in das Polyesterharz eingemischt und die entstandene Harzmischung einem Schmelzspinnverfahren unterzogen werden, die Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels, welche in jedem Polyesterfilament des entstandenen Polyesterfilamentgarns verteilt sind, als Widerstandsmaterialien gegen eine Dehnungsverformung jedes Filaments eher als Roller oder Läufer für die Polyestermoleküle beim Dünnungsverfahren eines in der Schmelze extrudierten Filamentstroms dienen, und dass die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in der Längsrichtung jedes Polyesterfilaments orientiert oder gedehnt bzw. verlängert werden. Auch ist herausgefunden worden, dass, vorausgesetzt, dass das Polyesterfilament einen nicht-hohlen Kreisquerschnitt aufweist, die Verteilungsdichte der obigen Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel im Querschnittsprofil des Polyesterfilaments in einer Ringfläche zwischen zwei konzentrischen Kreisen um das Zentrum des Kreisquerschnittsprofils herum maximiert werden können, wobei die zwei konzentrischen Kreise der Radien 1/3 bzw. 2/3 des Radius des Kreisquerschnittsprofils des Polyesterfilaments entsprechen, und dass sowohl eine verbesserte Wicklungsleistung als auch eine genügend gute Restdehnung des Polyesterfilamentgarns erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage der obigen Erkenntnisse erfolgreich abgeschlossen.
Der Hintergrund der vorliegenden Erfindung wird nun noch weiter erläutert.
Die obige Europäische Patentanmeldung 47464-A offenbart solch ein Konzept, dass nämlich ein Polyesterfilamentgarn mit einem Anstieg der Restdehnung (I) von 50% oder mehr durch Schmelzextrudieren einer Mischung aus einem Polyesterharz mit einem Filamentdehnungsverstärkungsmittel in der Form von Feinpartikeln, die als Roller oder Läufer für die molekulare Orientation des individuellen Polyesterfilaments im entstandenen Filamentgarn dienen, in einer Menge von 0,5 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyesterharzes, und durch Aufnahme des in der Schmelze extrudierten Filamentgarns bei einer Geschwindigkeit von 2500 bis 8000 m/min entlang der Spinn-Linie erhältlich ist. Auch ist in der Europäischen Patentanmeldung als lediglich 1 praktisches Filament-Dehnungsverstärkungsmittel "DELPET 80N" mit einer tatsächlich gemessenen Wärmeverformungstemperatur (T) von 98°C offenbart.
In der vorliegenden Erfindung sind die Filamentdehnungsverstärkungsmittel auf diejenigen eingeschränkt, die eine Wärmeverformungstemperatur (T) von 105 bis 130°C aufweisen, und somit konnten die Probleme, die mit der Erfindung gemäß der europäischen Patentanmeldung nicht gelöst werden konnten, nämlich die Schwierigkeiten bei der Aufwicklung, gelöst werden.
Im Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung sind die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel mit dem Polyesterharz unverträglich. Somit liegen in der Schmelzextrudierstufe die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel und das Polyesterharz im Zustand einer Schmelze aus einer Mischung vom Inseln-in-einem Meer-Typ vor, worin die Inseln aus den Filamentdehnungsverstärkungspartikeln im Meer aus dem Polyesterharz dispergiert sind, und wobei die Mischungsschmelze vom Inseln-in-einem-Meer-Typ durch eine Spinndüse extrudiert und in der Aufnahmestufe die extrudierten Filamentströme gezogen und gekühlt werden, um ein Polyesterfilamentgarn zu bilden. Während der Kühlung gehen die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel aus dem Schmelzezustand in einen Glaszustand vor dem Übergang des Polyesterharzes über und dienen somit hauptsächlich als Widerstandsmaterial gegen die Dehnungsverformung des extrudierten Filamentstroms wegen der Schmelze-Spinn-Spannung. Aufgrund dieser Tatsache folgt die Dehnungsviskosität der Mischungsschmelze in der Nähe der Spinndüse im Hochpolymer-Temperaturzustand nicht der allgemeinen Dehnungsviskositätsformel, und es wird ein nichtlinearer Anstieg der Viskosität entwickelt. Dieser nichtlineare Anstieg der Viskosität soll die Dünnung des in der Schmelze gesponnene Filamentgarns an einem stromaufwärts näher an der Spinndüse gelegenen Punkt begünstigen und die Geschwindigkeit des in der Schmelze gesponnenen Filamentgarns dessen endgültige Wicklungsgeschwindigkeit an einer früheren Stufe der Spinn-Linie erreichen lassen. In anderen Worten, wird die Dünnung dieser Filamentgarne der vorliegenden Erfindung an einem Wegpunkt des in der Schmelze gesponnenen Filamentgarns stromaufwärts zu dem Ort beendet, an welchem die Dünnung des Polyesterfilamentgarns, das kein Filamentdehnungsverstärkungsmittel enthält, bei der gleichen Geschwindigkeit wie oben in der Schmelze gesponnen wird.
Auch ergibt das in der Schmelze gesponnene Filamentgarn der vorliegenden Erfindung kein Dünnungsverhalten in der Form eines Halsbildungsphänomens, wobei die Dünnung oft bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von 4000 bis 5000 m/min beobachtet und von einer Kristalliation des Polyesterharzes begleitet wird. Aus dieser Tatsache heraus ist es klar, dass die Anwendung des spezifischen Filamentdehnungsverstärkungsmittels in der vorliegenden Erfindung das Schmelzspinnen mit hoher Geschwindigkeit für das Polyesterfilamentgarn ergibt, um es zu bewirken, dass unter einer niedrigen Spannung die Wicklungsleistung des entstandenen Polyesterfilamentgarns verbessert wird und das Polyesterfilamentgarn eine genügend gute, zu erzeugende Restdehnung aufweist.
Das Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung wird durch Spinnen einer Schmelze aus einer Mischung eines Polyesterharzes mit Partikeln eines Filamentdehnungsverstärkungsmittels in einer Menge von 0,5 bis 4%, bezogen auf das Gewicht des Polyesterharzes, und durch Aufnahme des in der Schmelze gesponnenen Polyesterfilamentgarns bei einer Geschwindigkeit von 2500 bis 8000 m/min erzeugt.
Das Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung ergibt einen Anstieg (I) der Restdehnung von 50% oder mehr, wie er sich gewöhnlich beim Polymer extrudierter Filamente einstellt und gemäß der Gleichung (1) bestimmt wird: I(%) = [(EIb/EIo) – 1] × 100 (1).
In der Gleichung (1) stellen I den Anstieg der Restdehnung in Prozent des Polyesterfilamentgarns, EI_b die Restdehnung in Prozent des Polyesterfilamentgarns, und EI_o die Restdehnung in Prozent eines Vergleichspolyesterfilamentgarns dar, das mit den gleichen Verfahren wie denjenigen für das Polyesterfilamentgarn erzeugt wird, mit der Ausnahme, dass kein Filamentdehnungsverstärkungsmittel im Vergleichspolyesterfilamentgarn enthalten ist.
Die Bedingungen (a), (b) und (c), welche die vorliegende Erfindung kennzeichnen, werden nun erläutert.
Die Bedingung (a)
Bezüglich der Funktion des Widerstandsmaterials gegen eine Dehnungsverformung aufgrund der Schmelzespinnspannung, geht das Filamentdehnungsverstärkungsmittel aus dem Schmelze- in den Glaszustand vor dem Übergang der Polyesterpolymermatrix beim Dünnungsverfahren eines in der Schmelze extrudierten Filamentstroms über. Zur Erfüllung dieser Bedingung muss gemäß der vorliegenden Erfindung das Filamentdehnungsverstärkungsmittel eine Wärmeverformungstemperatur (T) von 105 bis 130 und vorzugsweise von 110 bis 130°C aufweisen. Gewöhnlich weist das Polyesterharz eine Wärmeverformungstemperatur von ca. 70°C auf, und somit liegt gemäß der vorliegenden Erfindung die Wärmedeformationstemperatur des Filamentdehnungsverstärkungsmittels um ca. 35 bis ca. 60°C über derjenigen des Polyesterharzes. Somit tragen während des Schmelzspinnverfahrens die Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels vorrangig die Schmelzespinnspannung und werden in einem relativ tiefen Innenteilbereich eines jeden extrudierten Filamentstroms konzentriert, wobei sie dünner gemacht werden. Daher wird die Anzahl der Partikel, die auf der äusseren Oberfläche eines jeden Bestandteilfilaments des entstandenen Polyesterfilamentgarns freigelegt werden, abgesenkt, und es wird daher die Wicklungsleistung signifikant verbessert. Ist die Wärmeverformungstemperatur (T) niedriger als 105°C, zeigen die entstandenen Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels eine Fehlfunktion als Widerstandsmaterial gegen die Dehnungsverformung des Filamentgarns. Da nämlich dann die Differenz bei der Wärmedeformationstemperatur (T) zwischen dem Filamentdehnungsverstärkungsmittel und der Polyesterharzmatrix zu klein ist, können die Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels nicht als genügend gutes Spannungsbelastungsmaterial dienen, und es wird eine große Anzahl der Partikel auf der Oberfläche eines jeden Filaments freigesetzt, um zu verursachen, dass die Filamentoberfläche einen herabgesetzten Reibungskoeffizient aufweist und sich somit die Wicklungsleistung des entstandenen Filamentgarns signifikant verschlechtert. Auch wenn die Wärmeverformungstemperatur höher als 130°C liegt, weisen die entstandenen Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel eine zu hohe Beständigkeit gegen die Dehnungsverformung eines jeden extrudierten Filamentstroms auf. Als Ergebnis weist das entstandene Polyesterfilamentgarn eine übermäßig große Restdehnung auf; die mechanische Festigkeit des Polyesterfilamentgarns wird niedriger als das hinreichende Niveau für eine Anwendung in der Praxis; die Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels weisen ein niedrigereres Dünnungs(Dehnungs)-Verhalten als dasjenige des Polyesterharzes beim Dünnungsverfahren des in der Schmelze extrudierten Filamentstroms auf, und somit weist die Polyesterharzmischung, die das Filamentdehnungsverstärkungsmittel enthält, insgesamt ein ungenügendes Filamentbildungsverhalten auf, und ein stabiler Schmelzspinnbetriebsablauf ist nicht zu erwarten.
In der folgenden Beschreibung können anstatt des Begriffs "Filamentdehnungsverstärkungsmittel in der Form von Partikeln" die Begriffe "Widerstandsmaterial gegen Dehnungsverformung" oder "Spannungsbelastungsmaterial" ebenfalls angewandt werden.
Bedingung (b)
In der vorliegenden Erfindung ist die Bedingung (b) sehr wichtig, um sowohl eine genügend gute Wicklungsleistung als auch eine hohe Dehnung des entstandenen Filamentgarns zu erhalten. Wie oben erwähnt, neigt das Spannungsbelastungsmaterial in jedem Filamentdünnungspolymerstrom dazu, im Innenbereich des Filamentpolymerstroms konzentriert zu werden. Auch wird angenommen, dass, wenn das Spannungsbelastungsmaterial im Oberflächenteilbereich des Filamentpolymerstroms vorliegt, das Spannungsbelastungsmaterial mit einer höheren Kühlgeschwindigkeit als mit derjenigen des Polymers selbst im extrudierten Filamentstrom gekühlt wird. Als Ergebnis weist der extrudierte Filamentstrom eine erhöhte Dehnungsviskosität auf, und demzufolge kann der Spannungsbelastungseffekt nicht mit hoher Wirksamkeit entwickelt werden.
Befindet sich allerdings das Spannungsbelastungsmaterial in der Form von Partikeln auf der äußeren Oberfläche jedes Filaments, wird die Filamentoberfläche aufgeraut, und der Reibungskoeffizient zwischen individuellen Filamenten sinkt ab. Daher ergibt das entstandene Filamentgarn eine nur sehr geringe Wicklungsleistung, und es ist somit ein Filamentgarn nicht erhältlich, das sowohl eine verbesserte Wicklungsleistung als auch eine hohe Dehnung aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verteilung der Filamentdehnungsverstärkungspartikel in jedem Filament auf ein solches Maß eingeschränkt, dass, indem die Partikel nahe an der Außenoberfläche des Filaments angeordnet werden, dadurch des Weiteren die Verteilungsdichte der an der Außenoberfläche des Filaments angeordneten Partikel auf einen so kleinen Wert wie möglich eingeschränkt wird.
Insbesondere muss, im Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung, das in jedem Filament verteilte Filamentdehnungsverstärkungsmittel die Bedingung (b) erfüllen.
Liegt bezüglich der Bedingung (b) eine Ausführungsform des Polyesterfilaments der vorliegenden Erfindung, wie in 1 dargestellt, in einer kreisförmigen nicht-hohlen Filamentform vor und weist einen Querschnitt auf, der von einer kreisförmigen äußersten Kontur 1 umrandet ist, und gilt die Maßgabe, dass der Querschnitt des kreisförmigen nicht-hohlen Polyesterfilaments in drei Flächen aufgeteilt ist, nämlich in eine äußere Ringfläche C, die zwischen einem Paar aus einer konzentrischen äußersten Kreiskontur 1 und einer Zwischenkontur 3 definiert ist, in eine Zwischenfläche B, die zwischen einem Paar aus einer konzentrischen Kreiszwischenkontur 3 und einer innenseitigen Kontur 5 definiert ist, und in eine innenseitige Kreisfläche A, die durch die innenseitige Kreiskontur 5 umrandet ist, und dass der Radius der innenseitigen Kreiskontur 5 einen Radius aufweist, der im Wesentlichen gleich 1/3 des Radius r der äußersten Kreiskontur 1 ist, und dass die Zwischenkreiskontur 3 einen Radius aufweist, der im Wesentlichen gleich 2/3 des Radius r der äußersten Kreiskontur 1 ist, wird die Verteilungsdichte der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel im Polyesterfilament in der Zwischenringfläche B maximiert. Bezüglich des Ausmaßes dieses maximierten Zustands ist es bevorzugt, dass mindestens 50 Gew.-% der Gesamtmenge des in jedem Filament dispergierten Filamentdehnungsverstärkungsmittels in der Fläche B dargelegt werden.
Im nicht-hohlen kreisförmigen Polyesterfilament für das Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung ist die Beziehung zwischen der Verteilungsdichte der Filamentdehnungsverstärkungsparikel und einem Abstand vom Zentrumspunkt O des Filamentquerschnitts in 2 dargestellt. In 2 ist die Verteilungsdichte der Filamentdehnungsverstärkungspartikel in der Zwischenfläche B maximiert, die zwischen einer Zwischenkreiskontur mit dem Radius 2/3 r und einer innenseitigen Kreiskontur mit dem Radius 1/3 r definiert ist.
Liegt in einer weiteren Ausführungsform das Polyesterfilament, wie in 3 dargestellt, in einer nichthohlen dreilappigen Filamentform vor und weist einen Querschnitt auf, der von einer äußersten dreilappigen Kontur 1' umrandet ist, ist eine gerade Linie O-P zwischen dem ZentrumspunktO und dem oberen Endpunkt P eines jeden Lappens gezogen, und es ist eine weitere gerade Linie M₁-M₂ in rechten Winkeln zur geraden Linie O-P durch einen Zentrumspunkt O' der geraden Linie O-P gezogen. Ferner ist entlang der geraden Linie M₁-M₂ jeder Lappen in sechs Flächen C', B', A', A'', B'' und C'' parallel zu der geraden Linie O-P aufgeteilt, wobei die Breiten der Flächen C', B', A', A'', B'' und C'' untereinander gleich sind.
Und wird die Länge der geraden Linie M₁-M₂ durch 2L dargestellt, weist jede der Flächen C', B', A', A'', B'' und C'' eine Breite 1/3L auf, und die Gesamtbreite der Flächen B' und A' beträgt 2/3L.
Die Verteilungsdichte der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel, die bei der vorliegenden Erfindung auftritt, wird in den Zwischenflächen B' und B'', wie dargestellt in 4, maximiert. Im in 4 dargestellten Diagramm weist die Kurve, mit der die Beziehung zwischen dem Abstand vom Zentrumspunkt O' der geraden Linie M₁-M₂ und der Verteilungsdichte der Partikel dargestellt, ist, 2 Peaks auf, die in den Zwischenflächen B' und B'' auftreten.
In noch einer weiteren Ausführungsform liegt das Polyesterfilament, wie dargestellt in 5, in einer hohlen kreisförmigen Filamentform vor und weist einen hohlen Kreisquerschnitt auf, der durch ein Paar aus einer konzentrischen äußersten Kreiskontur 11 und einer innersten Kontur 12 definiert ist. In 5 ist eine gerade Linie gezogen, die durch einen Zentrumspunkt O der konzentrischen äußersten Kreiskontur 11 und der innersten Kontur 12 hindurchgeht. Diese gerade Linie durchschneidet die äußerste Kontur 11 an einem Punkt M₁ und die innerste Kontur 12 an einem Punkt M₂. Die gerade Linie M₁-M₂ weist einen Zentrumspunkt O' auf. Die Länge M₁-O' ist nämlich gleich der Länge M₂-O'. Ein Mittelkreis 22 durch den Zentrumspunkt O' hindurch ist um den Zentrumspunkt O herum gezogen. Der Mittelkreis 22 ist konzentrisch zu den äußersten und innersten Kreiskonturen 11 und 12. Mit der Maßgabe, dass der hohle Kreisquerschnitt des Polyesterfilaments in 6 Ringflächen aufgeteilt ist, nämlich in eine äußerste Ringfläche C'', die zwischen einem Paar aus einer konzentrischen äußersten Kreiskontur 11 und einer ersten Zwischenkontur 14 definiert ist, in eine erste Zwischenringfläche B'', die zwischen einem Paar aus der konzentrischen ersten Zwischenkreiskontur 14 und einer ersten innenseitigen Kontur 16 definiert ist, in eine erste innenseitige Ringfläche A'', die zwischen einem Paar aus der konzentrischen ersten innenseitigen Kreiskontur 16 und dem Mittelkreis 22 definiert ist, in eine zweite innenseitige Ringfläche A', die zwischen dem konzentrischen Mittelkreis 22 und einer zweiten innenseitigen Kontur 18 definiert ist, in eine zweite Zwischenringfläche B', die zwischen einem Paar aus der konzentrischen zweiten innenseitigen Kreiskontur 18 und einer zweiten Zwischenkontur 20 definiert ist, und in eine innerste Ringfläche C', die zwischen einem Paar aus der konzentrischen zweiten Zwischenkreiskontur 20 und einer innersten Kontur 12 definiert ist, und dass die Breiten der Flächen C', B', A', A'', B'' und C'' im Wesentlichen untereinander gleich sind, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Verteilungsdichte der Filamentdehnungsverstärungsmittelpartikel im hohlen kreisförmigen Polyesterfilament in den ersten und zweiten Zwischenringflächen B' und B'' maximiert.
Sind dagegen die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in der höchsten Verteilungsdichte im Inneren der Fläche A eines nicht-hohlen Polyesterfilaments, wie dargestellt in 1, oder in den innenseitigen Flächen A' und A'' eines hohlen Polyesterfilaments, wie dargestellt in 5 verteilt, zeigt und ergibt das entstandene Polyesterfilamentgarn eine ungenügende Dehnung. Auch wenn die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in der höchsten Verteilungsdichte in der Außenfläche C eines nicht-hohlen Polyesterfilaments, wie dargestellt in 1, oder in der äußersten Fläche C'' und/oder in der innersten Fläche C' eines hohlen kreisförmigen Polyesterfilaments, wie dargestellt in 5, verteilt sind, zeigen und ergeben die Oberflächenbereiche der entstandenen Außenfläche C des nichthohlen Polyesterfilaments und der entstandenen äußersten Fläche C'' und/oder der innersten Fläche C' des hohlen Polyesterfilaments eine zu hohe auftretende Dehnungsviskosität. Dies verursacht, im nicht-hohlen Polyesterfilament, eine Haut-Kern-Struktur, die für die anschließende Verarbeitung inakzeptabel ist. Auch wird im hohlen Polyesterfilament eine Haut-Kern-Haut-Struktur vorgefunden. Somit wird ein Hauptteil der Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels hin zur Außenoberfläche des nicht-hohlen Polyesterfilaments oder zu den Außen- und Innenoberflächen des hohlen Polyesterfilaments freigelegt, und die Wicklungsleistung des entstandenen Polyesterfilamentgarns verschlechtert sich, obwohl das Garn eine genügend gute Restdehnung zeigt und ergibt. Auch zeigt und ergibt das entstandene Polyesterfilamentgarn eine verringerte mechanische Festigkeit und eine geringwertige Verfahrensleistung in den anschließenden Verarbeitungen. Ferner ist es wahrscheinlich, dass die anfängliche Dehnungsfestigkeit des entstandenen Polyesterfilamentgarns in einem Färbungsvorgang erniedrigt wird, und daher zeigt und ergibt eine endgefertigte gewebte oder gestrickte Textilie, die aus dem Polyesterfilamentgarn hergestellt wurde, eine unzureichende Voluminösität und einen ungenügenden Griff.
Bedingung (c)
Bezüglich der Bedingung (c), muss die Anzahl (N) der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel, die auf der äußeren Oberfläche der individuellen Filamente auftreten und vorliegen, aus denen das Garn der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, 15 Partikel/100 μm² oder weniger und vorzugsweise 10 Partikel/100 μm² oder weniger betragen.
Bei diesem Merkmal ist die Anzahl der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel, die auf der äußeren Oberfläche der individuellen Filamente frei dargelegt werden, aus denen das Garn der vorliegenden Erfindung aufgebaut wird, auf die kleine Zahl von 15 oder weniger pro 100 μm² der äußeren Oberfläche eingeschränkt.
Beträgt die Partikelzahl (N) mehr als 15 Partikel/100 μm², zeigt und ergibt die äußere Oberfläche des entstandenen Filaments einen signifikant verringerten Reibungskoeffizient, und das entstandene Polyesterfilamentgarn, das aus solchen Filamenten zusammengesetzt ist, zeigt und ergibt somit eine nur geringwertige Wicklungsleistung. Da sich auch die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel beim Färbeverhalten vom Polyesterharz unterscheiden, verursachen die Partikel, die in einer Partikelzahl N von mehr als 15 Partikel/100 μm² zur äußeren Oberfläche des Filaments hin frei dargelegt werden, dass die gefärbte Filamentoberfläche eine signifikante Ungleichmäßigkeit beim Farbton und/oder der Farbdichte aufweist, und die so endgefertigte gewebte oder gestrickte Textilie, die das gefärbte Filamentgarn umfasst, zeigt und ergibt eine nur ungenügende Qualität. Auch wenn ferner die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel, die eine hohe Wärmeverformungstemperatur aufweisen, die äußeren Oberflächen der individuellen Filamente mit einer Dichte von mehr als 15 Partikeln/100 μm² im Polyesterfilamentgarn bedecken, sinkt die Vorerwärmungswirksamkeit bei den thermischen Verarbeitungen, z. B. bei einem Wärme-Ziehverfahren, ab, und es ist bei einem solchen Verfahren das einheitliche Zugverhalten nicht länger zu erwarten, wobei auch unerwünschte Flusen auf dem Garn erzeugt werden.
Das Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung, das die Bedingungen (a) , (b) und (c) erfüllt, weist eine hohe Wiederstandsfähigkeit gegen Flusenbildung und gegen Filament- oder Garnbruch bei den anschließenden Verfahrensstufen auf und lässt sich in stabiler Weise um eine Rolle oder Spule wickeln, um eine Garnpackung zu bilden, wobei die endgültige Dehnung des Garns auf hohem Niveau aufrecht erhalten bleibt.
Bezüglich der oben genannten Bedingungen (a), (b) und (c) sind die Größen der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel, die im Polyesterfilament in den Längs- und Querrichtungen des Filaments verteilt vorliegen, auf ein bestimmtes Maß eingeschränkt. Die Größen der Partikel werden nun erläutert.
Durchschnittsgröße (D) der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in Querrichtung des Filaments
Die Durchschnittsgröße (D) der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in Querrichtung des Polyesterfilaments gibt das Ergebnis des Beitrags des Filamentdehnungsverstärkungsmittels zur Rolle der Belastung mit Spannung wieder, die auf das Filament beim Dünnungsverfahren eines in der Schmelze extrudierten Filamentstroms ausgeübt wird.
Im Polyesterfilament der vorliegenden Erfindung beträgt die Durchschnittsgröße (D) der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel, die in Querrichtung des Filaments bestimmt wird, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 und bevorzugter 0,07 bis 0,13 μm.
Beträgt die Durchschnittsgröße (D) weniger als 0,05 μm, können die entstandenen Partikel nicht groß genug sein, um als Spannungsbelastungspartikel beim Dünnungsverfahren eines in der Schmelze extrudierten Filamentstroms zu dienen, und es kann sich somit ein unzureichender Effekt auf die Steigerung der Restdehnung des entstandenen Filamentgarns ergeben. Auch können die entstandenen kleinen Partikel leicht und vorrangig zur äußeren Oberfläche des Filaments hin frei dargelegt werden, um zu verursachen, dass die äußere Oberfläche rau wird. Und somit können der Reibungskoeffizient der entstandenen Filamentoberfläche absinken und das entstandene Filamentgarn ein nur geringwertiges Wicklungsverhalten aufweisen.
Auch wenn die Durchschnittsgröße (D) mehr als 0,15 μm beträgt, können die Partikel ein verringertes Dispergierverhalten in der Polyesterharzmatrix aufweisen, und sie werden örtlich im extrudierten Filamentstrom verteilt, um zu verursachen, dass die Schmelzspinnspannung ungleichmäßig auf dem Querschnitt des extrudierten Filamentstroms verteilt wird. Diese örtliche Verteilung der Schmelzspinnspannung führt zu einer ungleichmäßigen Spinnspannung, welche ihrerseits verursacht, dass das in der Schmelze gesponnene Filamentgarn gedreht wird und in jedem Spinnloch, worin die Partikel ungleichmäßig in der Polymerschmelze verteilt werden, schwanken die Schmelzeviskosität und die Scherspannung der ungleichmäßig mit den Partikeln vermischten Schmelze des Polymers, und es wird der Fluss der gemischten Schmelze gestört. Daher ist in diesem Fall ein stabiles Spinnen der Schmelze nicht zu erwarten.
Verhältnis L/D der im Polyesterfilament verteilten Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel
Im Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung dienen die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel als Spannungsbelastungsmittel beim Dünnungsverfahren eines in der Schmelze extrudierten Filamentstroms, und somit werden die Partikel verlängert und in Längsrichtung des Filaments orientiert.
Im Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung weisen die im Filament verteilten Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels vorzugsweise ein Verhältnis L/D von 20 oder weniger und bevorzugter von 5 bis 12 auf, wobei L die in Längsrichtung des Filaments bestimmte Durchschnittslänge der Partikel und D die in Querrichtung des Filaments bestimmte Durchschnittsgröße der Partikel darstellen, wie oben bereits erläutert. Beträgt das Verhältnis L/D mehr als 20, kann dieses hohe Verhältnis aus der Tatsache abgeleitet sein, dass die Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels unter der Schmelzspinnspannung deformiert werden, wobei damit die Verformung der Polyesterharzschmelze einhergeht, und somit kann der Ort, an welchem die Dünnung des in der Schmelze gesponnenen Filamentgarns beendet wird, nicht nahe genug zur Spinndüse verschoben werden und das Filamentdehnungsverstärkungsmittel vermag nicht in genügendem Maße das Restdehnungsverhalten des entstandenen Polyesterfilamentgarns zu erhöhen.
Daneben besteht im Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung eine Beziehung zwischen dem Restdehnungsanstieg (I) von 90% oder mehr und der Doppelbrechung des Polyesterfilamentgarns. Die Doppelbrechung (Δn) des Polyesterfilamentgarns der vorliegenden Erfindung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,015 bis 0,105 und bevorzugter von 0,03 bis 0,070.
Im Polyesterfilamentgarn der vorliegenden Erfindung, das bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von 2500 bis 8000 m/min hergestellt wird, kann, wenn die Doppelbrechung (Δn) weniger als 0,015 beträgt, das entstandene Polyesterfilamentgarn insofern Nachteile aufweisen, als sich die physikalischen Eigenschaften des Polyesterfilamentgarns im Zeitablauf rasch verändern und sich somit das Zugverhalten rasch verschlechtert. Als Ergebnis wird es wahrscheinlich, dass die individuellen Filamente im anschließenden Ziehvorgang häufig brechen, wodurch der genannte Vorgang unter stabilen Bedingungen nur schwierig durchzuführen ist.
Auch wenn die Doppelbrechung (Δn) mehr als 0,105 beträgt, eignet sich, da die Restdehnung des entstandenen Polyesterfilamentgarns niedrig sein und sich somit das maximale Ziehverhältnis des in der Schmelze gesponnenen Filamentgarns an das Volumen von 1,0 annähern können, das entstandene Polyesterfilamentgarn nicht zu verschiedenen Garnverarbeitungen. Allerdings kann ein in der Schmelze gesponnenes Polyesterfilamentgarn mit hoher Doppelbrechung als ein mit hoher Geschwindigkeit in der Schmelze gesponnenes Filamentgarn anstatt von gezogenen Garnen einsetzbar sein, die unter einem getrennten Ziehsystem oder unter einem in hoher Geschwindigkeit gekoppelten Spinn- und Ziehsystem zur Produktion gewobener oder gestrickter Textilien erhalten werden.
Liegt die Doppelbrechung (Δn) im Bereich von 0,03 bis 0,070, vermag das entstandene Polyesterfilamentgarn eine hohe Restdehnung und eine ausgezeichnete Verarbeitungsleistung aufzuweisen.
Das für die vorliegende Erfindung einsetzbare Polyesterharz schließt Filament-bildende Polyester ein, in denen mindestens eine aromatische Dicarbonsäure als eine Säure-Komponente enthalten ist. Beispielsweise umfasst das Polyesterharz mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus Polyethylenterephthalat-, Polytrimethylenterephthalat-, Polytetramethylenterephthalat-, Polycyclohexandimethylenterephthalat- und aus Polyethylen-2,6-naphthalindicarboxylat-Harzen. Diese Polyesterharze können durch Copolymerisieren als dritte Komponente mit einer Diolverbindung, z. B. mit Butandiol, und/oder mit einer Dicarbonsäure, z. B. mit Isophthalsäure, modifiziert werden. Auch können die oben genannten Polyesterharze allein oder in einer Mischung von 2 oder mehreren davon eingesetzt werden. Unter diesen Polyesterharzen werden die Polyethylenterephthalat-Harze bevorzugter für die vorliegende Erfindung eingesetzt.
Das Polyesterharz für die vorliegende Erfindung enthält gegebenenfalls ein Additiv, umfassend mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus Entglänzungsmitteln, Wärmestabilisiermitteln, UV-Absorbern, anti-statischen Mitteln, Endgruppen-Abschlussmitteln und aus Fluoreszenz-Aufhellungsmitteln.
Im Hinblick auf das Schmelzspinnverhalten der Polyesterharze und der physikalischen Eigenschaften des Polyesterfilamentgarns weist das Polyesterharz vorzugsweise eine intrinsische Viskosität von 0,4 bis 1,1, bestimmt in o-Chlorphenol bei einer Temperatur von 35°C, auf.
Das Filamentdehnungsverstärkungsmittel zur Verwendung für die vorliegende Erfindung umfasst mindestens ein polymeres Material, das durch eine Additionspolymerisation von mindestens einem ungesättigten Monomer, insbesondere von einem ethylenisch ungesättigten Monomer hergestellt und im wesentlichen mit dem Polyesterharz unverträglich ist.
Das Filamentdehnungsverstärkungsmitel weist eine Wärmeverformungstemperatur (T) von 105 bis 130°C und vorzugsweise von 110 bis 130°C auf, wie oben bereits genannt.
Das Filamentdehnungsverstärkungsmittel umfasst vorzugsweise mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus Acrylnitril-Styrol-Copolymeren, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren, Polytetrafluorethylenen, Polyethylenen hoher Dichte, Polyethylenen niedriger Dichte, geraden linearen Polyethylenen niedriger Dichte, Polystyrolen, Polypropylenen, Polymethylpentenen, Polyacrylatesterharzen, Polymethylmethacrylatharzen und aus Derivaten der oben genannten Polymeren.
Diese Polymeren für das Filamentdehnungsverstärkungsmittel sollen, abghängig vom Polyesterharz, eine Strukturviskoelastizität aufweisen, die hoch genug ist, um als ein mit Spannung belastbares hochmolekulares Material beim Dünnungsverfahren eines in der Schmelze extrudierten Filamentstroms zu dienen. Somit weist das Filamentdehnungsverstärkungsmittel ein hohes Molekulargewicht auf. Das Filamentdehnungsverstärkungsmittel weist nämlich vorzugsweise ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht von 2000 oder mehr, bevorzugter von 2000 bis 200000 und noch mehr bevorzugt von 8000 bis 150000 auf.
Beträgt das Molekulargewicht weniger als 2000, vermag das entstandene Filamentdehnungsverstärkungsmittel keine Strukturviskoelastizität aufzuweisen, die hoch genug ist, um als ein mit Spannung belastbares hochmolekulares Material zu dienen. Und wenn das Molekulargewicht mehr als 200000 beträgt, können das entstandene Polymer eine zu hohe Kohäsivenergie aufweisen und somit die Schmelzeviskosität des Polymers für das Polyesterharz zu hoch sein. Daher können die entstandenen Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel nur sehr schwierig gleichmäßig in der Polyesterharzmatrix dispergiert werden, und somit können die Schmelzemischung aus dem Polyesterharz und den Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikeln ein signifikant erniedrigtes Filament-bildendes Verhalten aufweisen und das entstandene Filamentgarn nur schwierig glatt aufgewickelt werden. Ferner können die entstandenen Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel einen hohen negativen Effekt auf das Polyesterharz ausüben, und es kann unmöglich sein, das Polyesterfilamentgarn mit genügend guten physikalischen Eigenschaften zu erhalten.
Liegt das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht im Bereich von 8000 bis 150000, ergibt das entstandene Filamentdehnungsverstärkungsmittel eine erhöhte Wärmebeständigkeit und ist somit für die vorliegende Erfindung einsetzbar.
Das Additionspolymerisationsprodukt zur Verwendung für das Filamentdehnungsverstärkungsmittel ist vorzugsweise aus Methylmethacrylat-Copolymeren und isotaktischen Styrol-Polymeren mit jeweils einem gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewicht von 8000 bis 200000 und einem Schmelzindex (M. I.) von 0,5 bis 15,0 g/10 min, bestimmt gemäß japanischem Industriestandard (JIS) D 1238 bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 3,8 kgf, aus Methylpenten-Polymeren und Derivaten davon mit einem gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewicht von 8000 bis 200000 und einem Schmelzindex (M. I.) von 5,0 bis 40,0 g/10 min, bestimmt gemäß JIS D 1238 bei einer Temperatur von 260°C unter einer Last von 5,0 kgf, und aus syndiotaktischen (kristallinen) Styrol-Polymeren und Derivaten davon mit einem gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewicht von 8000 bis 200000 und einem Schmelzindex (M. I.) von 6,0 bis 25,0 g/10 min, bestimmt gemäß JIS D 1238 bei einer Temperatur von 300°C und unter einer Last von 2,16 kgf, ausgewählt. Die oben genannten Polymeren weisen ausgezeichnete Wärmestabilität und Dispergierverhalten in der Polyesterharzmatrix bei der Schmelzspinntemperatur für die Polyesterharzmischung auf.
In einer Ausführungsform des Polyesterfilamentgarns der vorliegenden Erfindung umfasst das Additionspolymerisationsprodukt des ungesättigten organischen Monomers ein Acrylat-Polymer, umfassend, als Hauptkomponente, ein Additions-polymerisiertes Methylmethacrylat mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 8000 bis 200000 und einem Schmelzindex von 0,5 bis 8,0 g/10 min, bestimmt bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 3,8 kg.
In einer weiteren Ausführungsform des Polyesterfilamentgarns umfasst das Additionspolymerisationsprodukt des ungesättigten organischen Monomers ein Styrol-Polymer, umfassend, als Hauptkomponente, ein isotaktisches Styrol-Polymer mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 8000 bis 200000 und einem Schmelzindex von 0,5 bis 8,0 g/10 min, bestimmt bei einer Temperatur von 230°C und einer Last von 3,8 kg.
In noch einer weiteren Ausführungsform des Polyesterfilamentgarns umfasst das Additonspolymerisationsprodukt des ungesättigten organischen Monomers ein Styrol-Polymer, umfassend, als Hauptkomponente, ein syndiotaktisches (kristallines) Styrol-Polymer mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 8000 bis 200000 und einem Schmelzindex von 0,6 bis 2,5 g/10 min, bestimmt bei einer Temperatur von 300°C und einer Last von 2,16 kg.
In noch einer weiteren Ausführungsform des Polyesterfilamentgarns umfasst das Additionspolymerisationsprodukt des ungesättigten organischen Monomers ein Methylpenten-Polymer, umfassend, als Hauptkomponente, ein Additons-polymerisiertes 4-Methylpenten-1 mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 8000 bis 200000 und einem Schmelzindex von 5,0 bis 40,0 g/10 min, bestimmt bei einer Temperatur von 260°C unter einer Last von 5,0 kg.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des oben genannten Polyesterfilamentgarns wird nun erläutert.
Zum Erhalt des Polyesterfilamentgarns der vorliegenden Erfindung mit den ausgezeichneten Wicklungsleistungsdaten und der hohen Restdehnung umfasst das Verfahren zur Herstellung des Polyesterfilamentgarns, als wichtige Stufen, ein spezifisches Filterverfahren für die Schmelze der Mischung aus dem Polyesterharz und den Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikeln unter einem spezifischen Ziehverfahren für das in der Schmelze gesponnenen Filamentgarn.
Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Schmelze aus einer Mischung aus dem Polyesterharz und den Partikeln des Filamentdehnungsverstärkungsmittels in einer Menge von 0,5 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyesterharzes, in der Schmelze durch eine Spinndüse extrudiert, und das in der Schmelze extrudierte Polyesterfilamentgarn wird bei einer Geschwindigkerit von 2500 bis 8000 m/min aufgenommen.
In diesem Verfahren ist es wichtig, dass in der Schmelzextrudierstufe die Schmelze durch ein Filter mit einer Porengröße von 40 μm oder weniger, das stromaufwärts zur Spinndüse angeordnet ist, hindurchgeht und in der Spinn-Linie der auftretende Zug auf das in der Schmelze extrudierte Polyesterfilamentgarn bei einem Bereich von 150 bis 1500 gesteuert wird.
Beträgt die Porengröße des Filters mehr als 40 μm, kann die gefilterte Schmelzemischung Grobpartikel einschließen und somit nicht stabil in der Schmelze gesponnen werden. Und wenn die Grobpartikel zur äußeren Oberfläche des Filaments hin frei dargelegt und die entstandene Filamentoberfläche aufgeraut werden, kann das entstandene Filamentgarn eine geringwertige Wicklungsleistung zeigen und ergeben.
Auch muss die Aufnahmestufe unter einem Zug von 150 bis 1500 und bei einer Geschwindigkeit von 2500 bis 8000 m/min durchgeführt werden. Beträgt der Zug weniger als 150, wenn nämlich die Größe des Schmelzspinnloches klein ist, wird eine hohe Scherkraft an die Polymerschmelze angelegt, die durch das Schmelzspinnloch hindurchgeht, und somit werden die geschmolzenen Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel, die in der Längsrichtung des Polymerschmelzestroms gedehnt und verlängert werden, durch die Scherkraft gezogen. Somit kann die Durchschnittsgröße (D) der Partikel in der Querrichtung kleiner als 0,05 μm werden. Daher können die Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels einen ungenügenden Dehnungsverstärkungseffekt auf das Filament ausüben. Die Partikel zeigen und ergeben nämlich keinen genügenden Spannungsbelastungseffekt auf das in der Schmelze gesponnene Filament, die Häufigkeit der Freilegung der Partikel auf der äußeren Oberfläche des Filaments steigt an, und das entstandene Polyesterfilamentgarn zeigt und ergibt eine ungenügende Wicklungsleistung.
Auch wenn der Zug mehr als 1500 beträgt, ist der Zugeffekt auf die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel durch die Scherkraft, die auf die Partikel angelegt wird, die durch das Schmelzspinnloch hindurchgehen, nur niedrig und die Restdehnung des in der Schmelze gesponnenen Filamentgarns wird signifikant erhöht. Allerdings verursacht der hohe Zug, der 1500 übersteigt, dass Grobpartikel erzeugt werden, und die Grobpartikel verursachen ihrerseits, dass das Wicklungsverhalten des entstandenen Filamentgarns geringwertig wird.
Liegt demzufolge der Zug im Bereich von 150 bis 1500, kann die Verteilung der Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels im entstandenen Polyesterfilament die Bedingung (b) der vorliegenden Erfindung erfüllen, wie dargestellt z. B. in 2 für das nicht-hohle kreisförmige Filament oder in 4 für das nicht-hohle dreilappige Filament. Die Verteilungsdichte der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel wird nämlich in ganz bestimmter Weise in den Zwischenflächen B oder B' und B'' maximiert, und das Schmelzspinnverfahren kann in einem stabilen Zustand glatt durchgeführt werden. Bei Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden die Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels in der Längsrichtung des Filaments gedehnt bzw. verlängert und dünner gemacht, wobei die Schmelzspinnspannung aufgenommen wird, um die Partikelgröße in der Querrichtung auf 0,05 bis 0,15 μm abzusenken. Während des Schmelzspinnverfahrensablaufs mit einem Zug von 150 bis 1500 werden die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel, die gleichmäßig über den in der Schmelze extrudierten Filamentstrom hindurch bei der Anfangsstufe des Schmelzspinnverfahrens verteilt sind, in der oder den Zwischenflächen des Filaments konzentriert, wie oben bereits dargelegt. Diese spezifische örtliche Verteilung der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel im extrudierten Filamentstrom verursacht, dass das entstandene Polyesterfilamentgarn sowohl eine genügend gute bleibende bzw. Restdehnung sowie verbesserte Wicklungsleistungsdaten aufweist.
Im Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die Schmelzspinntemperatur (die mit der Temperatur der Spinndüse identisch ist) und die Kühlung des in der Schmelze extrudierten Filamentstroms an einem Ortsstrom abwärts von der Spinndüse vorzugsweise gesteuert.
Bezüglich der Schmelzspinntemperatur ist es bevorzugt, dass die Spinndüsen-Temperatur für die Schmelzemischung des Polyesterharzes und der in der Polyesterharzmatrix dispergierten Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel auf einem Niveau gehalten werden, das niedriger als die Spinndüsen-Temperatur für herkömmliche Polyesterharze liegt, die frei von der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikelschmelze sind, um den hohen Anstieg bei der Restdehnung und gute und stabile Wicklungsleistungsdaten des entstandenen Filamentgarns zu gewährleisten. Diese Vorteile leiten sich aus dem Phänomen ab, dass, nach dem Durchgang durch die Spinndüse, die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel eine hohe Dehnungsviskosität im stromaufwärtigen Teilbereich des in der Schmelze gesponnenen Filamentgarnweges zeigen und ergeben, und als Spannungsbelastungsmittel für den Spinnvorgang der Schmelze dienen. Als Ergebnis sinkt die Schmelzspinnspannung des Filamentgarns signifikant ab, und es wird eine spezifische Fläche, wie dies oben wiederholt erläutert wurde, worin die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in einer maximalen Verteilungsdichte verteilt werden, gebildet und im in der Schmelze gesponnenen Filament fixiert. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung beträgt die Spinndüsen-Temperatur vorzugsweise 270 bis 290 und bevorzugter 275 bis 285°C, wenn das Polyesterharz im Wesentlichen aus Ethylenterephthalat-Einheiten besteht. Diesbezüglich kann, wenn die Spinndüsen-Temperatur weniger als 270°C beträgt, die entstandene Polyesterharzmischungsschmelze ein unzureichendes Filamentbildendes Verhalten ergeben, und wenn die Spinndüsen-Temperatur mehr als 290°C beträgt, kann das Filamentdehnungsverstärkungsmittel eine unzureichende Wärmestabilität in der Polyesterharzschmelze ergeben.
Die Kühlung des in der Schmelze extrudierten Filamentstroms stromabwärts von der Spinndüse wird vorzugsweise durch Einblasen von Kühlluft mit einer Blasgeschwindigkeit erfolgen, die in einem Bereich von 0,15 bis 0,6 m/s in Querrichtung derselben gesteuert wird, um sowohl die bleibende bzw. Restdehnung als auch die Wicklungsleistungsdaten des entstandenen Polyesterfilamentgarns zu steigern.
Beträgt die Einblasgeschwindigkeit der Luft weniger als 0,15 m/s, ist das entstandene Filamentgarn ungleichmäßig bei der Qualität, und somit können in den anschließenden Verarbeitungen ein verarbeitetes Filamentgarn, z. B. ein gezogenes Filamentgarn oder ein texturiertes Garn, in hoher Qualität nicht erhalten werden. Und wenn die Einblasgeschwindigkeit der Luft mehr als 0,6 m/s beträgt, können die Dehnungsviskosität der Polyesterharzschmelze im in der Schmelze extrudierten Filamentstrom ansteigen und somit der Anstieg der Restdehnung des entstandenen Filamentgarns nicht erwartet werden.
Die Zugabe der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel zum Polyesterharz kann mit herkömmlichen Verfahren erfolgen. Beispielsweise werden während des Polymerisationsverfahrens des Polyesterharzes die Partikel mit dem Polyesterharz in einer Endstufe des Polymerisationsverfahrens vermischt. In einem anderen Verfahren werden das Polyesterharz und die Filamentdehnungsverstärkungspartikel miteinander geschmolzen und vermischt, die entstandene Schmelzemischung extrudiert, gekühlt und geschnitten, um Chips (oder Pellets) aus der Mischung zu bilden. In noch einem weiteren Verfahren werden die Polyesterharzschmelze durch eine Hauptleitung und die Schmelze des Filamentdehnungsverstärkungsmittels durch eine Seitenleitung ebenfalls eingespeist, die mit der Hauptleitung verbunden ist, wobei beide in einen Spinnblock nach Durchgang durch einen dynamischen und/oder statischen Mischer eingeleitet werden. In noch einem weiteren Verfahren werden das Polyesterharz und das Filamentdehnungsverstärkungsmittel, welche beide in einer Chip-Form vorliegen, miteinander vermischt und die Mischung in die Spinndüse eingespeist. Unter diesen Verfahren ist ein Verfahren am meisten bevorzugt, bei welchem eine Teilmenge der Polyesterharzschmelze, die in eine Einspeisleitung zu einem direkt angeschlossenen Spinnblock geleitet wird, unterwegs abgezogen und mit den Filamentdehnungsverstärkungspartikeln in der Schmelze vermischt werden, um diese in der Polyesterharzschmelze zu dispergieren, und es wird die entstandene Schmelzemischung in die Einspeisleitung durch einen dynamischen und/oder statischen Mischer zurückgeleitet, worauf dann das Schmelzspinnverfahren durchgeführt wird.
Da im Verfahren der vorliegenden Erfindung eine erniedrigte Spannung auf den Polymerteil im extrudierten Filamentstrom ausgeübt wird, wobei die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in der Mischung als Spannungsbelastungselement fungieren, kann ein Polyesterfilamentgarn mit einer extrem kleinen Dicke von 1,11 dtex pro Filament (1,0 Denier) oder weniger bei hoher Aufnahmegeschwindigkeit hergestellt und produziert werden.
Ganz allgemein gesprochen, sind bei der Produktion eines Polyesterfilamentgarns, dessen individuelle Filamentdicke extrem klein ist, da die Kühlung des in der Schmelze extrudierten Filamentstroms bei einer sehr hohen Geschwindigkeit erfolgt und der Luftwiderstand pro Einheitsquerschnittsfläche des Filamentgarns, der an einem Ortsstrom aufwärts zu einer ersten Keileinsatzrolle auftritt, hoch ist, die Produktionseffizienz der extrem feinen Filamente bei hoher Aufnahmegeschwindigkeit nur niedrig und die Produktionsausbeute davon sehr gering. Wird allerdings die spezifische Polyesterharzmischung der vorliegenden Erfindung eingesetzt, verursacht die Steigerung des Kühleffekts aufgrund des Absinkens der individuellen Filamentdicke einen Orientations- und Kristallisationszerstöreffekt, welcher begünstigt wird, und dieser Effekt wirkt sich vorteilhaft für die Produktion der extrem feinen Filamente aus und ermöglicht die Produktion derselben mit bzw. bei hoher Geschwindigkeit.
Das oben genannte Schmelzspinnverfahren der vorliegenden Erfindung kann nicht nur auf die Produktion des Polyesterfilamentgarns allein vom Als-ob- bzw. Scheingesponnenen Typ, sondern auch auf die Produktion weiterer Typen von Filamentgarnen angewandt werden.
Beispielsweise kann durch Co-Schmelzextrudieren (Co-Spinnen) einer Polyesterharzmischung, die die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel enthält, und eines Polyesterharzes, das im Wesentlichen keine Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel enthält, unabhängig durch eine gemeinsame Spinndüse ein gemischtes ungezogenes Polyesterfilamentgarn mit den Dehnungseigenschaften, die ähnlich einem solchen gemischten ungezogenen Polyesterfilamentgarn sind, wie es bei Verdopplung von 2 Arten ungezogener Polyesterfilamentgarne erzeugt wird, die getrennt bei unterschiedlicher Aufnahmegeschwindigkeit aufgenommen werden und sich somit bei der Enddehnung voneinander unterscheiden, direkt aufgenommen und gewickelt werden.
Im herkömmlichen Co-Schmelzspinnverfahren wird eine einzelne Polyesterharzschmelze durch eine Spinndüse mit zwei Typen von Spinnlöchern extrudiert, die sich extrem beim Durchmesser voneinander unterscheiden. In diesem Fall sollte die Aufnahmegeschwindigkeit auf niedrigem Niveau von ca. 1500 m/min gesteuert werden, um ein in der Schmelze gesponnenes Polyesterfilamentgarn mit hoher Restdehnung, z. B. einer hohen Enddehnung von 270 bis 340%, zu erhalten. Werden, im Vergleich dazu, die Polyesterharz-Mischungsschmelze, die die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel enthält, und die Polyesterharzschmelze, die im Wesentlichen frei von den Partikeln ist, unabhängig durch die gemeinsame Spinndüse extrudiert, kann das entstandene gemischte Polyesterfilamentgarn bei der hohen Aufnahmegeschwindigkeit aufgenommen und gewickelt werden, bei der das Polyesterfilamentgarn aufgenommen werden kann, das aus dem Polyesterharz erzeugt wird, das frei vom Filamentdehnungsverstärkungsmittel ist und die gewünschte niedrige Restdehnung aufweist. Daher trägt das Co-Schmelzspinnverfahren dieses Typs zur Steigerung der Produktivität des gemischten Polyesterfilamentgarns bei.
Das gemischte Polyesterfilamentgarn, das aus zwei Typen von Polyesterfilamentgarnen besteht, die sich bezüglich der Restdehnung voneinander unterscheiden, lässt sich in vorteilhafter Weise als Materialgarn für ein zusammengesetztes falsch-gezwirntes Massegarn vom Kern-in-Schaft Typ anwenden, das z. B. in US 2,013,746 (entsprechend JP-B-61-19,733) offenbart ist. Wird nämlich das oben genannte Materialgarn einem gleichzeitigen Zieh- und Falsch-Zwirnverfahren gemäß dem in diesem obigen US-Patent offenbarten Verfahren unterzogen, können ein hohes Zugverhältnis auf das Materialgarn angewandt und somit das entstandene gezogene und falsch-gezwirnte Garn bei erhöhter Geschwindigkeit aufgenommen und gewickelt werden, um die Produktivität des verarbeiteten Garns zu steigern.
Das Schmelzspinnverfahren der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise mit einem herkömmlichen nacheinander ablaufenden Schmelzspinn- und Ziehverfahren kombiniert werden.
Insbesondere wenn ein Hochgeschwindigkeits-/Hochleistungs-Wickler mit dem eine hohe Wicklungsgeschwindigkeit (Umkreisgeschwindigkeit) von 8000 m/min oder mehr realisiert werden kann, angewandt wird, kann das Polyesterfilamentgarn von einer Aufnahme-Walze G1 (die als eine Vorerwärmungswalze dient und als eine erste Keileinsatzwalze bezeichnet wird) bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von 5000 bis 6000 m/min aufgenommen und dann gezogen und in der Wärme durch eine Zieh-Wärmehärtungswalze G2 (die als eine zweite Keileinsatzwalze bezeichnet wird) bei bzw. mit einer Geschwindigkeit von 7000 bis 9000 m/min gehärtet werden. Auch kann das Schmelzspinnverfahren der vorliegenden Erfindung für ein Herstellverfahren eines Polyesterfilamentgarns unter Einsparung von Energie angewandt und genutzt werden, wobei die erste Keileinsatzwalze (G1) mit einer Geschwindigkeit von 7000 bis 8000 m/min angetrieben, dann das Filamentgarn durch die zweite Keileinsatzwalze (G2) bei einem Geschwindigkeitsverhältnis (G₂/G₁) der zweiten Keileinsatzwalze (G2) zur ersten Keileinsatzwalze (G1) von höchstens 1,10 bis 1,25 in der Kälte gezogen, das gezogene Filamentgarn durch eine Dampf-Kammer zur Abführung der Restspannung des Filamentgarns und zur Wärmehärtung desselben geleitet und dann das in der Wärme gehärtete Filamentgarn aufgespult werden.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele noch weiter erläutert.
In den Beispielen wurden die folgenden Tests mit den entstandenen Polyesterfilamentgarnen durchgeführt:
(1) Wärmeverformungstemperatur (T)
Die Wärmeverformungstemperatur des Polyesterfilamentgarns wurde gemäß ASTM D-648 gemessen.
(2) Durchschnittsgröße (D) der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikeln in Querrichtung
Eine Probe des in der Schmelze gesponnenen Filamentgarns wurde in eine Paraffin-Matrix eingebettet und bei rechten Winkeln zur Längsachse des Garns geschnitten, um Spezimen mit einer Dicke von 7 μm zur elektronenmikroskopischen Betrachtung mit einem Elektronenmikroskop (Modell: JSM-840 von NIPPON DENSHI K. K.) herzustellen. Eine Vielzahl von Spezimen wurde auf ein Gleitglas gelegt und in Toluol bei Raumtemperatur zwei Tage lang stehen gelassen. Während dieser Behandlung wurden die Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels aus einem Additionspolymerisationsprodukt eines ungesättigten Monomers in Toluol gelöst und aus den Spezimen entfernt. Auf die entstandenen Spezimen wurde Platin durch Spuckern bei 10 mA über 2 min abgeschieden, und die Spezimen mit dem abgeschiedenen Platin wurden mit einer Vergrößerung von 15000 fotografiert. Im entstandenen Foto wurden die Querschnittsflächen von 100 Spuren der Partikel mit einem Flächenkurvenmessgerät (von K. K. USHIKATA SHOKAI) gemessen, und es wurde die Durchschnittsgröße der Spuren in Querrichtung des Filamentgarns berechnet. Die sich ergebende Durchschnittsgröße stellt die Durchschnittspartikelgröße (D) der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in der Querrichtung dar.
(3) Durchschnittsgröße (L) der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in Längsrichtung sowie das L/D-Verhältnis
Eine Probe des in der Schmelze gesponnenen Filamentgarns wurde in einer Paraffin-Matrix eingebettet und geschnitten, um individuelle Filamente entlang der Längsachse eines jeden Filaments zu schneiden, um Spezimen für die elektronenmikroskopische Betrachtung herzustellen. Eine Vielzahl der Spezimen wurde auf ein Gleitglas gelegt und in Toluol bei Raumtemperatur 2 Tage lang stehen gelassen, um die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in Toluol aufzulösen, und es wurde Platin auf den entstandenen geschnittenen Filamentoberflächen mit den gleichen Verfahren wie oben abgeschieden. Die Spezimen mit dem abgeschiedenen Platin wurden mit einer Vergrößerung von 15000 fotografiert. Im Foto wurden die Längen von 200 Spuren der Partikel mit dem gleichen Flächenkurvenmessgerät wie oben gemessen, und es wurde die Durchschnittslänge der Spuren in der Längsrichtung berechnet. Die Durchschnittslänge der Partikel (L) in Längsrichtung wird durch die Durchschnittslänge der Spuren dargestellt.
Auch wird das Verhältnis L/D durch das Verhältnis der Durchschnittslänge der Spuren in der Längsrichtung zur Durchschnittsgröße der Spuren in der Querrichtung dargestellt.
(4) Verteilung der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel im Polyesterfilamentquerschnitt
20 Querschnitte eines nicht-hohlen kreisförmigen Polyesterfilaments wurden in der gleichen Weise wie oben fotografiert. In jedem Foto wurde der Kreisquerschnitt des Filaments in 3 konzentrische Flächen aufgeteilt, nämlich in eine Innenkreisfläche, die von einer Innenkontur mit einem Radius umrandet ist, der 1/3 des Radius der Aussenkreiskontur des Querschnitts entspricht, in eine Zwischenringfläche, die zwischen der Innenkontur und der Zwischenkreiskontur mit einem Radius definiert ist, der 2/3 des Radius der Aussenkreiskontur entspricht, sowie in eine Außenringfläche, die zwischen der Zwischenkreiskontur und der Außenkreiskontur definiert ist. Die Anzahl der Spuren der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in jeder Fläche wurde gezählt, und es wurde die Verteilungsdichte der Spuren (die Anzahl der Spuren pro Einheitsfläche) in jeder Fläche berechnet.
Der Prozentsatz der Verteilungsdichte der Spuren in jeder Fläche, bezogen auf die Durchschnittsverteilungsdichte der Spuren im Gesamtquerschnitt des Filaments, wurde berechnet.
Der Prozentsatz der Verteilungsdichte der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in jeder Fläche wird durch den Prozentsatz der Verteilungsdichte der Spuren in jeder Fläche dargestellt.
(5) Anzahl (N) der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel, die auf der Außenoberfläche des Filaments auftreten.
Ein Polyesterfilamentgarn aus einer Vielzahl individueller Filamente wurde auf eine Länge von 10 mm in rechten Winkeln zur Längsachse des Filamentgarns geschnitten. Die geschnittenen Filamente wurden auf ein Gleitglas gelegt und in Toluol bei Raumtemperatur 2 Tage lang eingetaucht, um die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel aus den Filamenten zu entfernen. In der gleichen Weise wie im Test (2) wurden die Oberflächen der Filamente mit einer Vergrößerung von 15000 fotografiert. Im Foto wurde die Anzahl der Spuren der Partikel pro 2000 μm² gezählt. Aus der gezählten Anzahl der Spuren wurde die Anzahl der Partikel pro 100 μm² der Filamentoberfläche berechnet.
(6) Doppelbrechung (Δn) des Polyesterfilamentgarns
Interferenzbrechungen eines Polyesterfilamentgarns wurden mit einem Polarisationsmikroskop unter Verwendung einer Eindringflüssigkeit aus 1-Bromnaphthalin und eines einzelnen Farblichts mit einer Wellenlänge von 530 mm gemessen. Die Doppelbrechung (Δn) des Polyesterfilamentgarns wurde gemäß der folgenden Gleichung berechnet: ∆n = 530 (n + θ/180)/X worin n die Anzahl der Interferenzbrechungen, θ den Rotationswinkel eines Kompensators und X den Durchmesser des Filaments darstellen.
(7) Restdehnung
Ein in der Schmelze gesponnenes Polyesterfilamentgarn wurde in einem Raum mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, welcher bei einer Temperatur von 25°C und einer relativen Feuchte von 60% gehalten wurde, 24 h lang stehen gelassen, dann wurde eine Probe des Garns auf eine Messlänge von 100 mm auf einem Zugfestigkeitstestgerät (Handelsmarke: TENSILON von K. K. SHIMAZU SEISAKUSHO) festgelegt, und es wurde die Enddehnung der Probe bei einer Dehnungsgeschwindigkeit von 200 mm/min, nämlich bei einer Spannungsbelastungsgeschwindigkeit von 2 mm^–1, gemessen.
Die Enddehnung stellt die Restdehnung des Filamentgarns dar.
(8) Schmelzindex
Der Schmelzindex wurde gemäß ASTM D-1238 gemessen.
(9) Auftretender Schmelzespinnzug (Df)
Beim Schmelzspinnen eines Polyesterfilamentgarns wurde die Extrudiergeschwindigkeit der Schmelze in mL/min eines Eizelfilaments berechnet, indem die Extrudiermenge der Schmelze in g/min des Filaments durch das spezifische Gewicht in g/cm³ der Polyesterharzschmelze, nämlich durch 1,2 g/cm³, dividiert, und es wurde die sich ergebende Extrudiergeschwindigkeit der Schmelze in mL/min durch die Querschnittsfläche des Schmelzeextrudierloches dividiert, um die Extrudierlineargeschwindigkeit Vo der Schmelze zu berechnen. Df wird aus der Aufnahme- (oder Wicklungs-) Geschwindigkeit Vw des Filamentgarns und der Extrudierlineargeschwindigkeit Vo der Schmelze gemäß der folgenden Gleichung berechnet: Df = Vw/Vo.
(10) Spinndüsen-Temperatur
Die Spinndüsen-Temperatur wurde durch Einführung des Temperaturerfassungsendes eines Thermometers in ein Temperatur-Messloch in einer Tiefe von 2 mm gemessen, das in einem Oberflächenteil der Spinndüse ausgebildet war, und es wurde die Temperatur des Temperatur-Messlochs gemessen, während die Spinndüse unter den Spinnbedingungen der Schmelze vorliegt.
(11) Blasgeschwindigkeit der Kühlluft stromabwärts zur Spinndüse
Ein Anemometer wurde an einem Ort im Abstand von 30 cm vom oberen Ende eines Kühlluft-Blasabzugs mit einer Wabenstruktur angeordnet und auf die Wabenfrontfläche geklebt. Die Blasgeschwindigkeit der Kühlluft wurde 5 Mal mit dem Anemometer gemessen. Es wurde der Durchschnitt der gemessenen Blasgeschwindigkeitswerte berechnet.
(12) Reibungskoeffizient zwischen den Filamenten (F/F-Reibungskoeffizient)
Der F/F-Reibungskoeffizient ist im Detail in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichtung 48-35112 erläutert und stellt ein Barometer der Gleiteigenschaft der Filamente zueinander dar.
Eine Probe aus Multifilamentgarn (Y) mit einer Länge von 690 m wurde schraubenförmig um einen Zylinder mit einem Aussendurchmesser von 5,1 cm und einer Länge von 7,6 cm bei einem Schraubenwinkel von ±15° unter einer Wicklungslast von 10 g durch Anwendung einer Querbewegung gewickelt. Ein Spezimen (Y₁) der gleichen Probe aus Multifilamentgarn wie der oben genannten mit einer Länge von 30,5 cm wurde auf die gewickelte Garnschicht, die auf dem Zylinder gebildet wurde, parallel zur Wicklungsrichtung des Garns (Y) gelegt. Ein Ende des Garnspezimens Y₁ wurde an ein Spannungsventil eines Reibungstestgeräts angeschlossen, und das andere Ende des Garnspezimens (Y₁) wurde unter einer Last des 0,04-Fachen des Gewichts belastet, das dem Wert der Dicke in Denier des Garnspezimens (Y₁) entspricht. Dann wird der Garn (Y)-gewickelte Zylinder in einem Winkel von 180° bei einer Umkreisgeschwindigkeit von 0,0016 cm/s gedreht. Die auf das Garnspecimen (Y₁) ausgeübte Spannung wurde kontinuierlich angegeben.
Der F/F-Reibungskoeffizient (f) wird mit der folgenden Gleichung berechnet, die bezüglich der Reibung eines Gurts, der sich auf einem Zylinder bewegt, gut bekannt ist: f = (1/π)ln(T2/T1),worin T₂ die 25 Mal gemessenen Durchschnittsspitzenspannungen des Garnspezimens (Y₁), T₁ die Spannung, die an das Garnspezimen (Y₁) unter einer Last des 0,04-Fachen des Gewichts angelegt wird, das dem Wert der Dicke in Denier des Garnspecimens (Y₁) entspricht, und ln den natürlichen Logarithmus darstellen. Als eine nicht reversible Dehnung des Garnspezimens (Y₁) bei der Messung auftrat, als das Garnspezimen (Y₁) gezogen wurde, wurden die Daten des gezogenen Garnspezimens nicht herangezogen. Die Temperatur der Messatmosphäre betrug 25°C.
(13) Öl-Aufnahme (Oil-Pick-UP = OPU)-Messverfahren
Eine Probe aus einem in der Schmelze gesponnenen Filamentgarn wurde bei einer Temperatur von 105°C 2 h lang getrocknet, und dann wurde unmittelbar das Gewicht (W) des getrockneten Garns gemessen. Danach wurde die Garnprobe in 300 mL einer wässrigen Reinigungslösung getaucht, die als Hauptkomponente Natriumalkylbenzolsulfonat enthielt, worauf das Ganze mit Ultraschallwellen bei einer Temperatur von 40°C 10 min lang behandelt wurde. Nach Entfernung der wässrigen Reinigungslösung wurde die gereinigte Garnprobe mit fließendem heißen Wasser bei einer Tempertur von 40°C 30 min lang gespült und dann bei Raumtemperatur getrocknet. Danach wurde die Garnprobe bei einer Temperatur von 105°C 2 h lang weiter getrocknet, und es wurde sofort das Gewicht (W₁) der getrockneten Garnprobe gemessen.
Die Öl-Aufnahme (OPU) der Garnprobe wurde gemäß der folgenden Gleichung berechnet: OPU(%) = [(W – W1)/W1] × 100.
(14) Anzahl der Flusen pro m
Die Anzahl der Flusen, die auf einem texturierten Garn auftritt, das mit einem Falsch-Zwirnungsverfahren hergestellt war und eine Länge von 25 m oder mehr aufwies, wurde mit dem bloßen Auge gezählt, und es wurde die Anzahl der Flusen pro m berechnet.
Beispiel 1 bis 8 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6
In jedem Beispiel 1 bis 8 und in den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurde das Polyesterfilamentgarn mit den folgenden Verfahren hergestellt.
Chips aus Polyethylenterephthalatharz mit einer intrinsischen Viskosität von 0,64, bestimmt in o-Chlorphenol bei einer Temperatur von 35°C, welche ein Entglänzungsmittel aus einem Titandioxid-Pigment in einer Menge von 0,3% enthielten, bezogen auf das Gewicht des Polyethylenterephthalatharzes, wurden bei einer Temperatur von 160°C 5 h lang getrocknet und dann in einem Fullright-Typ-Einzelschrauben-Schmelzeextruder mit einem Innendurchmesser von 25 mm bei einer Temperatur von 300°C geschmolzen.
Getrennt davon, wurden ein Filamentdehnungsverstärkungsmittel aus (A) einem Polymethylmethacrylat- (PMMA-(A))-Harz mit einer Wärmeverformungstemperatur (T) von 121°C, einem Schmelzindex von 1,0 g/10 min, bestimmt bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 8 kgf, und mit einem gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewicht von 150000 oder aus (B) einem Polymethylmethacrylat (PMMA-(B))-Harz mit einer Wärmeverformungstemperatur (T) von 98°C, einem Schmelzindex von 2,5 g/10 min, bestimmt bei einer Temperatur von 230^C unter einer Last von 3,8 kgf, und mit einem gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewicht von 60000 oder aus (C) einem Methylmethacrylat-Acrylimid-Additonsprodukt-Styrol-(Molverhältnis = 24 : 45 : 30)-Copolymer-(PMMA-(C))-Harz mit einer Wärmeverformungstemperatur (T) von 140°C, einem Schmelzindex von 0,6 g/10 min, bestimmt bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 3,8 kgf, und mit einem gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewicht von 70000 bei einer Temperatur von 250°C geschmolzen.
Die Schmelze des Filamentdehnungsverstärkungsmittels wurde in der in Tabelle 1 angegebenen Menge durch einen Seitenweg in den Schmelze-Extruder eingeleitet und in der Schmelze des Polyesterharzes im Schmelze-Extruder vermischt. Die entstandene Mischung wurde durch einen 20stufigen Statik-Mischer geleitet, um die Filamentdehnungsverstärkungsmittelschmelze in der Form einer Vielzahl von Partikeln in einer Matrix aus der Polyesterharzschmelze zu dispergieren. Die Schmelzemischung wurde durch ein Metallfilament-Filter mit einer Porengröße von 25 μm gefiltert und dann in der Schmelze durch eine Spinndüse, die unmittelbar stromabwärts vom Filter angeordnet und mit 36 Schmelze-Spinndüsen mit einem Durchmesser von 0,4 mm und mit einer Länge von 0,8 mm versehen war, bei einer Spinndüsen-Temperatur von 285°C mit einer Extrudiergeschwindigkeit extrudiert, die in Reaktion auf die in Tabelle 1 angegebene Aufnahmegeschwindigkeit gesteuert wurde. Die extrudierten Filamentströme wurden durch eingeblasene Kühlluft in Querrichtung zur Längsachse der Spinn-Linie bei einer Blasgeschwindigkeit von 0,23 m/s aus einer quer angeordneten Blas/Kühlleitung gekühlt, die an einem Ort 5 bis 100 cm unterhalb der Spinndüse angeordnet war, um die extrudierten Filamentströme zu kühlen und zu verfestigen, um ein Polyesterfilamentgarn aus 36 Filamenten zu ergeben. Das Polyesterfilamentgarn wurde mit einer wässrigen Emulsion eines Ölungsmittels in einer Trockenmenge von 0,25 bis 0,30% geölt, bezogen auf das Gewicht des Filamentgarns, und dann bei der in Tabelle 1 angegebenen Geschwindigkeit aufgenommen. Bei den oben genannten Schmelze-Spinnverfahren betrug das Zugverhältnis (Vw/Vo) 407. Das entstandene Polyesterfilamentgarn wies einen Garn-Zahl von 133,3 dtex (120 Denier)/36 Filamenten auf.
Das Ölungsmittel wies die folgende Zusammensetzung auf: Ölungsmittel (Fa)
Anmerkung:

PO: Oxypropylen-Gruppe
EO: Oxyethylen-Gruppe

Die wässrige Ölungsmittel-Emulsion wies einen Trockengehalt von 10 Gew.-% auf und wurde auf das Filamentgarn unter Anwendung einer Düse zur Abmessung des Öls aufgebracht.
In der Aufnahmestufe wurde die Spannung (unmittelbar vor der Wicklungspackung) im Bereich des 0,15- bis 0,25-Fachen der Kraft gehalten, die der Dicke in Denier des Filamentgarns entspricht. Das aufgenommene Filamentgarn wurde zu einer Packung mit einem Garngewicht von 7 kg gewickelt. Die Form der Garnpackung wurde mit dem bloßen Auge in den folgenden Klassen bewertet:
Die Testergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 angegeben.
Tabelle 1
Tabelle 2
Anmerkung:
Tabelle 3
Anmerkung
Bezüglich der Tabellen 1, 2 und 3 sind die Ergebnisse der Beispiele und Vergleichsbeispiele die folgenden.
Im mit niedriger Geschwindigkeit in der Schmelze gesponnenen Polyesterfilamentgarn, das gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellt wurde, folgte, da die Spannungsbelastungsgeschwindigkeit des extrudierten Filamentstroms während dessen Dünnungsverarbeitung niedrig ist, die Dehnungsverformung der Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel der Dehnungsverformung der Polyesterharzmatrix, und diese dienten somit im Wesentlichen nicht als Widerstandspartikel gegen die Dehnungsverformung der Polyesterharzmatrix im geschmolzenen Zustand. Daher ist der entstandene Dehnungsverstärkungseffekt auf das entstandene Polyesterfilamentgarn klein. Da in diesem Fall auch die Anzahl der hin zu den äußeren Oberfläche der individuellen Filamente freigelegten Partikel groß ist, wurde in der entstandenen Garnpackung Kötzwebung des Filamentgarns vorgefunden.
In den Beispielen 1, 4, 7, 12 und 13 gemäß der vorliegenden Erfindung sind in allen die Aufnahmegeschwindigkeit von 2500 bis 8000 m/min sowie die Bedingungen (a), (b) und (c) erfüllt, und es waren die Restdehnung und die Wicklungsleistungsdaten der entstandenen Polyesterfilamentgarne hinreichend gut. Insbesondere ist bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von 3500 bis 5500 m/min der Effekt der vorliegenden Erfindung maximiert.
Da in Vergleichsbeispiel 6 die Spannungsbelastungsgeschwindigkeit des extrudierten Filamentstroms bei dessen Dünnungsverarbeitung sehr hoch ist, wird angenommen, dass das Filament-bildende Verhalten der Schmelzemischung aufgrund einer Grenzflächentrennung herabgesetzt ist, die zwischen der Polyesterharzmatrix und den Filamentdehnungsverstärkungspartikeln auftritt.
In Vergleichsbeispiel 2 war, da die Menge der Filamentdehnungsverstärkungspartikel zu klein ist, der Filamentdehnungsverstärkungseffekt ungenügend.
In Vergleichsbeispiel 3, worin die Filamentdehnungsverstärkungspartikel in zu großer Menge eingesetzt waren, war der entstandene Anstieg bei der Restdehnung von 293 hinreichend, die Anzahl (N) der Partikel, die hin zu den äußeren Oberflächen der Filamente freigelegt waren, ist aber zu groß, weshalb die entstandene Garnpackung ungenügend war.
In den Beispielen 3 und 6 gemäß der vorliegenden Erfindung wurden die Filamentdehnungsverstärkungsmittelpartikel in einer Menge von 0,5 bis 4,0 Gew.-% eingesetzt, und somit wurden die Partikel in der Polyesterharzmatrix in einem genügend guten Zustand dargelegt.
In Vergleichsbeispiel 4, worin das PMMA-(B) mit einer Wärmeverformungstemperatur (–T) von 98°C eingesetzt war, was die Bedingung (a) der vorliegenden Erfindung nicht erfüllt, betrugen die entstandene Partikelgröße (D) in der Querrichtung weniger als 0,05 μm und die Anzahl (N) der hin zu den äußeren Oberflächen der Filamente dargelegten Partikel mehr als 15 Partikel pro 100 μm², weshalb das entstandene Filamentgarn eine nur ungenügende Wicklungsleistung ergab.
In Vergleichsbeispiel 5 wurde das Filamentdehnungsverstärkungsmittel (PMMA-(C)) mit einer Wärmeverformungstemperatur (T) von 140°C verwendet, was höher als 130°C ist, weshalb die Bedingung (a) der vorliegenden Erfindung nicht erfüllt war. Da in diesem Fall die Differenz bei der Wärmeverformungstemperatur (T) zwischen dem Polyesterharz und den Partikeln zu groß war, ergaben die Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels einen zu hohen Widerstandseffekt gegen die Wärmedehnungsverformung des Polyesterharzes, und die Wärmeverformung der Partikel konnte nicht derjenigen des Polyesterharzes folgen.
Auch wiesen die entstandenen PMMA-(C)-Partikel, die in den Filamenten verteilt waren, eine zu große Partikelgröße (D) auf, weshalb die Polyesterharzmischung ein nur geringwertiges Filamentbildungsverhalten ergab und das entstandene Polyesterfilamentgarn ungenügende Wicklungsleistungsdaten aufwies.
Vergleichsbeispiele 7 bis 9
In jedem der Vergleichsbeispiele 7 bis 9 wurde ein Polyesterfilamentgarn mit den folgenden Verfahren erzeugt und gewickelt.
Polyesterharz-Chips mit einer intrinsischen Viskosität von 0,62, bestimmt in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 und hergestellt mit einem Direktpolymerisationsverfahren, welche 0,08 Gew.-% eines Entglänzungsmittels aus Titandioxid-Pigment enthielten, wurden bei einer Temperatur von 160°C 5 h lang getrocknet. Die getrockneten Harzchips wurden in einen Schmelze-Extruder durch eine Chip-Einspeisleitung und einen Mess-Einspeiser eingespeist. Auch wurden Polyesterharz-Masterchips, enthaltend 20 Gew.-% PMMA mit einer Wärmeverformungstemperatur von 121°C, einem Schmelzindex von 1,0 g/10 min, bestimmt bei einer Temperatur von 230^C unter einer Last von 8 kgf, und mit einem gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewicht von 150000 in den Schmelze-Extruder durch eine Seitenleitung und. einen Mess-Einspeiser eingespeist, um eine Mischung aus den Polyesterharzchips und den PMMA enthaltenden Polyesterharz-Masterchhips zu ergeben, wobei die Mischung 1,0 Gew.-% PMMA enthielt. Die Mischung wurde bei einer Temperatur von 300°C unter Rühren geschmolzen, und es wurde die Schmelzemischung durch ein Metallfilament-Filter mit der in Tabelle 4 angegebenen Porengröße gefiltert und dann durch eine Spinndüse mit 36 Düsen mit jeweils dem in Tabelle 4 angegebenen Durchmesser, welche unmittelbar unter dem Filter angeordnet waren, bei der gleichen Spinndüsen-Temperatur wie in Beispiel 1 mit dem in Tabelle 4 angegebenen Zugverhältnis (Vw/Vo) extrudiert. Die extrudierten Filamentströme wurden gekühlt und in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 geölt und bei einer Geschwindigkeit von 5000 m/min aufgenommen. Das entstandene Filamentgarn wies eine Garn-Zahl von 133,3 dtex (120 Denier)/36 Filamenten auf.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben:
Die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 7 bis 9 sind die folgenden.
In Vergleichsbeispiel 7, worin der Durchmesser der Schmelze-Spinndüsen 0,15 mm betrug, betrug der Schmelze-Spinnzug 57, was unterhalb 150 lag, die Bedingung (b) der vorliegenden Erfindung war nicht erfüllt, und der Anstieg (I) bei der Restdehnung betrug weniger als 50%. Es wird angenommen, dass die Filamentdehnungsverstärkungsmittelschmelze durch die hohe Scherkraft fein geschnitten wurde, die in den sehr engen Schmelze-Spinndüsen erzeugt wurde, und die sehr feinen Partikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels ergaben einen nur verringerten Dehnungsverstärkungseffekt.
In Vergleichsbeispiel 8, worin ein Filter mit einer Porengröße von 50 μm angewandt wurde, was mehr als 40 μm ausmachte, und worin die Partikelgröße (D) in der Querrichtung 0,151 μm betrug, was mehr als 0,15 ausmachte, wies die entstandene Garnpackung Kötz-Webungen auf.
In Vergleichsbeispiel 9, worin die Schmelze-Spinndüsen einen großen Durchmesser von 0,8 mm aufwiesen und der Schmelze-Spinnzug 1620 betrug, was mehr als 1500 ausmachte, wurden Grobpartikel des Filamentdehnungsverstärkungsmittels hin zu den äußeren Oberflächen der individuellen Filamente dargelegt, weshalb das entstandene Filamentgarn einen signifikant verringerten F/F-Reibungskoeffizient aufwies. In diesem Fall trat auch das Berstphänomen innerhalb von lediglich einigen Minuten vom Start der Wicklung an oft auf.
Beispiel 9 und Vergleichsbeispiele 10 und 11
In Beispiel 9 wurde ein in der Schmelze gesponnenes Polyesterfilamentgarn mit den gleichen Verfahren wie in Beispiel 6 erzeugt und einem Falsch-Zwirnungsverfahren bei einer Erwärmungslänge von 1,6 m bei einer Erwärmungstemperatur von 180°C bei einem Zugverhältnis unterzogen, das gesteuert wurde, um die Enddehnung des entstandenen texturierten Filamentgarns auf 25% bei einer Falsch-Zwirnungsscheiben-Antriebsgeschwindigkeit einzustellen, die gesteuert wurde, um das Verhältnis (T₁g/T₂g) der Spannung (T₁g) des Filamentgarns stromaufwärts zur Falsch-Zwirnungsscheibe zur Spannung (T₂g) des Filamentgarns stromabwärts von der Falsch-Zwirnungsscheibe auf 0,93 einzustellen.
In Vergleichsbeispiel 10 wurde das gleiche in der Schmelze gesponnene Polyesterfilamentgarn wie in Vergleichsbeispiel 8 dem gleichen Falsch-Zwirnungsverfahren wie in Beispiel 9 unterzogen.
In Vergleichsbeispiel 11 wurde ein in der Schmelze gesponnenes Garn mit den gleichen Verfahren wie in Vergleichsbeispiel 8 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Gehaltsmenge des Ölungsmittels, das als F/F-Reibungssteigerungsmaterial Ethylenoxid (10 Mol)-Additionsreagierten Nonylphenylether in der wässrigen Ölungsmittel Emulsion enthielt, von 10 Gew.-% (Fa) auf 25 Gew.-% (Fb) abgeändert. Die Ölungsmittel-Emulsion wurde auf das in der Schmelze gesponnene Filamentgarn mit einer Ölungs-Messdüse beim Schmelze-Spinnverfahren aufgebracht.
Das in der Schmelze gesponnene Polyesterfilamentgarn wurde dem gleichen Falsch-Zwirnungsverfahren wie in Beispiel 9 unterzogen.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben:
Wie Tabelle 5 zeigt, wies in Vegleichsbeispiel 10, da das in der Schmelze gesponnene Filamentgarn einen nur niedrigen F/F-Reibungskoeffizient ergab, die entstandene Garnpackung Kötz-Webungen auf. Allerdings konnte das in der Schmelze gesponnene Filamentgarn glatt mit dem Falsch-Zwirnungsverfahren texturiert werden und wies genügend gute physikalische Eigenschaften und eine genügend hohe Beständigkeit gegen Flusen-Bildung auf.
In Beispiel 9 wurden die Schmelze-Spinn- und – Texturierverfahren ohne die geringsten Schwierigkeiten glatt durchgeführt. Das entstandene texturierte Filamentgarn zeigte und ergab genügend gute Eigenschaften.
In Vergleichsbeispiel 11 wurde die Zusammensetzung der Ölungsemulsion so abgeändert, dass die F/F-Reibung anstieg. Die entstandene Garnpackung wies eine gute Form auf. Allerdings verursachte die erhöhte Reibung des Filamentgarns, dass die Reibung des Filamentgarns mit einer Texturierscheibe und den Garnführungen anstieg, weshalb das entstandene texturierte Garn eine nur geringe Beständigkeit gegen Flusen-Bildung aufwies und ungenügend war.

Claims

Polyesterfilamentgarn mit verbesserten Wickelungseigenschaften, erhältlich durch Schmelzspinnen einer Mischung eines Polyesterharzes enthaltend ein Filament-bildendes Polyester, wobei zumindest eine Säurekomponente des Polyesters eine aromatische Dicarbonsäure ist, mit Partikeln eines Filamentverlängerungs-verstärkenden Mittels („particles of a filament elongation-enhancing agent"), das zumindest ein Polymermaterial umfasst, das erhältlich ist durch Additionspolymerisation von zumindest einem organischen ungesättigten Monomer, und das im wesentlichen inkompatibel ist mit dem Polyesterharz und vorliegt in einer Menge von 0,5 bis 4,0% basierend auf dem Gewicht des Polyesterharzes, und durch Aufnehmen des schmelzgesponnenen Polyesterfilamentgarns mit einer Geschwindigkeit von 2500 bis 8000 m/Minute, unter Bildung eines Polyesterfilamentgarns umfassend eine Vielzahl von Filamenten, die jeweils eine aus dem Polyesterharz bestehende Matrix und die in der Polyesterharzmatrix dispergierten Partikel des Filamentverlängerungsverstärkenden Mittels umfassen, wobei das Polyesterfilamentgarn eine Zunahme (I) der bleibenden Dehnung von 50% oder mehr aufweist, die bestimmt wird gemäß der Gleichung: I(%) = (EIb/ELo – 1)*100worin I die Zunahme der bleibenden Dehnung in % des Polyesterfilamentgarns darstellt, EI_b stellt die bleibende Dehnung in % des Polyesterfilamentgarns dar und EL_o stellt die bleibende Dehnung in % eines Vergleichs-Polyesterfilamentgarns dar, das durch dieselben Verfahren wie für das Polyesterfilamentgarn hergestellt wurde, mit der Ausnahme, daß kein Filamentverlängerungs-verstärkendes Mittel in dem Vergleichs-Polyesterfilamentgarn enthalten ist, und gekennzeichnet dadurch, dass die Partikel des Filamentverlängerungs-verstärkenden Mittels, die in den Polyesterfilamenten enthalten sind, die Erfordernisse (a), (b) und (c) erfüllen: (a) die Partikel des Filamentverlängerungsverstärkenden Mittels weisen eine thermische Deformationstemperatur (T) im Bereich von 105 bis 130°C auf; (b) vorausgesetzt, dass die Polyesterfilamente einen nicht-hohlen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, ist die Verteilungsdichte der Partikel des Filamentverlängerungsverstärkenden Mittels in dem kreisförmigen Querschnitt des Polyesterfilaments in einem ringförmigen Bereich zwischen zwei konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt des kreisförmigen Querschnitts maximal, wobei die Radien der zwei konzentrischen Kreise jeweils 1/3 und 2/3 des Radius des kreisförmigen Querschnitts des Polyesterfilaments entsprechen; und (c) die Anzahl (N) der Partikel des Filamentverlängerungs-verstärkenden Mittels, die auf den periphären Oberflächen des Polyesterfilaments erscheinen, beträgt 15 Partikel/100 μm² oder weniger.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 1, worin die thermische Deformationstemperatur (T) der Partikel des Filamentverlängerungs-verstärkenden Mittels im Bereich von 110 bis 130°C liegt.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 1, worin die Menge der Partikel des Filamentverlängerungsverstärkenden Mittels, die in dem ringförmigen Bereich verteilt sind, 50 Gew.-% oder weniger beträgt, basierend auf der Gesamtmenge der in dem kreisförmigen Querschnitt erscheinenden Partikel.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 1, worin die Anzahl (N) der Partikel des Filamentverlängerungsverstärkenden Mittels, die auf der periphären Oberfläche des Polyesterfilaments erscheinen, 10 Partikel/100 μm² oder weniger beträgt.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 1, worin die in dem Polyesterfilament verteilten Partikel des Filamentverlängerungs-verstärkenden Mittels eine mittlere entlang der transversalen Richtung der Polyesterfilamente bestimmte Teilchengröße (D) von 0,05 bis 0,15 mm aufweisen.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 5, worin die in den Polyesterfilamenten verteilten Partikel des Filamentverlängerungs-verstärkenden Mittels in der longitudinalen Richtung des Polyesterfilaments verlängert sind und ein L/D-Verhältnis von 20 oder weniger aufweisen, worin L die mittlere entlang der longitudinalen Richtung des Polyesterfilaments bestimmte Länge der Partikel darstellt und D die mittlere entlang der transversalen Richtung der Polyesterfilamente bestimmte Größe der Partikel darstellt.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 1, das eine Doppelbrechung (Δn) im Bereich von 0,015 bis 0,105 aufweist.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 1, worin die Partikel des Filamentverlängerungs-verstärkenden Mittels ein Additionspolymerisationsprodukt von zumindest einem ethylenisch ungesättigten organischen Monomer umfassen, wobei das Additionspolymerisationsprodukt des ungesättigten organischen Monomers im wesentlichen inkompatibel ist mit dem Polyesterharz und ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 2000 oder mehr aufweist.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 8, worin das Additionspolymerisationsprodukt des ungesättigten organischen Monomers ein Acrylatpolymer umfasst, das als Hauptkomponente ein additionspolymerisiertes Methylmethacrylat umfasst und ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 8000 bis 200.000 und einen Schmelzindex von 0,5 bis 8,0 g/10 Minuten, bestimmt bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 3,8 kg, aufweist.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 8, worin das Additionspolymerisationsprodukt des ungesättigten organischen Monomers ein Styrolpolymer umfasst, das als Hauptkomponente ein isotaktisches Styrolpolymer umfasst und ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 8000 bis 200.000 und einen Schmelzindex von 0,5 bis 8,0 g/10 Minuten, bestimmt bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 3,8 kg, aufweist.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 8, worin das Additionspolymerisationsprodukt des ungesättigten organischen Monomers ein Styrolpolymer umfasst, das als Hauptkomponente ein syndiotaktisches (kristallines) Styrolpolymer umfasst und ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 8000 bis 200.000 und einen Schmelzindex von 6 bis 2,5 g/10 Minuten, bestimmt bei einer Temperatur von 300°C unter einer Last von 2,16 kg, aufweist.
Polyesterfilamentgarn gemäß Anspruch 8, worin das Additionspolymerisationsprodukt des ungesättigten organischen Monomers ein Methylpentenpolymer umfasst, das als Hauptkomponente ein additionspolymerisiertes 4-Methylpenten-1 umfasst und ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 8000 bis 200.000 und einen Schmelzindex von 5,0 bis 40,0 g/10 Minuten, bestimmt bei einer Temperatur von 260°C unter einer Last von 5,0 kg, aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Polyesterfilamentgarns, umfassend die folgenden Schritte: Extrudieren einer Schmelze einer Mischung eines Polyesterharzes umfassend ein Filament-bildendes Polyester, wobei zumindest eine Säurekomponente des Polyesters eine aromatische Dicarbonsäure ist, mit Partikeln eines Filamentverlängerungs-verstärkenden Mittels, das zumindest ein Polymermaterial umfasst, das erhältlich ist durch Additionspolymerisation von zumindest einem organischen ungesättigten Monomer, und das im wesentlichen inkompatibel ist mit dem Polyesterharz und vorliegt in einer Menge von 0,5 bis 4,0 Gew.-% basierend auf dem Gewicht des Polyesterharzes durch eine Spinndüse, und Aufnehmen des schmelzextrudierten Polyesterfilamentgarns mit einer Geschwindigkeit von 2500 bis 8000 m/Minute entlang einer Spinnlinie („spinning line"), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Schritt der Schmelzextrusion die Schmelze durch einen Filter mit einer Porengröße von 40 μm oder weniger, der unmittelbar stromaufwärts der Spinndüse angeordnet ist, geführt wird, und in der Spinnlinie der Verzug („draft")des schmelzextrudierten Polyesterfilamentgarns auf einen Bereich von 150 bis 1500 geregelt ist und so dem Garn verbesserte Wickelungseigenschaften verleiht.
Verfahren zur Herstellung des Polyestergarns gemäß Anspruch 13, worin in dem Schritt der Aufnahme des schmelzextrudierten Polyesterfilamentgarns durch Dazublasen von Kühlluft stromabwärts von der Spinndüse bei einer auf einen Bereich von 0,15 bis 0,6 m/sec geregelten Blasgeschwindigkeit gekühlt wird.
Verfahren zur Herstellung des Polyestergarns gemäß Anspruch 13, worin in dem Schritt der Schmelzextrusion das Polyesterharz, das die darin dispergierten Partikel des Filamentverlängerungsverstärkenden Mittels in einer Menge von 0,5 bis 4,0 Gew.-% basierend auf dem Gewicht des Polyesterharzes enthält, und ein Polyesterharz, das im wesentlichen keine Partikel des Filamentverlängerungs-verstärkenden Mittels enthält, mittels eines Co-Spinnverfahrens schmelzextrudiert werden, und in dem Schritt der Aufnahme das resultierende gemischte Filamentgarn bei einer Geschwindigkeit von 2500 bis 8000 m/Minute aufgenommen wird.