EP0052845B1

EP0052845B1 - Wasserverstreckung

Info

Publication number: EP0052845B1
Application number: EP81109691A
Authority: EP
Inventors: Erich Helmut Keil
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1980-11-24
Filing date: 1981-11-14
Publication date: 1984-01-25
Also published as: DE3162051D1; DE3044073A1; US4418032A; EP0052845A1; ATE5979T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstrecken von Faserkabeln aus Polyester mit einer Vorverstreckung und einer Hauptverstreckung bei einem vorgegebenen Wert für das Gesamtverstreckverhältnis.
Bei der Verstreckung synthetischer Fäden muss auf eine gleichmässige Verstreckung aller Filamente untereinander und auch auf die Gleichmässigkeit über die Länge jedes Filaments geachtet werden, da sich Abweichungen in der Verstreckung beim Färben als deutlich unterschiedlich anfärbende Stellen abheben. Diese Forderung ist besonders schwierig beim Verstrecken sogenannter Faserkabel zu erfüllen, also Filamentscharen von vielen Tausend Filamenten, die später zu Stapelfasern verarbeitet werden. Besonders gleichmässig verstreckte und damit gleichmässig anfärbende Fasern ergibt dabei das Verfahren nach der DE-AS 1 193198, nach welchem Polyesterkabel bei konstanter Länge zwischen den Einlaufwalzen im 40-70°C heissen Wasserbad vorgewärmt, dann unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur in ein zweites, auf 60-100°C gehaltenes Bad geleitet und dort verstreckt werden, wobei die Temperatur jeweils um zumindest 10°C über der Temperatur des ersten Bades gehalten wird.
Ein recht ähnliches Verfahren zum Vorwärmen von Kabeln aus Polyesterfäden ist aus der DE-AS 2149793 bekannt. Danach werden die Kabel beim Umlaufen der vorletzten Walze des Einlaufwalzenwerkes durch ein auf 40-65°e heisses Tauchbad geleitet. Zweck ist das gleichmässige Durchwärmen des Kabels. Auch nach dieser Veröffentlichung bleibt das Kabel deshalb vom Wasserbad an bis zur Verstreckung stets bei erhöhter Temperatur.
Die nach diesem Stand der Technik erhaltenen Faserkabel, bzw. die daraus gewonnenen Stapelfasern entsprechen jedoch noch nicht in jeder Hinsicht den an sie gestellten Anforderungen, insbesondere nicht hinsichtlich der Gleichmässigkeit der Anfärbbarkeit.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine weitere Verbesserung der Gleichmässigkeit der Verstreckung von Faserkabeln zu erzielen, die sich in einer deutlichen Senkung der Zahl der Färbefehler ausdrückt. Dabei sollen jedoch Verstreckverhältnis, Verstrecktemperatur und Verstreckmedium frei wählbar bleiben.
Das erfindungsgemässe Verfahren löst diese Aufgabe dadurch, dass eine Vorverstreckung in Wasser bei 71-90°C stattfindet, dass das Verstreckverhältnis in der Vorverstreckung zwischen 1:1,05 und 1:1,6 so gewählt wird, dass die Hauptverstreckung bei einem Minimum der Verstreckspannung erfolgt, und dass die Faserkabel zwischen Vor- und Hauptverstreckung wieder auf unter 40°C abkühlen.
Bevorzugt liegt das Verstreckverhältnis in der Vorverstreckzone unter 1:1,4 ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1:1,1 und 1:1,3.
Faserkabel sind endlose Gebilde aus einer grossen Zahl von Filamenten und durch Zusammenfassen der Filamente mehrerer Spinndüsen entstanden. Die Faserkabel haben Titer von bis zu 1 Million dtex und auch mehr. Sie werden nach der gemeinsamen Behandlung aller Filamente meist zu Stapelfasern zerschnitten, die ihrerseits zu Spinnfasergarnen weiterverarbeitet werden
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren eingesetzten Faserkabel bestehen aus Polyester, d.h. aus linearen Hochpolymeren und mindestens 85% wiederkehrenden Einheiten aus Terephthalsäure und einem zweiwertigen Alkohol Die restlichen 15% der wiederkehrenden Einheiten des Polymeren können von Comonomeren sowohl in der Dicarbonsäure- als auch in der Glykolkomponenten gebildet werden.
Bei der Vorverstreckung handelt es sich um eine oritentierende Verstreckung, also bereits eine solche, mit der eine Zunahme der Doppelbrechung einhergeht, jedoch ist sie noch nicht mit einer Streckpunktbildung verbunden. Unter einem Streckpunkt versteht man dabei die plötzlich und gut sichtbare Durchmesserveränderung («Flaschenhals») von Polyesterfilamenten geringer Orientierung beim Verstrecken. Eine Zunahme der Doppelbrechung der Spinnware erfolgt erst bei einem Vorverstreckverhältnis von 1:1,05.
Erfindungsgemäss wird die Vorverstreckung in Wasser vorgenommen. Wasser bedeutet dabei sowohl reines Wasser, als auch wässrige Lösungen oder Emulsionen z.B. der üblichen Textilhilfsmittel, Avivagen oder Präparationen.
Das Wasser hat erfindungsgemäss eine Temperatur von 71-90°C. Wenn die Temperatur ausserhalb dieser Grenzen liegt, dann steigt die Zahl der Färbefehler stark an.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine Vorverstreckung in Heissdampf nicht die für die Erfindung charakteristische Minimierung der Verstreckspannung in der Hauptverstreckzone erbringt. Bei einer Zweistufenverstreckung mit Dampf kann zwar ebenfalls ein Minimum der Färbefehler erreicht werden, doch entsprechen diese Werte mit etwa 100 Färbefehlern je 20 g nur Fasern nach dem Stand der Technik.
Die Vorverstreckung in Wasser bei 71-90°C wird mit einem solchen Verstreckverhältnis durchgeführt, dass die in der Hauptverstreckung erforderliche Streckspannung ein Minimum erreicht. Daraus ergeben sich Vorverstreckverhältnisse zwischen 1:1,05 und 1:1,6. Ein Abweichen von diesen Verstreckverhältnissen in der Vorverstreckzone führt zu einer Verschlechterung der Färbegleichmässigkeit.
Die Hauptverstreckung wird wie üblich durchgeführt, also z.B. in Wasserdampf oder in heissem Wasser. Die besten Resultate ergeben sich, wenn man auch die Hauptverstreckung in heissem Wasser durchführt. Auch die Hauptverstrekkung ist eine orientierende Verstreckung. Im Gegensatz zur Vorverstreckung ist sie aber mit Streckpunktbildung verbunden.
Die Hauptverstreckung kann auch zweistufig erfolgen oder von den unterschiedlichen Fixierprozessen gefolgt sein, der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens bleibt erhalten.
Die Vorverstreckung wird erfindungsgemäss so ausgeführt, dass die erforderliche Streckspannung in der Hauptverstreckung ein Minimum einnimmt.
Das Minimum der Streckspannung in der Hauptverstreckzone ermittelt man durch Variieren des Vorverstreckverhältnisses. Die Streckspannung ist der Quotient aus der Zugkraft des Faserkabels, die mit einem handelsüblichen Zugkraftmesser (z.B. Fa. Schmidt, Waldkraiburg) gemessen werden kann, und dem Endtiter des verstreckten Faserkabels. Der Endtiter des verstreckten Faserkabels ergibt sich dabei als Produkt des eingesetzten Spinntiters mit dem angewendeten Gesamtverstreckverhältnis.
Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Vorverstreckung so ausgeführt wird, dass die Hauptverstreckung tatsächlich bei dem Minimum der Streckverspannung vonstatten geht. Jedoch können von diesen Werten der Streckspannung in der Hauptverstreckung um bis zu 10% des Minimalwertes überschritten werden, ohne dass die Zahl der Färbefehler bereits nicht mehr akzeptabel wäre.
Nach der Erfindung ist es ferner wichtig, dass die Faserkabel zwischen der Vor- und der Hauptverstreckung auf unter 40°C abkühlen. Dazu ist nicht unbedingt aktive, zusätzliche Kühlung erforderlich, sondern man kann dies durch Führen der Faserkabel um unbeheizte Walzen erreichen. Da bei Faserkabeln wegen der grossen auftretenden Kräfte stets mehrerer Walzen benützt werden, z.B. Walzenseptette, nehmen die Faserkabel darauf von allein annähernd Zimmertemperatur an, sofern nur nicht zusätzlich beheizt wird. Vorteilhaft ist allerdings Kühlung der Walzen mit Wasser.
Wenn man den Faserkabeln nicht Gelegenheit gibt, nach der Vorverstreckung bei 71-90°C abzukühlen, verschlechtern sich die Werte der Färbegleichmässigkeit deutlich, wie Beispiel 3 zeigt.
Die Zahl der Färbefehler wird aus einer Anfärbung mit Rhodamin ermittelt:
3,5 g des Farbstoffs Basic Violet 10 (Color Index No. 45 170, revised third edition 1975; ^ORhodamin B der BASF AG) werden in 5 Liter destilliertem Wasser bei Zimmertemperatur gelöst, dann eine Emulsion von 30 ml o-Kresol (= Carrier) und 10 ml Alkylarylpolyglykolethersulfat (= Emulgator, ^eHostapal BV der Hoechst AG) zugegeben und gut gemischt.
Daraufhin wird in einem 2 I Becherglas 1 I dieser Farbflotte zum Kochen erhitzt und etwa 1 m des zu prüfenden gekräuselten Kabelbandes 3 Minuten in die kochende Flotte gegeben.
Das so gefärbte Kabelband wird dann unter fliessendem Leitungswasser gespült, bis das Wasser keine Rotfärbung mehr zeigt.
Anschliessend wird das Kabelband mindestens 15 Minuten in einer Lösung von 0,5 g/I eines Alkylarylpolyglykolethers (Emulgator ^OHostapal CV der Hoechst AG) etwa 75-80° unter öfterem Rühren ausgewaschen und nochmals mit fliessendem Leitungswasser gespült, bis kein Schaum mehr sichtbar ist.
Nach Tauchen des Kabelbades in destilliertem Wasser wird gut abgeschleudert und kurz an der Luft getrocknet.
Die Auszählung von unverstreckten Kapillaren bzw. Verklebungen an rhodamingefärbten Kabelbändern wird in einem dunklen Raum unter UV-Licht durchgeführt. Unverstreckte Kapillaren leuchten dabei hell- bis dunkelrot.
Umfangreiche Messungen und Versuche haben gezeigt, dass die Mehrzahl der handelsüblichen Fasern aus Polyäthylenterephthalat zwischen 100 und 1000 Färbefehlern je 20 g Faser aufweisen. Diese Zahlen können bei sonst unverändertem Verfahren durch die erfindungsgemässe Vorverstreckung auf 5 bis 50 Färbefehler je 20 g Fasern reduziert werden.
Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemässe Verfahren.

Beispiel 1

Ein Polyethylenterphthalat-Faserkabel aus 446080 Filamenten mit einem Einzeltiter der verstreckten Faser von 1,7 dtex wurde zwischen Walzenseptetten zweistufig verstreckt. Die Breite des Faserkabels betrug dabei etwa 30 cm.
Das erste Septett lief mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 43 m/min bei Zimmertemperatur. Zwischen erstem und zweitem Septett befand sich ein Wasserbad von 79°C und von 3,20 m Länge. Die Geschwindigkeiten des 2. Septetts sind in Tabelle 1 aufgeführt, die Temperatur der Walzen des 2. Septetts betrug 14°C. Aus den Geschwindigkeiten von erstem und zweiten Septett ergibt sich das Vorverstreckverhältnis VV. Vom 2. Septett lief das Faserkabel durch ein 2. Verstreckbad der Länge 3,60 m und einer Temperatur von 79°C zu einem 3. Septett, das mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Walzen von 118 m/min bei einer Temperatur der Walzen von 185°C lief. Es ergab sich ein Gesamtverstreckverhältnis GV von 2,7. Ein viertes Septett mit einer Temperatur von 140°C und einer Umfangsgeschwindigkeit von 116 m/min folgte.
In der Tabelle sind noch die Eigenschaften der erhaltenen Fasern sowie die gemessenen Werte der Streckverspannung in der Vorverstreckung W sowie in der Hauptverstreckung HV sowie die Zahl der Färbefehler pro 20 g Stapelfasern angegeben.

Die Tabelle 1 zeigt wie mit dem Minimum der Streckspannung in der Hauptverstreckung auch das Minimum der Zahl der Färbefehler pro 20 g Fasern erreicht wird.
Fig. 1 zeigt den monotonen Anstieg der Streckspannung in der Vorverstreckzone VV mit zunehmender Vorverstreckung. Dieser Zusammenhang ist nicht überraschend. Umso überraschender ist aber der in Fig. 2 gezeigte Verlauf der Streckspannung in der Hauptverstreckzone als Funktion des Verstreckverhältnisses der Vorverstreckzone - bei konstanter Gesamtverstreckung.
Ebenso überraschend ist das in Fig. 3 dargestellte Minimum der Rhodaminereignisse (Färbefehler) in Abhängigkeit vom Verstreckverhältnis in der Vorverstreckzone. Es liegt an derselben Stelle wie auch das Minimum der Streckspannung in der Hauptverstreckzone (Fig. 2).
Fig. 4 stellt die ausgeprägte Abhängigkeit der Zahl der Färbefehler n/20 g (Rhodaminereignisse) von der Temperatur des Vorverstreckbades dar. Diese Kurve zeigt, dass die Temperatur des Vorverstreckbades zwischen 71 und 90°C liegen muss, wenn Polyethylenterephthalat-Kabel verarbeitet werden (siehe Beispiel 2).

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt mit konstanter Geschwindigkeit von 51,6 m/min des 2. Septetts, also einem Vorverstreckverhältnis von 1:1,2, wie es sich nach Beispiel 1 als ideal herausgestellt hatte. Dabei wurde aber diesmal die Temperatur des 1. Bades variiert.
Die Ergebnisse gehen aus Tabelle 2 hervor.

Tabelle 2 zeigt, wie die Zahl der Rhodaminereignisse (Färbefehler bei steigender Wassertemperatur bis 80°C zunächst sinkt, dann aber mit weiter steigender Wassertemperatur wieder ansteigt. Die bereits erwähnte Fig. 4 stellt dies graphisch dar.

Beispiel 3

Ein Polyethylenterephthalat-Kabel mit einem Gesamtverstrecktiter 800000 dtex, Einzeltiter 1,7 dtex wurde bei einer Belegungsdichte auf den Walzen von 26000 dtex/cm verstreckt. Das 1. Septett lief mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 48 m/min bei Zimmertemperatur. Das 1. Wasserbad wies eine Temperatur von 80°C auf. Das 2. Septett hatte jeweils eine Umfangsgeschwindigkeit von 57,6 m/min, woraus sich ein Vorverstreckverhältnis von 1:1,2 ergibt, variiert wurde die Galettentemperatur.
Das 2. Wasserbad hatte 80°C. Das 3. Septett hatte eine Temperatur von 179°C, das 4. Septett 135°C.
Die weiteren Daten sind Tabelle 3 zu entnehmen.

Bei einer Galettentemperatur von 14°C sank dabei die Temperatur des Faserkabels von 70°C beim Einlauf in das 2. Septett bis auf 28°C auf der 6. Galette.
Tabelle 3 zeigt, wie bei weitgehend konstanten Verstreckbedingungen die Zahl der Färbefehler stark ansteigt, wenn das Faserkabel vor dem Erreichen des zweiten Wasserbades nicht abkühlen kann, sondern durch beheizte Galetten auf 70°C bzw. 80°C gehalten wird. Es musste bei dieser Fahrweise sogar das Gesamtverstreckverhältnis reduziert werden, da eine grosse Zahl gerissener Filamente zu Wickeln am 3. Septett führten.

Claims

1. Verfahren zum Verstrecken von Faserkabeln aus Polyestern mit einer Vorverstreckung und einer Hauptverstreckung bei einem vorgegebenen Wert für das Gesamtverstreckverhältnis, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorverstreckung in Wasser von 71-90°C stattfindet, dass das Streckverhältnis in der Vorverstreckung zwischen 1:1,05 und 1:1,6 so gewählt wird, dass die Hauptverstreckung bei einem Minimum der Streckspannung erfolgt, und dass die Faserkabel zwischen Vor- und Hauptverstreckung wieder auf unter 40°C abkühlen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstreckverhältnis in der Vorverstreckung unter 1:1,4 Jiegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstreckverhältnis in der Vorverstreckung zwischen 1:1,1 und 1:1,3 Hegt.