EP1208252B1 - Polytrimethylenterephthalat-stapelfasern und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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EP1208252B1
EP1208252B1 EP00956217A EP00956217A EP1208252B1 EP 1208252 B1 EP1208252 B1 EP 1208252B1 EP 00956217 A EP00956217 A EP 00956217A EP 00956217 A EP00956217 A EP 00956217A EP 1208252 B1 EP1208252 B1 EP 1208252B1
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EP
European Patent Office
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ptt
melt
spinning
range
sec
Prior art date
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EP00956217A
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English (en)
French (fr)
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EP1208252A1 (de
Inventor
Ingo Cordes
Christian Kellner
Ulrich Mirwaldt
Dietmar Wandel
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LL Plant Engineering AG
Original Assignee
ZiAG Plant Engineering GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP1208252B1 publication Critical patent/EP1208252B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/62—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyesters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core
    • Y10T428/2964—Artificial fiber or filament
    • Y10T428/2967—Synthetic resin or polymer
    • Y10T428/2969—Polyamide, polyimide or polyester

Definitions

  • the present invention relates to PTT staple fibers [wherein PTT is equal to poly (trimethylene terephthalate)] and a process their manufacture by a two-stage spinning and stretching process.
  • Staple fibers made of polyethylene terephthalate and melt spinning lines too their manufacture is known (Fourné, synthetic fibers, Hanser Verlag [1995] pages 460 - 462). Because of the different These processes are not so easy to crystallize transferable to PTT.
  • EP 0 547 553 A1 describes the production of monofilaments 20 m / min spinning speed and a production speed of 100 m / min.
  • EP 0 754 790 A2 describes the production of textile filaments u. a. made of PTT by means of heating surfaces heated to high temperatures as stretching aids. Concrete embodiments are missing.
  • WO 99/11845 A1 describes fibers made from PTT, with birefringence of at least 0.030 is obtained.
  • the specified characteristics show low elongation at break of ⁇ 90%, suitable for further processing not allow a sufficiently high draw ratio to staple fibers and are unsuitable.
  • WO 99-27168 A1 discloses a high-speed spin-stretching process for the production of PTT filaments that are wound on yarn packages. Leave high throughputs and cable storage for the production of staple fibers do not derive from it.
  • CA 86: 122865 for JP 52-08123 A describes the use of one per se desired high draw of 300% in the production of PTT fibers.
  • the spinning speed of 360 m / min practiced for this is however so low that the economy of the process in Question is asked.
  • CA 86: 122856 to JP52-05320 A describes the spinning of PTT, whereby the stretching ratio practiced to uneconomically low Spinning speeds indicates.
  • the object of the present invention is to produce PTT staple fibers To provide, these and those made from them Textiles and home textiles, especially carpets, compared to conventional fibers a high degree of aesthetics and quality of use as well as environmentally friendly coloring properties.
  • the Manufacturing these PTT staple fibers should be done in a two step process melt spinning and drawing, which is a higher Has economy than the previously mentioned methods for Continuous filaments.
  • this object is achieved by means of PTT staple fibers and a method for producing PTT staple fibers with an intrinsic viscosity of at least 0.70 dl / g according to the Disclosure of claims.
  • PTT here is a polyester with at least 90 mol% Understand trimethylene terephthalate units. Suitable as comonomers isophthalic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, ethylene glycol, Diethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol. Prefers is poly (trimethylene terephthalate) homopolymer and is particularly preferred those with a low proportion of during the manufacturing process formed ether groups derived from 1,3-propanediol.
  • the intrinsic The viscosity of the PTT staple fibers is in the range from 0.7 to 1.3 dl / g and particularly preferably 0.75 to 1.15 dl / g.
  • the starting point is PTT melt, which either directly Polycondensation reactor is removed from the PTT production or is obtained by melting PTT granules.
  • the polymer melt can contain common additives such as dyes, matting agents, Stabilizers, antistatic agents, lubricants, branching agents, in quantities contain a total of 0 to 5.0 wt .-% or the additives be added to the melt on its way to the spinnerets. Additives that contain structural characteristics (e.g. Noticeably influence the elongation at break of the filament.
  • Three SMXL mixers from Sulzer / Switzerland were installed in the product line, the shear rate in the mixers being 28 sec -1 at a polymer throughput of 2500 g / min.
  • the line diameter was chosen so that the shear rate in the free line was 7.9 sec -1 .
  • the average residence time in the product line was about 3 minutes.
  • the PTT melt was spun in a BN 100 spinning system from Lurgi Zimmer AG with a ring nozzle and radial cooling shaft.
  • the hole density of the spinneret plate was 6.3 holes / cm 2 .
  • the spinning beam temperature was 256 ° C., the total pressure loss of the melt until it emerged from the spinneret was 140 bar. Heat exchangers were not installed.
  • the residence time in the nozzle pack was approximately 0.5 min.
  • the melt filaments emerging from the nozzle plate were cooled in an amount of 1400 Nm 3 / h and at a temperature of 8 ° C. by means of cooling air guided radially inwards from the outside.
  • the solidified spun threads were placed at a distance of 850 mm from the underside of the nozzle plate on a ring oiler and a water-oil mixture was applied so that the amount of water on the spun threads was about 25% by weight and a very stable thread run resulted ,
  • the spinning take-off speed was 900 m / min. After the stripping, the spinning threads were deposited in spinning cans in the form of spinning cables by means of a reel mill.
  • the separate stretching of the spinning cable was carried out in a fiber section in two stages.
  • the spinning cables were then heat-set at slight relaxation, cooled, crimped, dried and closed Cut staple fibers.
  • the production speed in the Fiber section, according to the speed of the roller mill on Outflow from the last stretching zone was 100 m / min.
  • the intrinsic viscosities were determined on a solution of 0.5 g PTT in 100 ml of a mixture of phenol and 1,2-dichlorobenzene (3: 2 parts by weight) measured at 25 ° C.
  • Melting point and glass point were determined by means of DSC at a heating rate of 10 ° C / min after the sample has been melted briefly and was immediately deterred.
  • the titer and force-elongation properties of the fibers were compared with the Device set, Vibrotex and Vibrodyn, from Lenzing / Austria determined.
  • the clamping length was 20 mm, depending on the preload weight of titer 100 mg / dtex and the test speed 20 mm / min.
  • the LASE values (load at specific elongation) could be entered by entering the Reference stretches can be taken directly from the evaluation device.
  • the Secant module was created by applying a secant to the elongation value (Elongation at break minus 45%), however at least 5%, and the Slope of this straight line in (cN / tex) with respect to 1% elongation change evaluated.
  • the hot air shrink was in the heating cabinet at one Temperature treatment of 180 ° C over a dwell time of 20 min without Bias of the fiber determined.
  • the crimp sheets were counted visually.
  • the crimp values were determined according to the method and with the Vibrotex device from Lenzing / AT.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft PTT-Stapelfasern [wobei PTT gleich Poly(trimethylenterephthalat) ist] und ein Verfahren zu ihrer Herstellung durch einen zweistufigen Spinn- und Streckprozeß.
Stapelfasern aus Polyethylenterephthalat und Schmelzspinnanlagen zu deren Herstellung sind bekannt (Fourné, Synthetische Fasern, Hanser Verlag [1995] Seiten 460 - 462). Aufgrund des unterschiedlichen Kristallisationsverhaltens sind diese Verfahren nicht ohne weiteres auf PTT übertragbar.
Es sind auch Verfahren zur Herstellung von PTT-Endlosfilamenten beschrieben. So erwähnt Journal of Polymer Science, Part A-1, Vol. 4, 1851-1857 (1966) u. a. PTT-Fasern. Die angegebenen hohen Verstreckverhältnisse weisen auf eine unwirtschaftlich niedrige Spinngeschwindigkeit hin. Die aufgeführten Fasereigenschaften entsprechen nicht den heutigen Marktanforderungen.
EP 0 547 553 A1 beschreibt die Herstellung von Monofilamenten bei 20 m/min Spinngeschwindigkeit und einer Produktionsgeschwindigkeit von 100 m/min.
EP 0 754 790 A2 beschreibt die Herstellung von textilen Filamenten u. a. aus PTT mittels auf hohe Temperaturen erhitzten Heizoberflächen als Streckhilfen. Konkrete Ausführungsbeispiele fehlen.
WO 99/11845 A1 beschreibt Fasern aus PTT, wobei eine Doppelbrechung von mindenstens 0,030 erhalten wird. Die angeführten Kenndaten weisen niedrige Reißdehnungen von ≤ 90 % aus, die für die Weiterverarbeitung zu Stapelfasern kein genügend hohes Verstreckverhältnis ermöglichen und damit ungeeignet sind.
WO 99-27168 A1 offenbart ein Hochgeschwindigkeits-Spinnstreckverfahren zur Herstellung von PTT-Filamenten, die auf Garnwickel gespult werden. Hohe Durchsätze und Kabelablage zur Herstellung von Stapelfasern lassen sich daraus nicht herleiten.
CA 86:122866 zu JP 52-08124 A bezieht sich auf die Behandlung von PTT-Multifilamenten mit Heizeinrichtungen, wobei die anzuwendende Verstreckung von 33 % ungeeignet für die Stapelfaserherstellung ist.
CA 86:122865 zu JP 52-08123 A beschreibt die Anwendung einer an sich gewünschten hohen Verstreckung von 300 % bei der Herstellung von PTT-Fasern. Die dazu praktizierte Spinngeschwindigkeit von 360 m/min ist allerdings so niedrig, daß die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage gestellt wird.
CA 86:122856 zu JP52-05320 A beschreibt das Verspinnen von PTT, wobei das praktizierte Verstreckverhältnis auf unwirtschaftlich niedrige Spinngeschwindigkeiten hinweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es PTT-Stapelfasern zur Verfügung zu stellen, wobei diese und die aus ihnen hergestellten Textilien und Heimtextilien, insbesondere Teppiche, im Vergleich zu konventionellen Fasern ein hohes Maß an Ästhetik und Gebrauchswertgüte sowie umweltschonende Färbeeigenschaften aufweisen sollten. Die Herstellung dieser PTT Stapelfasern sollte in einem Zweistufenverfahren des Schmelzspinnens und Verstreckens erfolgen, welches eine höhere Wirtschaftlichkeit aufweist, als die zuvor genannten Verfahren für Endlosfilamente.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch PTT-Stapelfasern sowie ein Verfahren zur Herstellung von PTT-Stapelfasern mit einer Intrinsic Viskosität von mindestens 0,70 dl/g gemäß den Angaben der Patentansprüche.
Unter PTT ist hierbei ein Polyester mit mindestens 90 Mol-% Trimethylenterephthalat-Einheiten zu verstehen. Als Comonomere eignen sich Isophthalsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, Ethylenglykol, Diethlyenglykol, 1,4-Butandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol. Bevorzugt ist Poly(trimethylenterephthalat)-Homopolymer und besonders bevorzugt solches mit geringem Anteil an während des Herstellungsprozesses gebildeten, vom 1,3-Propandiol abgeleiteten Äthergruppen. Die Intrinsic Viskosität der PTT-Stapelfasern liegt im Bereich von 0,7 bis 1,3 dl/g und besonders bevorzugt bei 0,75 bis 1,15 dl/g.
Ausgegangen wird von PTT-Schmelze, die entweder direkt dem Polykondensationsreaktor der PTT-Herstellung entnommen wird oder durch Aufschmelzen von PTT-Granulat erhalten wird. Die Polymerschmelze kann übliche Zusatzstoffe, wie Farbstoffe, Mattierungsmittel, Stabilisatoren, Antistatika, Gleitmittel, Verzweigungsmittel, in Mengen von insgesamt 0 bis 5,0 Gew.-% enthalten bzw. die Zusatzstoffe können der Schmelze auf ihrem Weg bis zu den Spinndüsen zugesetzt werden. Ausgeschlossen sind solche Zusatzstoffe, die Strukturkenndaten (z. B. Reißdehnung des Spinnfadens) merklich beeinflussen.
Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung von PTT-Stapelfasern, bevorzugt mit einem Titer von 0,8 bis 20 den, durch einen zweistufigen Spinn- und Streckprozeß, der folgende Schritte umfaßt:
  • 1. Die PTT-Schmelze mit einem Polymerschmelzpunkt Tm wird dem Spinnsystem bei einer Schmelzetemperatur Ts = Tm + k (°C) zugeführt, wobei 7 ≤ k ≤ 63, vorzugsweise 23 ≤ k ≤ 41. Hierbei erfolgt das Führen und Verteilen der Schmelze bis zu dem Spinnbalken in Doppelmantel-Produktleitungen, die mit flüssigem und/oder dampfförmigem Wärmeträgermedium im äußeren Mantel der Leitungen in einem Temperaturbereich von 234 bis 290 °C beheizt sind. Andere Beheizungsarten sind möglich. Die Wandscherraten der Schmelze im Leitungssystem betragen 2 bis 128 sec-1, vorzugsweise 3,5 bis 16 sec-1 in den Rohrleitungen und 12 bis 128 sec-1 in statischen Mischelementen, die innerhalb gewisser Leitungsstücke installiert sind. Hierbei ist die Scherrate γ definiert durch die Scherrate im Leerrohr mal dem Mischerfaktor m, wobei der Mischerfaktor eine charakteristische Kenngröße des Mischertyps ist und für Sulzer-SMXL-Typen etwa 3,5 - 4 beträgt. Die Scherrate γ in sec-1 berechnet sich gemäß γ = 4 ·103· Gπ · δ· R3 . 60 ·m wobei
  • G = Fördermenge des Polymeren (g/min),
  • δ = Nenndichte des Polymeren (g/cm3),
  • R = Leerrohrradius [mm].
    • Die mittlere Verweilzeit der Schmelze in der Produktleitung bis zum Eintritt in den Spinnbalken beträgt maximal 30 min, bevorzugt maximal 25 min. Vorzugsweise wird die Leitungstemperatur TL innerhalb obiger Grenzen so eingestellt, daß sie im Bereich TL = Ts ± 15 °C liegt. In der Produktleitung sind optional mindestens eine Boosterpumpe, mindestens ein Polymerfilter, mindestens ein Polymerwärmetauscher und mindestens eine Absperr- und Verteilerarmatur enthalten.
  • 2. Die PTT-Schmelze wird im Spinnbalken mindestens einer Spinnpumpe zugeführt, mittels des durch die Pumpe aufgebauten Druckes und in einer durch Wahl der Drehzahl der Pumpe eingestellten konstanten Fördermenge mindestens einem Spinndüsenpaket zugeführt, innerhalb des Spinndüsenpaketes durch Verteilereinrichtungen, Filter- und Schermedien gedrückt und durch die Löcher der Spinndüsenplatte zu Schmelzefäden ausgesponnen. Die Düsenlöcher können rund oder in einer beliebig anderen Geometrie ausgeführt sein. Das Spinndüsenpaket kann von unten in den Spinnbalken eingesetzt werden und eine zylinderförmige Geometrie aufweisen, wobei die Düsenlöcher in der Düsenplatte über eine ringförmige Fläche symmetrisch verteilt sind.Die Düsenplatten besitzen eine Lochdichte von 0,3 bis 20 Loch/cm2. Der Düsenlochmesser D wird als Funktion des Düsenlochdurchsatzes entsprechend
    Figure 00050001
    gewählt, wobei ζ die Dichte der Schmelze ist und für Homo-PTT gleich 1,11 g/cm3 ist.Die Fördermenge F pro Düsenloch, bezogen auf den Fasertiter, liegt im Bereich F(g/min)/Titer(dtex) = (0,14 bis 0,66).Die Verweilzeit der Schmelze im Düsenpaket beträgt maximal 4 min. Der Spinnverzug wird zwischen 1 : 30 und 1 : 160 gewählt und in bekannter Weise aus dem Verhältnis von Abzugsgeschwindigkeit zu Spritzgeschwindigkeit an den Düsenlöchern ermittelt.Die Beheizung des Spinnbalkens wird in dem Bereich von 234 - 290 °C so gewählt, daß folgende Beziehung gilt: TB (°C) = Ts + dTw + 4/100 · dp(bar) ± 15, wobei dTw = Änderung der Schmelzetemperatur im Wärmetauscher, die positiv für Heizung und negativ für Kühlung angesetzt wird und gleich 0 ist bei Anlagen ohne Wärmetauscher, dp(bar) = Gesamtdruckverlust der Schmelze bis zum Austritt aus der Spinndüsenplatte.
  • 3. Das Abkühlen der Schmelzefäden erfolgt mittels senkrecht zur Fadenlaufrichtung einströmender turbulensfreier Kühlluft einer Temperatur zwischen 5 und 25 °C, vorzugsweise 8 bis 18 °C. Die mittlere Ausströmgeschwindigkeit der Kühlluft aus dem Gleichrichter beträgt 0,5 bis 2,0 m/sec. Die Anblaszonenlängen liegen zwischen 50 und 2000 mm, vorzugsweise 150 bis 600 mm bei zum Fadenlauf konzentrischen Kühlluftsystemen (Radialanablasung) und 500 bis 2000 mm bei Blasschächten mit Querstromanblasung, und besonders bevorzugt 150 - 300 mm für Fasertiter ≤ 5 den/Filament und 300 bis 600 mm für 12 - 20 den/Filament.
  • 4. Die Präparierung der abgekühlten Spinnfäden erfolgt mit einer Öl-Wasser-Mischung. Es wird eine Wassermenge auf den Fäden zwischen 12 und 30 Gew.-%, vorzugsweise 18 bis 25 %, eingestellt. Unmittelbar oder kurz danach werden die Filamente einer Spinnposition zu einem Filamentbündel zusammengefaßt. Anschließend erfolgt die Vereinigung der Filamentbündel der einzelnen Positionen zu einem Spinnkabel bevorzugt an der Spinnwand. Der Abzug des Spinnkabels erfolgt bei Geschwindigkeiten im Bereich von 600 bis 2000 m/min mittels eines Abzugswerkes, gefolgt von der Ablage des Spinnkabels in einer Kanne.
  • 5. Die Kannen werden zu einem Gatter in einem auf 15 °C bis 35 °C, vorzugsweise 20 °C bis 27 °C temperierten Gatterraum zusammengestellt und einer Faserstrecke zugeführt. Der Abzug der Spinnkabel aus den Kannen erfolgt über ein Einlaufwerk, wonach mindestens ein Gesamtkabel aus einzelnen Spinnkabeln mittels Riet formiert wird. Die Gesamtkabel werden in mindestens einer Verstreckstufe verstreckt, wahlweise unter Zuführung von einer temperierten Öl-Wasser-Mischung. Dabei soll ein Temperaturbereich von 20 - 100 °C eingehalten werden. Das Verstreckverhältnis (VV) wird entsprechend der Spinnfadendehnung Rd so gewählt, daß VV(%) = 1 + α· Rd/100, mit α = 0,25 bis 0,75, wobei kleinere α-Werte für starke Titer und größere α-Werte für kleinere Titer bevorzugt sind.Anschließend erfolgt wahlweise, je nach angewandter Temperatur von maximal 210 °C, das Thermofixieren und Relaxieren in mindestens einer Stufe. Die Verstreckung, Thermofixierung und Relaxation erfolgen bei Geschwindigkeiten von 25 bis 400 m/min. Die Auslaufgeschwindigkeit aus der Relaxzone beträgt bevorzugt mindestens 90 m/min, besonders bevorzugt 180 m/min bei Titern ≤ 5 dtex.Das Abkühlen des Gesamtkabels unter die Glastemperatur wird vorzugsweise mit einer Öl-Wasser-Mischung bzw. mit reinem Wasser durchgeführt.
  • 6. Anschließend werden die Teilkabel zu mindestens einem Kabel zusammengelegt und je einer Stauchkammerkräuselmaschine pro Kabel zugeführt. Optional erfolgt eine Nachavivage mit einer Öl-wasser-Mischung und/oder eine Bedämpfung des Kabels als Kräuselungshilfe. Das nachfolgende Trocknen des Kabels in mindestens einer Trocknerstufe erfolgt mit Verweilzeiten von 0,5 bis 10 min bei Temperaturen von 30 bis 200 °C, vorzugsweise 60 bis 165 °C. Das Schneiden des (der) erhaltenen Kabel auf eine Stapellänge von vorzugsweise zwischen 6 und 200 mm kann daran anschließen. Alternativ dazu gibt es die Möglichkeit, das (die) Kabel zu verpacken und später in einem ausgelagerten Arbeitsgang zu Stapelfasern zu verarbeiten. Auf diese weise werden PTT-Stapelfasern erhalten mit bei Stapelfasern bislang nicht gekannter neuer Kombination von Eigenschaften, die sich wie folgt darstellen: hohe permanente Elastizität und Bauschigkeit der Fasern, eine neue Kombination von hoher Viskosität in Zusammenwirken mit den durch das Kraft-Dehnungs-Diagramm beschriebenen mechanischen Kenndaten, von Modul-Werten und der thermischen Schrumpf-Stabilität, wobei die Anfärbung mit Dispersionsfarbstoffen ohne Zusatz von Carrier/Farbstoffaufziehhilfen möglich ist, und die Faser permanent fleckenabweisende Eigenschaften aufweist. Charakteristisch für die erfindungsgemäßen PTT-Stapelfasern ist ein LASE-Wert bei 10 % Dehnung von 5 bis 12 cN/tex, ein Sekantenmodul bei einem Dehnungswert = Reißdehnung minus 45 % (jedoch mindestens 5 %) von weniger als 1,0 cN/tex pro 1 % Dehnungsänderung und eine Kräuselbeständigkeit von über 75 %. Diese Eigenschaftskombination führt zu einer im Vergleich zu konventionellen Fasern überaus erwünschten Ästhetik und Gebrauchswertgüte. Die Färbeeigenschaften resultieren in einer erheblich besseren Umweltverträglichkeit des Nachverarbeitungsprozesses. Die Anwendungsbereiche sind in Textilien und Heimtexilien, insbesondere Teppichen zu sehen.Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Beispielen näher erörtert, ohne die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele zu beschränken.
    • Beispiel 1:
    PTT-Schnitzel mit einer I.V. von 0,93 dl/g, einem Schmelzpunkt TM = 227 °C und einem Wassergehalt von 20 ppm wurden in einem Extruder zu einer Schmelze von 255 °C aufgeschmolzen, und diese Schmelze durch eine Produktleitung gleicher Temperatur in ein Spinnsystem gedrückt. In der Produktleitung waren drei Mischer Typ SMXL der Firma Sulzer/Schweiz installiert, wobei die Scherrate in den Mischern 28 sec-1 bei einem Polymerdurchsatz von 2500 g/min betrug. Der Leitungsdurchmesser war so gewählt, daß die Scherrate in der freien Leitung 7,9 sec-1 betrug. Die mittlere Verweilzeit in der Produktleitung lag bei etwa 3 min.
    Das Verspinnen der PTT-Schmelze erfolgte in einem Spinnsystem BN 100 der Firma Lurgi Zimmer AG mit Ringdüse und Radialabkühlschacht. Die Lochdichte der Spinndüsenplatte betrug 6,3 Loch/cm2. Die Spinnbalkentemperatur war 256 °C, wobei der Gesamtdruckverlust der Schmelze bis zum Austritt aus der Spinndüse 140 bar betrug. Wärmetauscher waren nicht installiert. Die Verweilzeit im Düsenpaket ergab sich zu etwa 0,5 min.
    Die aus der Düsenplatte austretenden Schmelzefäden wurden mittels radial von außen nach innen geführter Kühlluft in einer Menge von 1400 Nm3/h und mit einer Temperatur von 8 °C abgekühlt. Die verfestigten Spinnfäden wurden in einem Abstand von 850 mm von der Unterseite der Düsenplatte entfernt an einen Ringöler angelegt und mit einem Wasser-Öl-Gemisch beaufschlagt, so daß die Wassermenge auf den Spinnfäden etwa 25 Gew.-% betrug und ein sehr stabiler Fadenlauf resultierte. Die Spinnabzugsgeschwindigkeit betrug 900 m/min. Nach dem Abziehen wurden die Spinnfäden mittels eines Haspelwerkes in Form von Spinnkabeln in Spinnkannen abgelegt.
    Das separate Verstrecken der Spinnkabel in einer Faserstrecke erfolgte in zwei Stufen. Anschließend wurden die Spinnkabel thermofixiert bei geringfügiger Relaxation, abgekühlt, gekräuselt, getrocknet und zu Stapelfasern geschnitten. Die Produktionsgeschwindigkeit in der Faserstrecke, entsprechend der Geschwindigkeit des Walzenwerkes am Auslauf aus der letzten Verstreckzone, betrug 100 m/min.
    Weitere Verfahrens-Parameter und die textilen Kenndaten der Stapelfasern sind der Tabelle zu entnehmen. Anzumerken ist, daß der gemessene Spinntiter im Vergleich zum theoretischen Wert durch Unsicherheiten der Messung, Relaxation in der Kanne oder Wasser/Ölauflage um bis zu ± 5 % abweichen kann. Die Stapelfasern konnten ohne Zusatz von Carrier/Farbstoffaufziehhilfen mit Dispersionsfarbstoffen, wie Terasil Marineblau GRL/C von Ciba/CH bei 95 °C eingefärbt werden.
    Die Intrinsic Viskositäten (I.V.) wurden an einer Lösung von 0,5 g PTT in 100 ml eines Gemisches aus Phenol und 1,2-Dichlorbenzol (3 : 2 Gewichtsteile) bei 25 °C gemessen.
    Schmelzpunkt und Glaspunkt wurden mittels DSC bei einer Aufheizrate von 10 °C/min ermittelt, nachdem die Probe zuvor kurz aufgeschmolzen und sofort wieder abgeschreckt worden war.
    Die Titer- und Kraft-Dehnungs-Eigenschaften der Fasern wurden mit dem Geräteset, Vibrotex und Vibrodyn, der Firma Lenzing/Österreich ermittelt. Die Einspannlänge betrug 20 mm, das Vorspanngewicht abhängig vom Titer 100 mg/dtex und die Prüfgeschwindigkeit 20 mm/min.
    Die LASE-Werte (load at specific elongation) konnten durch Eingabe der Bezugsdehnungen direkt am Auswertegerät entnommen werden. Der Sekantenmodul wurde durch Anlegen einer Sekante bei dem Dehnungswert = (Reißdehnung minus 45 %), jedoch mindestens 5 %, ermittelt und die Steigung dieser Geraden in (cN/tex) in bezug auf 1 % Dehnungsänderung ausgewertet.
    Der Heißluftschrumpf wurde im Heizschrank bei einer Temperaturbehandlung von 180 °C über eine Verweilzeit von 20 min ohne Vorspannung der Faser ermittelt.
    Die Kräuselbögen wurden visuell ausgezählt. Die Kräuselwerte wurden nach der Methode und mit dem Gerät Vibrotex von Lenzing/AT ermittelt.
    Beispiel 2:
    Entsprechend den Ausführungen des Beispiels 1, jedoch unter Berücksichtigung der in der Tabelle dargelegten Parameter, wurden Stapelfasern in Teppich-Qualität mit einem Titer von 17 dtex hergestellt und die Ergebnisse in der Tabelle angeführt.
    Die Fasern zeichneten sich durch hervorragendes Bausch- und Kräuselungserholungsverhalten aus.
    Beispiel Nr. 1 2
    PTT-Schmelzpunkt Tm °C 227 227
    PTT-Glaspunkt °C 46 46
    PTT - I.V. dl/g 0,93 0,93
    Schmelzetemperatur Ts °C 255 255
    Leitungstemperatur TL °C 255 255
    Scherrate Leitung sec-1 7,9 7,9
    Scherrate Mischer sec-1 28 28
    Temperaturänderung im Wärmetauscher dTw °C 0 0
    Gesamtdruckverlust dp(bar) 140 175
    Spinnbalkentemperatur °C 256 256
    Lochdichte Düsenplatte n/cm2 6,3 1
    Fördermenge pro Düsenloch g/min 0,668 4,15
    Spinnverzug 1: 77 12
    Anblaslänge mm 200 300
    Kühlluft-Temperatur °C 8 8
    Kühlluft-Menge Nm3/h 1400 1500
    mittlere Kühlluft-Geschwindigkeit m/sec 1,5 1,1
    Spinnpräparationskonzentration % 0,5 0,5
    Abzugsgeschwindigkeit m/min 900 800
    Faserstrecke-Einlaufgeschwindigkeit m/min 32,8 19,2
    1.   Streckzone-Temperatur °C 57 57
       Streckzone-Verstreckverh. 1: 2,7 3,4
    2.   Streckzone-Temperatur °C 70 80
       Streckzone-Verstreckverh. 1: 1,13 1,15
    Fixierzone-Temperatur °C 90 100
    Fixierzone-Relaxbetrag 1: 0,94 1,00
    Auslaufgeschw.-Relaxzone m/min 94 75
    Trockner-Temperatur °C 70 150
    Trockner-Verweilzeit min 2,5 2,5
    Gesamtverstreckverhältnis 1: 3,05 3.91
    Tatsächlicher Relaxbetrag der Faser 1: 0,90 0,74
    Spinnfäden
       - Titer dtex 7,87 50,6
       - Reißfestigkeit cN/tex 13,9 10,7
       - Reißdehnung % 314 613
       - I.V. dl/g 0,90 0,90
       - Dichte g/cm3 1,3207 1,3178
    Stapelfasern
       - Titer dtex 3,05 17,2
       - CV-Titer % 5 5,3
       - Reißfestigkeit cN/dtex 35,8 28,0
       - Reißdehnung % 54,9 72,4
       - CV-Reißdehnung % 9,2 . 12,1
       - LASE (2 %) cN/tex 3 2,5
       - LASE (5 %) cN/tex 6 5
       - LASE (10 %) cN/tex 7,9 7,2
       - Sekantenmodul (Rd-45 %) cN/tex pro 1 % 0,5 0,32
       - Anzahl Kräuselbögen n/cm 11 13
       - Kräuselwert % 12 13
       - Kräuselbeständigkeit % 86 81
       - Heißluftschrumpf % 16 3
       - Schnittlänge mm 38 150
    Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich auch andere Titer, inbesondere feinere Titer wie Mikrofilamente von bis zu 0,8 den und weniger, herstellen. So kann durch Erniedrigung des Schmelzedurchsatzes durch die Spinndüse oder Erhöhung der Düsenlochzahl bei konstant gehaltenem Durchsatz nach den dem Fachmann geläufigen Mitteln der Titer abgesenkt werden.

    Claims (8)

    1. PTT-Stapelfasern, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Intrinsic Viskosität im Bereich von 0,70 - 1,3 dl/g, einen LASE (10 %) von 5 bis 12 cN/tex, einen Sekantenmodul (Rd-45 %) von < 1,0 cN/tex pro 1 %, eine Kräuselbeständigkeit von > 75 % aufweisen und ohne Zusatz von Carrier/Farbstoffaufziehhilfen mit Dispersionsfarbstoffen anfärbbar sind.
    2. PTT-Stapelfasern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Intrinsic Viskosität im Bereich von 0,75 bis 1,15 dl/g und einen Titer im Bereich von 0,8 bis 20 den aufweisen.
    3. Verfahren zur Herstellung von PTT-Stapelfasern mit einer Intrinsic Viskosität von mindestens 0,70 dl/g durch einen zweistufigen Spinn- und Streckprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß
      a) eine PTT-Schmelze mit einer Temperatur Ts (°C) = TM + k, wobei TM die Schmelztemperatur des PTT und 7 ≤ k ≤ 63 ist, durch eine mittels eines externen Wärmeträgermediums mit einer Temperatur TL im Bereich von 234 bis 290 °C beheizte Produktleitung einem auf TB 234 bis 290°C beheizten Spinnbalken mit in Strömungsrichtung mindestens je einer(m) Spinnpumpe, Spinndüsenpaket und Düsenplatte mit einer Lochdichte von 0,3 bis 20 Loch/cm2 zugeführt und durch die mindestens eine Düsenplatte zu Schmelzefäden versponnen wird, wobei die mittlere Verweilzeit der PTT-Schmelze in der Produktleitung weniger als 30 min und im Spinndüsenpaket maximal 4 min und der Spinnverzug 1 : 30 bis 1 : 160 beträgt, und die Fördermenge F in g/min pro Düsenloch bezogen auf den Fasertiter in dtex im Bereich 0,14 bis 0,66 liegt,
      b) die Schmelzefäden mit senkrecht zur Fadenlaufrichtung einströmender, turbulenzfreier Kühlluft von 5 bis 25 °C bei einer mittleren Luftaüstrittsgeschwindigkeit von 0,5 bis 2,0 m/sec und einer Anblaszonenlänge von 50 bis 2000 mm abgekühlt werden, und die abgekühlten Fäden mit einer Wasser-Öl-Mischung so beaufschlagt werden, daß 12 bis 30 Gew.-% Wasser auf den Fäden verbleiben, und die Fäden zu Filamentbündeln zusammengefaßt werden, die ihrerseits zu Spinnkabeln vereinigt werden, welche mit einer Abzugsgeschwindigkeit im Bereich von 600 bis 2000 m/min abgezogen und in Kannen abgelegt werden,
      c) die Spinnkabel aus den Kannen über ein Einlaufwerk und Riet abgezogen und einer Faserstrecke zugeführt werden, in der sie in mindestens einer Verstreckstufe bei 20 bis 100 °C verstreckt, wahlweise bei maximal 210 °C thermofixiert und relaxiert werden,
      wobei die Produktionsgeschwindigkeit 25 bis 400 m/min beträgt, anschließend unter die Glasumwandlungstemperatur abgekühlt werden und nach Zusammenlegen zu mindestens einem Kabel in je einer Strauchkammerkräuselmaschine pro Kabel gekräuselt werden, die Kabel wahlweise mmit einer Öl-Wasser-Mischung nachpräpariert und danach bei 30 bis 200 °C innerhalb von 0,5 bis 10 min getrocknet und schließlich in einem direkt anschließenden oder separatem Arbeitsgang zu Stapelfasern geschnitten werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß TL = Ts ± 15 °C innerhalb des Bereiches von 234 bis 290 °C ist und die Wandscherrate der PTT-Schmelze in der Produktleitung 2 bis 128 sec-1 beträgt.
    5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktleitung in Stufe a) wahlweise mindestens je ein(e) statisches Mischelement, Boosterpumpe, Polymerfilter, Polymerwärmetauscher, Absperr- und Verteilerarmatur einschließt, und die Wandscherrate der PTT-Schmelze in der freien Produktleitung 3,5 bis 16 sec-1 und innerhalb eines statischen Mischelementes 12 bis 128 sec-1beträgt.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenlochdurchmesser D entsprechend
      Figure 00170001
      gewählt wird, und TB(°C) = Ts + dTw + 4/100 ·dp(bar) ± 15 ist, wobei ζ die Dichte der PTT-Schmelze, dTw die Änderung der Schmelzetemperatur im Wärmetauscher, die positiv für Heizung und negativ für Kühlung angesetzt wird, und dp(bar) der Gesamtdruckverlust der Schmelze bis zum Austritt aus der Spinndüsenplatte ist.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anblaszonenlänge 150 bis 600 mm bei Radialanblasung und 500 bis 2000 mm bei Querstromanblasung beträgt.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstreckverhältnis VV entsprechend VV(%)= 1 + α · Rd/100 eingestellt wird, wobei Rd die Dehnung in % des Spinnfadens und α = 0,25 bis 0,75 ist, und die Auslaufgeschwindigkeit aus der Relaxzone mindestens 90 m/min beträgt.
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