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Verfahren zur Herstellung von Fäden oder Fasern mit verbesserten Eigenschaften
aus synthetischen linearen Polyamiden Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung
synthetischer Fäden oder Fasern aus linearen Polyamiden mit verbesserten Eigenschaften,
die dadurch erreicht werden, daß Gebilde aus synthetischen linearen Polyamiden mit
einstufigen Phenolformaldehydharzen imprägniert werden.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, einstufige Phenolformaldehydharze
in synthetische lineare Polyamide einzuführen und dann aus diesen Mischungen Fäden
herzustellen. Derartige Fäden sollen verbesserte Eigenschaften gegenüber solchen
besitzen, die aus entsprechenden nicht behandelten Polyamiden bestehen.
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Es wurde nun gefunden, daß die: Eigenschaften"von Fäden aus synthetischen
linearen Polyamidencdürch ein Verfahren verbessert werden können, das darin besteht,
daß die gestreckten oder nicht gestreckten Fäden mit einem einstufigen alkalisch
kondensierten Phenolformaldehydharz imprägniert werden, das in einem geeigneten
nicht reagierenden Lösungsmittel aufgelöst ist, wobei das überflüssige Harz von
der Oberfläche der Fasern entfernt wird.
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Die gesponnenen und die imprägnierten Fäden werden dann erwärmt, bis
das Phenolformaldehyd vollkommen kondensiert ist. Wenn die aus synthetischen linearen
Polyamiden bestehenden Gebilde nicht vor der Imprägnierung konditioniert sind, so
ist es zweckmäßig, sie danach dieser Behandlung zu unterwerfen.
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Die Fäden oder Fasern gemäß der Erfindung sind solche, die aus spinnbaren
polymeren Amiden hergestellt sind, die im allgemeinen unter dem Namen Nylon gehandelt
werden, und die gemäß den britischen Patentschriften 461 236 und 461 237 und den
amerikanischen Patentschriften 2 071 250, 2 071 251 und
2
i3o g48 hergestellt werden. Aus den dort beschriebenen Stoffen werden Gebilde dadurch
hergestellt, daß die Massen geschmolzen werden und die geschmolzenen Massen unter
Druck durch geeignete Düsen ausgepreßt werden, um ununterbrochene Fäden zu ergeben.
Die Eigenschaften dieser Fäden werden durch eine darauffolgende Kaltstreckbehandlung
verbessert.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird mit irgendeinem alkalisch
kondensierten einstufigen Phenolformaldehydresol oder -harz gearbeitet, das in einem
Lösungsmittel aufgelöst -ist, welches durch die erwähnten Polyamide wohl absorbiert
wird, mit ihnen aber nicht reagiert. Unter dem Ausdruck Phenol werden gemäß der
Erfindung auch substituierte Phenole,-wie beispielsweise Kresol, verstanden. Alkalische
Katalysatoren, die zur Durchführung der Kondensation geeignet sind, sind Ammoniak,
Hexamethylentetramin und Magnesiumoxyd. Es wird zweckmäßig mit einem Molekularverhältnis
von Formaldehyd zu Phenol gearbeitet, das größer als i : i ist.
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Das Lösungsmittel für das Phenolformaldehydharz darf das Polyamid
nicht auflösen, und es ist auch erwünscht, daß dieses nicht eine bemerkenswerte
Duellwirkung auf das Polyamid ausübt. Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise
verdünntes wäßriges Natriumhydroxyd, denaturierter Alkohol, Methanol, Äthanol und
Aceton. Die beiden erstgenannten Lösungsmittel werden-vorzugsweise angewendet.
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Die gesponnenen Fäden werden noch zweckmäßig in der in der britischen
Patentschrift 504 344 beschriebenen Weise behandelt, und hierdurch wird erreicht,
daß den Fäden aus kaltgestreckten linearen Polyamiden eine beständige Form gegeben
wird, indem sie mit Dampf und/oder Wasser behandelt werden, während sie in einer
bestimmten Lage gehalten werden. Durch diese Behandlung werden die Fasern weniger
empfindlich gegenüber späteren Änderungen ihrer Eigenschaften, und ihre Widerstandsfähigkeit
gegenüber Verformung wird erhöht und ebenfalls ihre Steifigkeit. Diese Behandlung
für die gemäß der Erfindung hergestellten Produkte besteht darin, daß die Produkte
unter leichter Spannung 2 Stunden lang in kochendes Wasser bei Atmosphärendruck
eingetaucht werden.
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Durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren entstehen
Fäden oder Fasern, die eine geringere Wasseraufnahmefähigkeit, größere Steifigkeit,
eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Ermüdung und eine größere Wärmewiderstandsfähigkeit
als entsprechend unbehandelte Produkte besitzen. Weiterhin verlieren sie ihre Steifigkeit
in Wasser nicht so schnell wie die nicht behandelten Fasern. Die Widerstandsfähigkeit
gegen Ermüdung der Fasern wird in der- folgenden Weise gemessen: i. Ein rundes Büschel
von Fasern, :g mm lang und mit einem Grunddurchmesser von 76 bis 8i2 mm, wird rechtwinklig
zu seiner Längsachse an einem Punkt io mm von dem freien Ende des Büschels durch
eine dünne Metallstange geschlagen, die an einer Scheibe von ioo mm Durchmesser
befestigt ist, wobei die Scheibe mit 1425 Umdrehungen pro Minute umläuft. Der prozentuale
Anteil der unbeschädigt gebliebenen Fasern wird nach bestimmten Zeitabläufen festgelegt.
Das umgekehrte Verhältnis, bei dem dieser Prozentgehalt sich verringert, ist ein
Maß für die Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung der Fasern.
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Es ist zu bemerken, daß die erhaltenen Ergebnisse sich mit der Stärke
der Fasern ändern, und demgemäß müssen sämtliche Vergleichsversuche mit Fasern gleicher
Stärke gemacht werden.
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Die Wärmewiderstandsfähigkeit der Fasern wird auf folgende Weise bestimmt:
2. Ein Faserbündel wird in einem Luftofen auf 15o° erwärmt und eine gewisse Anzahl
der Fasern nach verschiedenen Zeitläufen entnommen, abkühlen gelassen und in einen
Raum gebracht, der 66 % relative Feuchtigkeit enthält, so lange, bis diese
im Feuchtigkeitsgleichgewicht sind. Dann wird die Zugfestigkeit dieser Fasern gemessen.
Der Betrag, um den sich die Zugfestigkeit verringert, gibt ein Maß für die Wärmewiderstandsfähigkeit
der Fasern. Eine Steigerung dieser Werte bezeichnet eine schlechte Wärmewiderstandsfähigkeit
und umgekehrt.
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In den folgenden Beispielen sind einige Ausführungsformen des den
Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens angegeben. Die Teile sind Gewichtsteile.
Beispiel i Ein Bündel von gestreckten und konditionierten Polyhexamethylenadipamidfasern
von
0,36 mm Durchmesser wird in eine wäßrige Lösung eines einstufigen Phenolformaldehydharzes
24 Stunden lang bei Zimmertemperatur eingetaucht, dann in denaturiertem Alkohol
gewaschen, bis die Oberfläche nicht mehr klebrig ist. Die Fasern werden dann 2 Stunden
lang einem Luftstrom von 12o° ausgesetzt und an der Luft abkühlen gelassen. Eine
Anzahl der behandelten und nicht behandelten Fasern wird 24 Stunden in einen Behälter
eingebracht,' in dem eine relative Feuchtigkeit von 66 °/o herrscht, und die Werte
der Biegungswiderstandsfähigkeit der behandelten und nicht behandelten Fasern werden
bestimmt. Die übrigen Fasern werden dann 24 Stunden lang in Wasser getaucht und
ihre Elastizität erneut bestimmt. Das Maß der Wasserabsorption der behandelten und
nicht behandelten Fasern wird durch die Bestimmung der Wasseraufnahme nach dem Eintauchen
in Wasser ermittelt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle i niedergelegt.
| Tabelle i . |
| Wasserabsorption Elastfie täts modul Zugfestigkeit |
| in Prozent |
| 7° |
| g# |
| Feuchtigkeit feuchtem Zustand |
| Behandelte Fasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 2,4 5,1 X 105 o,16 kg/cm2 |
| Unbehandelte Fasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 4,2 3,4 X 10" 0,13 kg/cm2 |
Beispiele der behandelten und nicht behandelten Fasern werden ebenfalls
in einem Luftofen bei i50' erwärmt und ihre Bruchfestigkeit (Zugfestigkeit) in bestimmten
Zeitintervallen festgelegt. Das Produkt läßt man auf Zimmertemperatur abkühlen,
und man läßt sie in ein Feuchtigkeitsgleichgewicht mit einer Atmosphäre treten,
die
660/, relative Feuchtigkeit enthält, bevor die Proben gemacht werden.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 niedergelegt.
| Tabelle 2 |
| Bruchfestigkeit in Kilogramm nach dem Erwärmen |
| o Tage i i Tag ! 2 Tage I 3 Tage f 5 Tage 7 Tage io Tage |
| I ! i |
| Behandelte Fasern ................... 4 ' 39 ! 3#9 3#5 3,54
3 I 0,95 |
| Unbehandelte Fasern ................. 3,45 1,22 I 2,32
, i,18 0,82 - |
Es wurden Zahnbürsten hergestellt aus behandelten und nicht behandelten Fasern,
und es wurde dabeigefunden, daß die behandelten Fasern eine geringere Verformung
nach mehrmonatigem Gebrauch aufwiesen als die nicht behandelten. Beispiel 2 Eine
hölzerne Haspel, die ungefähr goo g gestreckte, nicht konditionierte Fäden aus Polyhexamethylenadipamid
von
0,3 mm Durchmesser enthält, wird 48 Stunden lang bei Zimmertemperatur
in eine wäßrige Lösung eines einstufig alkalisch kondensierten Phenolformaldehydharzes
eingetaucht. Die Haspel wird dann gespült und die Fäden dadurch gewaschen, daß sie
mit einer Geschwindigkeit von io m pro Minute durch drei Bäder von denaturiertem
Alkohol gezogen werden. Nach dem Ablaufen jeden Bades werden die Fäden mittels eines
Filzkissens ausgedrückt. Die Fäden werden dann getrocknet, indem man sie durch einen
etwa 2 m langen -Luftraum hindurchführt und darauf auf eine zweite hölzerne Haspel
aufwickelt. Die Bäder, bestehend aus dem denaturiertem Alkohol, werden durch ein
Gegenstromverfahren mit einer Geschwindigkeit von 5 l pro Stunde aufgefüllt. Ein
Teil der Fäden wird dann unter leichter Spannung auf eine etwa 46 cm lange Aluminiumstange
aufgewickelt und 6 Stunden lang in einem Luftofen bei 120° erwärmt, auf Zimmertemperatur
abgekühlt und dann 2 Stunden lang in kochendem Wasser nachbehandelt. Die geraden
Anteile der Fäden werden dann von der Stange abgeschnitten und getrocknet.
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Ein anderer Teil der imprägnierten Fäden wird in ähnlicher Weise auf
einer Aluminiumstange aufgewickelt, 6 Stunden lang auf 12O° erwärmt, auf Zimmertemperatur
abgekühlt und von der Stange entfernt, wobei jedoch die Nachbehandlung mit warmem
Wasser nicht angewandt wird.
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Proben der nicht behandelten und auf die beiden verschiedenen Arten
behandelten Fäden werden, nachdem sie mit einer 66 °/o relative Feuchtigkeit enthaltenden
Atmosphäre ins Gleichgewicht gebracht worden sind, verschiedene Zeiten lang in Wasser
eingetaucht, und unmittelbar nach der Entfernung aus dem Wasser wird der Elastizitätsmodul
dieser Fäden bestimmt.
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Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 niedergelegt.
| 1 aoelie 3 |
| Elastizitätsmodul (kg'cm2) nach dem Eintauchen in Wasser |
| für folgende Zeiten: |
| o Std. 1j2 Std. i Std. 2 Std. 4 Std. 151!2 Std.
; 24 Std. |
| Nicht behandelte Fäden .............. I 0,24 o,18
0,15 I 0,13 I o,126 0,112 O,113 |
| Mit Harz behandelte Fäden ohne Wasser- I I |
| nachbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,21
o,ig 0,i75 ; 0,14 0,133 0,14 0J33 |
| Mit Harz behandelte und mit H,0 nach- |
| behandelte Fäden .................. 0,35 0,27 I 0,24 ! 0,176
! 0,17 ! 0,14 I 0,14 |
Der Ermüdungswiderstand der nicht behandelten, der mit Harz imprägnierten, mit Wasser
nicht nachbehandelten und der mit Wasser konditionierten, mit Harz behandelten Fäden,
nachdem sie mit einer Atmosphäre von 66
% relativer Feuchtigkeit ins Gleichgewicht
gebracht worden sind, wird durch das oben beschriebene Verfahren ermittelt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 4 niedergelegt.
| Tabelle 4 |
| Prozent der unbeschädigten Fäden nach |
| 5 Min. io Min. 15 Min. 20 Min. 25 Min. I 3o Min.
I 40 Min. |
| \7icht behandelte Fäden .............. 100 ! 99 83 65
I 51 35 ; - |
| Mit Harz behandelte Fäden, ohne Wasser- |
| nachbehandlung .................... ioo 100 96 74 45
22 - |
| Mit Harz behandelte und mit H20 nach- |
| behandelte Fäden .................. ioo ioo 1 - i ioo ,
97 87 72 |