HUT54563A

HUT54563A - Non-linear aromatic polyamide fibre or fibre system and method for producing same

Info

Publication number: HUT54563A
Application number: HU90534A
Authority: HU
Inventors: Francis P Mccullough; Vernon R Snelgrove; Bhuvenesh C Goswami; David M Hall
Original assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1991-03-28
Also published as: EP0428632A4; DK181690D0; AU624664B2; KR900701527A; DK181690A; DE68923373T2; EP0428632B1; DE68923373D1; RU1838472C; JPH03503427A; JPH0670284B2; ATE124731T1; HU900534D0; FI903766A0; BR8907206A; AU4662289A; WO1990006229A1; EP0428632A1

Description

A nemzetközi bejelentés száma: PCT/US89/05414

A nemzetközi közzététel száma: WO 90/06229

7^48^-^508 GI

A találmány nemlineáris aromás poliamid szálra vagy szálrendszerre és ezek előállítási eljárására vonatkozik.

A találmány szerinti eljárással aromás poliamid prekurzor szálakból olyan, lényegében állandósult formájú nemlineáris vagy hullámos szálakat állítunk elő, amelyek eredeti hosszúságukhoz viszonyított reverzibilis deflekciója szobahőmérsékleten nagyobb mint 1,2, és hajlító alakváltozása kisebb, mint 50. Ezek a szálak tartósabbak, mint a korábbi mechanikusan hűl 1ámosított szálak.

A technika állásából ismert eddigi eljárásokban a szálelőállítás általában úgy történik, hogy a polimer készítményekből, mint például pol i akr i 1 -ni tr i 1 bői (F'AN) előállított szálakat hagyományos el járással fonják, majd többszálas szál rendszerré, mint például kóccá rendezik, és ezután oxidációs eljárással stabilizálják. Az így kapott szálakat ezután adott esetben nemlineáris szálalakot eredményező karbonizáló eljárásnak vetik alá.

Olyan, nagy húzószilárdságú, lineáris szálakat is ismertetnek, amelyeket arcmás poliamidból állítanak elő. Ezeket úgy teszik bizonyos mértékben elektromosan vezetővé és grafit jellegűvé”, hogy megemelt hőmérsékleten nagyfokú karbcnizálásnak vetik alá. Azonban az ilyen magas hőmérsékleten kezelt szálak nagyon törékenye!:;, erőhatásnak, mint például a szál ismételt hajlításának nem állnak ellen. Ezek a hátrányok különösen a 700 °C feletti kezelésnek alávetett szálaknál lépnek fel.

A 4 120 914 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban olyan pol i (p-fenilén-tereftálamid)-ból előállított, nagymértékben hűl 1ámosített szálakat ismertetnek, amelyek a hűllámosítás következtében szál tartósságát jelentősen csökkentő mechanikus károsodást szenvednek. A hűl 1ámositást gőzzel működő tömszelencés hullámosító berendezéssel végzik.

A tömszelencés hűl 1ámosítás a szálakban éles V-tipusú hajlatokat hoz létre, és ez azt eredményezi, hogy az erőteljes -feszítés miatt a szálhajlat külső része és a nagy kompresszió miatt a szálhajlat belső része károsodik. Ezek az éles hajlatok rendkívül legyengített szálrészeket eredményeznek, például rostosodnak. Az ilyen szálak hajlító alakváltozása nő, és ez, különösen akkor, ha a szálak viszonylag merevek, ridegek és törékenyek vagy, ha hőkezelésnek vetik alá, a szálak elfogadhatatlan mértékű töré kenységéhez vezet.

Hall és munkatársai a Journal of Applied Polymer Science

Vol . 15. pp. 1539-2544 (197.1) kiadványban megjelent Effects of Excessive Crimp cn the Textilé Strength and Compressive Properties of Polyester Fibers című cikkben az éles hajlatok poliészter szálakra és egyéb mesterségesen előállított szálakra kifejtett hatását ismertetik. A túlzott mértékű hullámosítás, mint például

V-típusű hullámosítás károsítja szálak fel ül étét, tulajdonságokat. Ez azt jelen ti, hogy ha a szál feszültség alá lei rásban

752 514 számú, amerikai sz abadalmi fényképeken mutatják be az aromás poliamid szálak tömszelencés

A 4 401 588 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban olyan eljárást ismertetnek, amelyben aktívszén szövetet állítanak elő. Az előállítást úgy végzik, hogy az arami d szövetet inért atmoszférában 850-950 ⁰C hőmérsékletre • · ·

-4fii ε? 1 & ej í ti k >

A 3 5é0 135 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban azt ismertetik, hogy a mechanikusan hűllámositott aromás poliamid szálak 257-400 °C-ra való, 1-10 percig végzett melegítése növeli hidrolitikus ellenállásukat és cldószerál1 óságukat.

Az ónban	a	hűl 1ámcsi tás	és a rostok jelenléte miatt a szálak tar-
Ó S B á g θ	c s	őkken.
A	4	1?3 252 számú	amerikai egyesült államokbeli	szabadalmi
1 s í r ásb	an	rész 1egesen	karbonizált é« karbon (grafit	cs) szál ak

stabilizált raycnból való előállítási eljárását ismertetik. Azt tapasztalták, hogy a részlegesen karbonizált és karbonizált rayon szálak elvesztik reverzibilis deflekciös tulajdonságukat, feszültség alatt könnyen eltörnek, és viszonylag alacsony hőmérsékleten vagy feszültség alatt elveszítik hullámosságukat vagy hurkosségukat. Emellett az ilyen szálak gyúlékonyak.

A 4 á42 ié4 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban részlegesen karbonizált szálak elektromos eszközök: vezetékeiként való alkalmazását ismertetik. Azonban ebben a szabadalmi leírásban csak 400 ’C felett hőkezelt, lineáris szálakat i smertetnek.

A 1'7'? 5ó7 számú, ivEó. október 29-én nyilvánosságra hozott európai szabadalmi bejelentésben (címe! Rugószerű reverzibilis deflekciójú szálak és előállítási eljárásuk) polimer prekurzor szálakból, mint például poliíakri1-nitri1>-bői előállított, nemlineáris, széntartalmú szálakat ismertetnek. Ezekből a szálakból és a találmányunk szerinti, nemlineáris aromás poliamid szálakból szál keverékeket állíthatunk elő.

“U

A találmányunk szerinti szálak nagyobb relatív szilárdságúál·: és dörzsál 1 óbbak, mint a pol i(akri1-nitri1)-bázisú, széntartalmú szálak. Az arcmás poliamidból, mint például p-aramidból előállított szálak folyékony kristály-ok.

A leírásunkban alkalmazott folyékony kristály kifejezés olyan szerves vegyúletekre vonatkozik, amelyek a szilárd és folyékony fázis közötti vagy mezomorf fázisban vannak.

A leírásunkban alkalmazott egyforma átmérő” kifejezés a szál hűl 1ámosítás előtti átmérőjére vonatkozik. A szál tulajdonságai a szokásos szál előál1ítási eljárás következtében kis mértékben változhatnak, ha azonban a szálátmérő egyformaságáról beszélünk, ebbe a fogalomba nem értjük bele a kis mértékei változás 1 ehetőségét.

A leírásunkban alkalmazott hullámosság vagy hullámcsitott részek kifejezésen a szálban létrehozott nemlineáris részeket, hurkokat, hajlatokat vagy hullámokat értjük. A találmányunk szerinti, hűl 1ámosított szálak különböző alakúak, mint például szinuszos, tekercsformájú vagy ezek kombinációi lehetnek.

A leírásunkban alkalmazott nemlineáris kifejezés olyan szálakra vagy szálrendszerekre vonatkozik, amelyek a fentiekben ismertetettek szerint hűl1ámosítottak, de nem tartalmaznak éles V-formájú hajlatokat vagy rostokat.

Megjegyzendő, hogy valamely nemlináris szál reverzibilis deflékei ója két komponensből, az ál nyúlásból és a szálnyúlásból tevődik össze. Az álnyúlás a szál nemlineáris kialakulásából származó nyúlás, a szálnyúlás pedig a .lineárissá tett szál törésig terjedő nyúlása.

• · · ·

-6A leírásunkban alkalmazott ál nyúl ás kifejezés a nemlináris szál olyan nyújtásara vonatkozik, amely során a hullámokat vagy ál csavarodásokat lineárisra igazítjuk.

A hullám élessége a hajlító alakváltozás értékével jellemezhető.

A leírásunkban alkalmazott hajlító alakváltozás kifejezésen a W.E. Morton és J.W.S. Hearle által a The Textilé Institute, Manchester, 1975. kiadvány 407-409 oldalán ismertetett, Fhysical F'roperties of Textilé Fibers című leírásban alkalmazott meghatározást értjük. A szál (%-os) hajlító alakváltozása a következő egyenlettel határozható meg:

S - r x 100

F;

amelyben

S jelentése a hajlító alakváltzás (%-ban) r jelentése a szál sugara

R jelentése a hajlat (hullám) görbületi sugara.

Ha a középvonal síkja a szál közepén marad, a húzó alakváltozás 7.-os értéke, amely a hajlat külsején pozitív, belsején negatív, a szál keresztmetszetében r/R x 100 lesz.

A leírásunkban alkalmazott széntartalma szál kifejezés olyan, aromás pali amid szálra vonatkozik, amelynek eredeti Széntartalmát hőkezelés hatására létrejövő irreverzibi 1 is kémiai r ea kci óv a 1 megnő v élj ü k.

Az arcmás poliamid szálak kárbonizálása vagy részleges karbonizálása úgy történik, hogy a szálat megemelt hőmérsékleten addig hőkezelik, míg széntartalma megfelelő értékre nő. Ez, amint azt a 4 642 644 számú, amerikai egyesült államokbeli szabadalmi

-7leírásban ismertetik, azt jelneti, hogy a hőkezelést addig végzik, amíg a szál részlegesen vagy teljesen karbonizálódik.

A leírásunkban alkalmazott stabilizált kifejezés olyan, aromás poliamid szálra vagy szálrendszerre vonatkozik, amelyet oxidáló atmoszférában tipikusan 400 °C-nál alacsonyabb, előnyösen 175-400 °C hőmérsékleten addig oxidálunk, amennyi idő alatt a szál oxidálódik. Megjegyzendő, hogy az oxidálás előnyösebben végezhető kémiai oxidálószerekkel, alacsony hőmérsékleten, mint oxidáló atmoszférában.

A tál ál mányiunk szerinti szálakat stabilizált vagy nem stabilizált aromás poliamid prekurzor szálakból állítjuk elő.

A leírásunkban alkalmazott reverzibi1is deflekció vagy üzemi deflekció helikális vagy szinuszos kompressziős rugózásra vonatkozik. A kifejezés tartalmát részletesen ismertetik a Mechanical L'esign - Theory and F'ractics, MacMillan F'ub. Co. , 1975, pp. 71'9-74(2, sec. 14-2, pp. 721-724. irodalmi helyen.

A leírásunkban alkalmazott lényegében állandósult formájú kifejezés olyan nemlineáris aromás poliamid szálakra vonatkozik, amelyeket a továbbiakban ismertetésre kerüld körülmények között addig hőkezelünk, amíg hullámos és olyan mértékben nemlineáris, és ennek megfelelően rugalmas és hajlékony lesz, hogy ha a szálat a húzószilárdság határértéke alatti erővel lényegében lineárisra nyújtjuk, majd elengedjük, a szál eredeti, nemlineáris formája visszaáll. A fenti kifejezés azt is jelenti, hogy a szál számos ciklusban feszíthető és nyújtható a szál elszakadása nélkül.

A leírásunkban alkalmazott szál rendszer kifejezés többszálas szálkócra, fonalra, több szálból összekevert, gyapjúsze·<

• · · ·· * · · · · · • · · ··»··* ···· · * ·· ···«· • · · · ♦ ·· ·· ·

-srűen bolyhos, nemlineáris, aromás poliamid szálakra, vattaszerű szálra, fonott vagy nemezeit nem szövött szálakra, kötött vagy szövött anyagra vagy szövetre és hasonló anyagokra vonatkozik. A találmányunk szerinti szálrendszerek, elsősorban a gyapjúszerűen bolyhos szálak könnyűek, rugalmasak és összenyomhatók. A bolyhos szálak szcbahtímérsékleten forma- és térfogattartók, és számos kompressziós és viesz aterhelési ciklus után is a szál törése nélkül stabilak maradnak.

A KEVLAR-29 'E.I. Du Pont de Nemours and Co. márkanév) olyan p-aramid, amelynek húzószilárdsága 2 758 GPa, de rugalmassági modulussá 62 GPa, és törésnél mért nyúlása 4,0 7..

A KEVLAR-49 (E. I. Du Pont de Nemours and Co. márkanév) a KEVLAR-29-hez hasonló húzóezi1árdságú, de rugalmassági modulusza 124 GPa, és törésnél mért nyúlása 2,5

Munkánk során azt tapasztal tűk, hogy aromás poliamdiból olyan hullámos és nemlineáris alakú szálak állíthatók elő, amelyek nem tartalmaznak éles V-típusú hajlatokat, rostokat és egyéb káros képződményeket. A találmányunk szerinti szálak mechanikai tulajdonságai hasonlóak, mint az ilyen típusú, korábban ismert szálaké, azonban új és kiváló tulajdonságaik követkzetében szálaknak vagy szálrendszereknek tekintendők. Ezen túlmenően a találmányunk szerinti hullámos, nemlineáris aromás poliamid szálak, ha bolyhosítctt formában állítjuk .elő, emelhettísége és összenyomhatósága is jobb, mint a fogaskerekes vagy tömszelencés hullámosító eljárással előállított, éles V-formájú hajlatokat tartalamzó és egyéb módon károsodott szálaké.

A találmányunk szerinti eljárással olyan aromás poliamid

• · ·« · * ··♦·

szálakat, mint például p-aramid állítunk elő, amelynek álnyújthatósága legalább akkora, amennyi a szál szövetté való feldolgozásához szükséges. A találmány szerinti nemlineáris szálak, ha -fonal vagy gyap j úszerút bolyhos szál -formában állítjuk elő, emelhetősége, terjedelme, súrlódása jobb, mint a mechanikusan hullámosított, éles hajlatokat és rostokat tartalmazó, tömszelencés hullámosító mechanizmussal előállított és a szálakra alkalmazott nagy -fogaskerék nyomás miatt egyéb módon is károsodott szálaké, és a találmányunk szerinti szálak nem tartalmaznak gyenge részeket. A szál károsodás abban jelentkezik, hogy a szál kidomborodó részeket, nagyon összenyomott és nagyon megteszített részeket és ehhez hasonló elváltozásokat tartalmaz.

A találmányunk szerinti eljárással olyan hűl 1 amcsi tett vagy nemlineáris alakú aromás poliamid szálakat állítunk elő, amelynek alakviszonya nagyobb, mint 10 s 1 és a következő egyenlettel meghatározott hajlító alakváltozása 50 7.-nál kisebb:

S — x 10 0

R

A találmányunk szerinti eljárás egy másik megvalósítási módja esetén olyan, többszálas aromás poliamid szálrendszert állítunk elő, amely nemlineáris felépítésű és a fentiekben ismertetett egyenlettel meghatározott hajlító al akvál tozása 50 7.-nál kisebb.

A találmányunk szerinti eljárás egy következő megvalósítási módja értelmében olyan nemlineáris, arcmás paliamid szálakat állítunk elő, amelyek szobahőmérsékleten mért reverzibilis deflekciós aránya nagyobb, mint 1,2 : 1, és hajlító alakváltozása kisebb, mint 50 X. Az eljárásban úgy alakítjuk ki a nemlineáris formát, hogy a szálat 200 »c feletti hőmérsék1etre melegítjük.

-10A találmányunk szerinti szálak tartóssága is jobb, mint a mechanikusan hűl 1ámosített szálaké. A szálak tartóssága legalább g/'dn, előnyösen 13-25 g/dn, vagy ettől nagyobb érték.

A találmányunk szerinti szálak szobahőmérsékleten mért reverzibilis deflekciója megmarad. Ha a szálakat 100-130 °C közötti hőmérsékletre melegijtük, reverzibilis deflekciójuk akkor is megmarad. A 100-130 °C feletti hőmérsékletre melegített szálak reverzibilis deflekciója az alkalmazott aromás poliamid szál, valamint a fizikai jellemzők, mint például szálátmérő függvénye. A magasabb hőmérsékléti hatások akkor érik, a szálakat, ha a szokásos mosó vagy szál kezelési eljárásoknak vetik alá.

A találmányunk szerinti szálak átmérője előnyösen a hajlatok minden részletében egyforma. Ez azt jelenti, hogy a szál átmérője egész hossza mentén legfeljebb 15 /.-kai változik, azaz csőkken.

A találmányunk.

ez erinti eljárással előállított lajdonságai jobbak, mint az eddigi, fogaskerékkel vagy tömsz el éncés eljárással előállított aromás poli ami d szálaké.

Az eddigi hullámosító eljárások általában rostossá teszik a álakat és/vagy más, fentiekben ismertetett károkat okoznak hűl 1ámvagy haj 1 atrészek.en és több, mint 15 7. átmérő-változást idéznek elő. Ezek a tényezők.

ál gyengülését eredményezik, ront j ák feldolgozhatóságát és ismételt hajlító vagy rugózó igénybevéte lét. Ha a szálakat ezt követően hőkezelésnek vetik alá a gyenge vagy károsodott szálrészek hátrányai még hangsúlyosabban jelentkeznek

A hagyományos hullámosító eljárásokkal előállított szálak «

-11amelyek a hajlatokban jelentősen gyengülnek, hajlító alakváltozása 50 X-nál nagyobb. Ha a mechanikus hu11 amcsitást a hajlító alakváltozás csökkentésére legömbölyített fogaskerékkel végzik, a reverzibilis deflékei ó-arány is csökken. Lapos felületű fogaskerékkel végzett hullámcsítás esetén nagyobb károsodás, elsősorban rostosodás jön létre, és az így kapott szálak hajlító alakváltozása lényegesen nagyobb, mint 50 7., általában eléri a S0 7,-ot.

A találmányunk szerinti eljárással előállított hullámosított vagy nemlineáris szálak a fentiekben említett, 199 567 számú, európai szabadalmi bejelentésben ismertetett, széntartalmú szálakkal vagy a 4 S&8 037 számú, amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett, széntartalmú szálakkal keverhetők. A széntartalmú szálakat és nemlineáris poliamid szálakat tartalmazó fonalak jó dörzsszi1árdságú, kémiailag ellenálló szövetek, és levegőáteresztő anyagok előállítására alkalmasak.

Azt tapasztaltuk, hogy a találmányunk szerinti eljárással előállított hullámos vagy nemlineáris szálak tulajdonságai jobban szabályozhatók, mint a szabványos fogaskerékkel vagy tömszelencés eljárással hűl 1 amcsitott szálaké. Ez különösen abban az esetben igaz, ha ezeket a szabvány eljárásokat nagyobb átmérőjűt szálak vagy többszálas és/vagy nagyobb átmérőjűt szálakat tartalmazó kócok előál1ítására alkalmazzák.

A leírásunkhoz mellékelt grafikonon a találmányunk szerinti eljárással kezelt KEVLAR-29 szál tartósságának és nyúlási tulajdonságainak javulását mutatjuk be.

A találmányunk szerinti eljárással aromás poliamid prekurzor szálból a szál egész hossza mentén lényegében egyforma átmé• ·

-12rőjú hullámos, nemlineáris szálat állítunk elő.

A nemlineáris prekurzor szálat ezután előnyösen minden nyomás vagy feszítés nélkül megemelt hőmérsékleten melegítjük. Az igy kapott hullámos vagy nemlineáris szálak lényegében állandósult formájúak, szobahőmérsékleten mért reverzibilis deflekció arányuk 1,2 : 1, előnyösen 2 : 1 értéknél nagyobb, hajlító alakváltozásuk, 50 X-nál, előnyösen 30 7.-nál kisebb, és nem tartalmaznak éles V-formájú hajlatokat és/vagy rostokat.

A lényegében állandó formájú, hullámos vagy nemlineáris szálat úgy is előállíthatjuk, hegy egyidejűleg alakítjuk ki a hullámos vagy nemlineáris formát és végezzük a 200 ^í'C-nál magasabb hőmérsékletű hőkezelést. A hőkezelést előnyösen vízmentes atmoszférában végezzük.

Arcmás poliamidként poliparabenzamidet és poliparaienilén tereftál ami dót alkalmazhatunk. A polibenamidókat és előállítási

542 719,

547 895,

558 571,

671 542,

753 957 és 4 025 494 amerikai egyesült államokbeli leírásban ismertetik. A poliparafenilén-tereftálamid sz abadalmi (p-arami d) az E. I. du Pont de Nemours gyártmányú KEVLAR kereskedelmi néven szerezhető be, és előállítási eljárását például a 3 006 899,

063 966, 3 094 511, 3 232 910, 3 414 645, 3 673 143, 3 748 299,

836 498 és 3 í:27 988 számú amerikai egyesült államokbeli szaba dalmi leírásokban ismertetik. Egyéb, teljesen aromás poliamidként alkalmazható még a pol i (2,7-fenantridón)-tereftál amid) , poli(parafenilén-2,6-naftál amid) vagy poli(meti1-1,4-feni1 én)-tereftál amid. További, teljesen aromás poliamidokat ismertet P.W. Morgan

-13a Macromolecules 10, No. 6, pp. 1381-90 (1977) kiadványban.

A találmányunk szerinti, lényegében állandósult formájú, nemlineáris aromás poliamid szálakat úgy állítjuk elő, hogy nemlineáris elrendezésben, például tekercs vagy szinuszos formában, 200 ’C feletti, előnyösen 200-550 ’C, még előnyösebben 200-420 °C hőmérsékleten, vízmentes atmoszférában melegítjük. A melegítés időtartama a hőmérséklet, a szálátmérő, az alkalmazott aromás poliamid polimer és hasonló tényezők függvénye. Ha a szálakat a széntartalom növelésére a fentiekben ismertetettnél magasabb hőmérsékleten melegíjtük, még tartűsabb forma érhető el, azonban 500 ⁰C feletti hőkezeléskor a szálak törékenyebbé válnak.

A nemlineáris elrendezésben és inért atmoszférában hőkezelt stabilizált vagy nem stabilizált aromás poliamid szálak hőkezelése lényegében állandó formájú és az oxigénben vagy levegőben hőkezelt szálhoz viszonyítva tartósabb szálakat eredményez. A hőkezelést előnyösen lényegében feszültségmentes körülmények között végezz ük.

A találmányunk szerinti szálak elsősorban a hajlatokban lényegében egyforma átmérőjűtek, előnyösen szinuszos vagy tekercsszerű elrendezésűtek vagy bonyolultabb szerkezeti felépítésűtek vagy a kétfajta elrendezés kombinációját is tartalmazhatják. A prekurzor szálakat általában hagyományos eljárásokkal alakítjuk át 4-25 /um névleges átmérőjűt és 10 : 1 értéknél nagyobb alak arányú szálakká.

A szálakat több folytonos szálat tartalmazó kócformába rendezzük. A kócot ezután adott esetben valamilyen hagyományos El járással , mint például a 4 642 664 számú amerikai egyesült államok beli szabadalmi leírásban ismertetett el járással stabilizáljuk.

Az így kapott kócot (vagy szaggatott vagy nyújtva szakított szálpászmából előállított fonalpászmát) ezután lényegében egyenletes tekercsszerű és/vagy szinuszos elrendezésű anyaggá alakítjuk át. Ezt úgy végezzük, hogy a kócot vagy -Fonalat szövetté vagy kelmévé kötjük vagy szőjük. Az így kapott kötött szövetet vagy kelmét ezután a -Fentiekben ismertetett hőmérsékleten, inért atmoszférában vagy levegőben annyi ideig hőkezeljük, amennyi idd alatt a polimer belső szerkezete úgy módosul, hogy a szál lényegében irreverzibilis formát vesz fel, és szobahőmérsékleten mért reverzibilis deflekciója 1,2 : .1 értéknél nagyobb. A hőkezelést a nemlineáris szál elengedett vagy feszültségmentes állapotában végezzük. A fizikai tulajdonságok javulása akkor nagyobb, ha a szálak nemlineáris formára rendezését és hőkezelését egyidejűleg végezzük, és különösen akkor, ha a hőkezelés vízmentes atomcszférában történi k.

A kötött kelme hőkezelése eredményeként a szál, a szálkóc vagy fonal lényegében állandósult -Formájú, köteges vagy szinuszos elrendezésű vagy szerkezetű lesz, nem tartalmaz éles V-típusú hajlatokat és/vagy rostokat, és szobahőmérsékleten mért reverzibilis deflekciója 1,2 : 1 értéknél nagyobb. A visszabontott kóc vagy fonal vagy akár kelme ezután a szakterületen ismert egyéb kezelési eljárásoknak vethető alá. Ilyen eljárás például a csigájáé (nyitás), amelyben a szál rendszert olyan, több kevert szálas, nemlineáris, csigáé, gyapjúszerű, pihés anyaggá választják szét, amelyben a szálak megtartják tekercsszerű vagy szinuszos formájukat, és így több összekevert szálat tartalmazó, új formájú, nagy

-15kiterjedésű szál rendszert kapunk.

Ha a szálakat a találmányunk szerinti eljárással alakítjuk át a kívánt nemlineáris szerkezeti felépítésű szálakká, megtartják rugalmasságukat és szobahőmérsékleten mért reverzibilis defi ekei ójukat, és előnyösen 130 ’C-on mért reverzibilis deflekciójukat.

Azt tapasz tál tűk, hogy ha a szálak hőkezelését 525-625 ^öCon, 2-3 percig végezzük, széntartalmuk 70,6 tömeg7.-ról 75 tömegára nő. Annak ellenére, hogy ezek a szálak nagy szént;artalrnúak, nem grafitos jellegűek.

A találmányunk szerinti szálakat egyéb szintetikus vagy természetes eredetű szálakkal, például nem grafitos széntartalmú szálakkal is keverhetjük. Az egyéb szálakat a szálak összes tömegére számolva 90 tömeg7.-ig terjedő mennyiségben alkalmazhatjuk, hogy az aromás poliamid szál dörzsszi1árdságából és az egyéb szálak kezelhetőségéből származó előnyöket egyaránt kihasználjuk. A kevert szálakat előnyösen alkalmazhatjuk védőruha vagy tűzálló anyagként.

A találmányunk szerinti nemlineáris és a korábbiaknál tartósabb szálak a korábbi szálaknál jobban dolgozhatók fel a kívánt végtermékké, mert kevésbé törnek és lényegesen jobb az emelkedésük. rt sokkal ál 1andósultabb formájú hullámos vagy nemlineáris szálak gyapjúszerűen bolyhos vagy vattaformájukban a korábbi szálaknál jobb hajlító alakváltozást és ennek következtében kompresszibilitást mutatnak.

Megjegyzendő, hogy a szálak, kívánság esetén a szál vagy szálrendszer 700 ^vü feletti hőmérsékletre való melegítésével,

-16nemoxidáló atmoszférában elektromosan vezetővé tehetők, amint a •fentiekben ismertetett 3 642 664 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetik.

A találmányunk szerinti eljárással a szálakat gyengítő számos károsodástól mentes szálakat állíthatunk elő. Az aromás poliamid szálak fogaskerékkel végzett vagy tömszelencés mechanikus szabványos hűl 1ámosítása a szálak hajlatait, azaz tömszelencés hűl 1ámosításnál a szál kettőzésnél kialakult helyet, a -fogaskerékkel végzett hűl 1ámosításnál pedig azt a helyet gyengíti, ahol a szál a -fogaskerekek között összenyomódik. Ha a szál a hullámosítást követően hőkezelésre kerül, a károsodások még fokozottabb hátrányt jelentenek.

Ha a találmányunk szerinti hullámos vagy nemlineáris szálakat 300-500 °C-cn, 10 percig hőkezeljük, lényegesen egységesebb átmérőjű és a hullámos vagy hajlat részeken károsodás- és/vagy rostmentes szálakat kapunk.

Ha a mechanikus, fogaskerékkel végzett hullámositó eljárással hűl1ámosított szálakat a 300-500 ^űC-cn, 10 percen át végzett hőkezelés után nagyobb nyomásnak tesszük ki, a nagyobb nyomás és a hőkezelés következtében nagyobb károsodást szenvednek. Az ilyen szálak teljesen lelapult és eltorzult részeket és ezeken felül szakadt, törött vagy rostos részeket tartál maznak.

A találmány szerinti megoldást a következő példákkal szemlél tét j ük.

példa

1500 denieres, folytonos KEVLAR-29 arcmás kócot a 4 642 664

-17számú amerikai egyesült államokbeli leírásban ismertetett eljárás szerint stabilizáltunk. Az 1000 szálas kócot körkötő gépen 3-4 hurok/cm-es kelmévé kötöttük. A kelmét 227 ⁰C-on, 20 percig hőkezeltük. A kelme lebontása után olyan kócot kaptunk, amelynek nyúlása vagy reverzibilis def1 ekei ója 2 : 1 értéknél nagyobb. A lebontott kócot 5-25 cm-es darabokra vágtuk, és F'latts Shirley Analyzer készülékre tettük. A kóc szálait kártoló kezeléssel olyan gyapjúszerű bolyhos anyaggá választottuk szét, amelyben a szálak között tekercsszerű formájuk következtében nagy belső rések és nagyfokú összekapcsolódás jön létre. KEVLAR-49 alkalmazásával ugyanilyen eredményt értünk el.

2. példa

1000 szálat tartalmazó, stabilizált p-aramid szálakból készült, 1500 dieneres kócot kerkötő gépen 4 szem/cm-es kelmévé kötöttünk. A kapott kelmét 425 ^υC-on, nitrogén atmoszférában, 10 percig hőkezeltük. A kelmét lebontottuk, és a kapott kócot (amelynek nyúlása vagy reverzibilis deflekció aránya 2 : 1 értéknél nagyobb) felvágtuk. A felvágott kócot Piát Miniatűré kártoló berendezésen kártoltuk és a 4 869 951 számú, amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerinti széntartalmú szállal összekevertük. így gyapjúszerű bolyhos anyagot kaptunk.

A bolyhos anyagot lyukasztással sűríthetjük, hőre lágyuló kötőanyaggal, mint például poliészterrel kezelhetjük, és így tűzálló, jó dörzsszi1árdságú szőnyeg- vagy nemezszerű anyagot kapunk.

3. példa

A 2. példa szerinti gyapjúszerű, bolyhos anyagot meleg dzseki bélésként alkalmaztunk. A dzsekit 200 g bolyhos anyaggal béleltük, és igy ugyanolyan szigetelőhatást értünk el, mint a 425-710 g pehellyel (toll) töltött dzsekiknél.

Az így kapott szálak, kívánság esetén egyéb semleges vagy polimer lineáris vágy nemlineáris szálakkal, például nylon, rayon poliészter, gyapot, gyapjú vagy széntartalmú, nemgra+itcs szálakkal is keverhetők.

4. példa

Egy nem stabilizált p-aramid szálból kcrkötéssel előállított szövetet nitrcgénöblítésű laboratóriumi csőkemencébe tettünk. A mintát 250 ^sC-ra melegítettük, és 10 percig ezen a hőmérsékleten tartottuk, majd nitrogénáramban lehűtöttük és kivettük. A lebontott szövet szobahőmérsékleten kiegyenesíthetetlen, szinuszos szálakat tartalmaz, azaz olyan szálakat, amelyek lényegében állandósult formájúak, és a szál nyújtásával nem egyenesíthetők ki .

5. példa

1000 szálat tartalmazó, stabilizált ρ-aramid szálakból készült 1000 denieres kócot laza állapotban hűl 1ámosítottuk nem mechanikus eljárással és egyidejűleg nitrogénáramban 275 ’C-ra melegítettük. A hőkezelést 10 percig folytattuk. Lehűtés után a kócot szétbontottuk. Az így kapott szálak a szál nyújtásával vagy hagyományos hajszáritóval végzett szárításával el nem távolitha• ·

-19tó, hőformált szinuszos hullámokat tártál maznak.

fa. példa

Az 1. példában ismertetett eljárással előállított, KEVLAR29-ből készült nemlineáris szálmintákat Instron Tensile Tester Series 4201 készülékkel vizsgáltunk 10-es sorozatban.

A készülék beállítása a következő volt:

Terhelő cella: C”

Maximális terhelés: 22,7 kg

Mérő magasság: 22,5 cm

Regisztráló sebesség: 5 mm/perc

Kereszt-Fej sebesség: 5 mm/perc

Kezdeti függesztési feszültség: a szál kiegyenlítéséig

Hőmérséklet és relatív nedvesség: 70 ⁵C, fa5 X.

A törési feszültség (tartósság) értékeket ügy számoltuk, hogy az eredeti fonal denier (lineáris sűrűség) értékét a terheléssel szabványosítottuk. A fonal lineáris sűrűsége 1000 volt.

A nyúlás értékét (a hosszváltozását) egy Instron Tensile Tester berendezés digitális kijelzőjén olvastuk le. A törésnél mért nyúlást úgy számoltuk ki, hogy a hosszváltozást a mérőmagassággal osztottuk és beszoroztuk 100-zal.

A kapott értékeket a következő I. táblázatban és a mellékelt grafikonon mutatjuk be.

A vizsgált minták a következők voltak:

K-29 (levegőben): KEVLAR-29-ből előállított, levegőben végzett hőkezeléssel kapott, találmányunk szerinti szál

-20K-29 (nitrogénben): KEVLAR-29-bŐl előállított, csak nitrogénben hőkezelt, találmányunk szerinti szál,

K-29 (stabilizált és nitrogénben hőkezelt): KEVLAR-29-bŐl előállított, levegőben 217 ⁰C□n stabilizált, nitrogénatmoszférában hőkezelt, találmányunk szerinti szál.

A szálak amplitúdója 2 1/2 mm, méterenkénti menetszáma 120 (1 inch=24,5 mm-re jutó hullámszáma 3) volt.

-21I. Táblázat

K-29 (stabilizált és nitrogénben hőkezelt)

Kezelés (°C)

K-29 (1evegő)

Tartósság (g/dn)

K—29 (nitrogén)

16,76 (fogaskerékkel hűl 1ámosított, nyers szál) 20 (nyers szál)

27,84

207

21,68

270

22,87

19,92

23,39

402

14,21

16,46

16,75

6,64

509

0,7

6,75 ,55 a táblázatban g/dn = gramm/denier nem hőkezelt

7. F'élda

Ebben a kísérletben KEVLAR-49-ből készült, 1. példa szerinti eljárással előállított, nemlineáris szálat vizsgáltunk. A kapott eredményeket a II. táblázatban -foglaljuk össze.

A találmányunk szerinti szálak mechanikai tulajdonságai jobbak, mint a mechanikusan hűl 1ámosított szálak hasonló tulajdonságai. A szálak tulajdonságai akkor romlottak erőteljesen, amikor a hőkezelést 500 °C -feletti hőmérsékleten végeztük.

-22• ·♦ ··-· ·· « • · · * · · «· · ···«·· ·*·· · · · · · ···· • ,·*· ·· ·« ·

II. Táblázat

Tartósság (g/dn)

Kezelés (’C)	K-49 (1evegő)	K-49 (nitrogén)	K-49 (stabi1i zált ni trogénben kezelt)
20 (nyers)*	25,11	25,11	25,11
213	24,92
217	23,21
260		17,29
305	18,33	18,84
315		21,57
402	11,53	13,26	14,51
503		9,65
509	1,69		5,15
522			1 ,09
610			0,25

g/dn = gramm/denier * nem hőkezelt

Az 525 °C felett hűkezelt szálak széntartalmúak voltak • · · ··*· * • · · « « · ·· * »»·♦<· • · » · · · ·« « «··· • · · * 9 «« · · ·

-23SZABADALMI IGÉNYPONTOK

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Hajlatokat vagy hullámokat tartalmazó, nemlineáris aro- más poliamid szál, azzal jellemezve, hogy alak-aránya nagyobb, mint 10 : 1, és az S = 2. ίθθ egyenlettel meghatározott hajlító alakváltozáR sa kisebb, mint 50 X - az egyenletben

3 jelentése a X-os hajlító alakváltozás, r jelentése a szál sugara és

R jelentése a hajlat (hullám) görbületi sugara.
2. Az 1. igénypont szerinti szál, azzal jellemezve, hogy szobahőmérsékleten mért reverzibilis defle’kció aránya nagyobb, mint 1,2 : 1.
3. Az 1. igénypont szerinti szál, azzal jellemezve, hogy a nemlineáris szál lényegében állandósult formájú, és 130 ⁰ C-on mért reverzibilis deflekció aránya nagyobb, mint 1,2 : 1.
4. Az 1. , 2. vagy 3. igénypont szerinti szál, azzal jelle- mezve, hogy a hajlító alakváltozása kisebb, mint 30 X.
5. Az előző igénypontok bármelyike szerinti szál, azzal jellemve, hogy tartóssága legalább 18 g/dn (gramm/denier).
6. Az előző igénypontok bármelyike szerinti szál, azzal jellemezve, hogy a szál átmérőváltozása a hullámoknál és hajlatoknál legfeljebb 15 X.
7. Az előző igénypontok bármelyike szerinti szál, azzal jellemezve, hogy a szál lényegében éles V-típusú hajlat- és rostmentes.
8. Az előző igénypontok bármelyike szerinti szál, azzal

-24jellemezve, hogy a szál rész 1egesen nemii neáris
9. Haji, tokát es nui1ámokat aromá. poliamid szálból hogy az sa kisebb,
10.

• ·· ···· ·· ♦ • 4 · · ·· • · 4 · *·* *· »··· · · ♦ · «V··

4 ··· 4« «« * karbonizált tartalmazó, tcbb, felépülő =zalrendszár , azzal

7 100 egyenlettel meghatározott hajlító

R mint 50 7. - az egyenletben jelentése 7.-os hajlító alakváltozás, jelentése a ál sugara, jelentése a haji

A 9. igénypont hogy szobahőmérsékleten gyobb, mint 1, jellemezve, alakváltozáérinti szálrendszer, azzal mért reverzibilis deflekció

A 9. ig ont hogy a nemlineáris szál lényegében állandósult deflekció aránya 1,2

A 9., 10. vagy
11. igénypont éri nti azzal jel1emezve, hogy hajlító alakváltozása kisebb

A 9-1 igénypontok bármelyike szerinti azzal jeliemezve, hogy tartóssága legalább

18 g/dn
14. A 9-1 igénypontok bármelyike sz érinti azzal jellemezve, hogy a szál hullámoknál legfeljebb 15 7..
15. A 9-14 igénypontok jel 1emezve, aránya na jel1emezve, formájú, és szálrendszer mint 30 7.

szálrendszer sz ál rendszer átmérőváltozása a hajlatoknál vagy bármelyike szerinti szálrendszer, azzal jellemezve, hogy a szál lényegében éles V-típusú hajlat- és rostmentes lé. A 9-15.

azzal jellemezve, hogy a ál • «· ···♦ ·· · • · · · · « · « · ··· · « ···« · « 4 · · ···<

• ···« ·· ·· ·
17. A 9-16. igénypontok bármelyike szerinti szál rendszer azzal jellemezve, hogy olyan szál keverékből épül fel, amely a tárgyi körben ismertetett nemlineáris poliamid szálakat és egyéb szálakat tartalmaz, amelyek lehetnek természetes szálak, szintetikus szálak, valamint széntartalmú szálak.
18. A 9-17. igénypontok bármelyike szerinti szálrendszer, azzal jellemezve, hogy a több szálas poliamid szálak köc-, fonal-, összekuszálódott szálakat tartalamzö gyapjúszerü bolyhos anyag-, nemszőtt vatta-, nemez- vagy háló- vagy kötött kelmevagy szövetformajúak.
19. Eljárás nemlineáris aromás poliamid szál előállítására, azzal jellemezve, hogy

- a szálat nemlineáris formába rendezzük, majd

- 200 °C feletti hőmérsékleten melegítjük, és így olyan szálat kapunk, amelynek reverzibilis deflekció aránya nagyobb, mint 1,2 : 1, és

8 = 2.” l°0 egyenlettel meghatározott haljító alakváltozáR sa kisebb, mint 50 7. - az egyenletben

S jelentése 7.-os hajlító alakváltozás, r jelentése a szál sugara, és

R jelentése a hajlat (hullám) görbületi sugara.
20. A 19. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hőkezelést 200-550 °C-on végezzük.
21. A 19. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lényegében állandósult formát nemvizes atmoszférában végzett hőkezeléssel alakítjuk ki, és így éles V-típusú hajlat- és rostmentes szálat kapunk.

• «· 4··· ·» · • · * · · · • · · · ··· · · ···· · » · · · ···· • ···· ·· ·· ·
22. A 19., 20. vagy 21. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szálak hőkezelését -feszítés nélküli, laza állapotban végezzük.

* 23. A 19-22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal • jellemezve, hogy a szálak kezelését úgy végezzük, hogy a szál átmérőváltozása a hajlatoknál vagy hullámoknál legfeljebb 15 7. legyen .