WO2002036864A1 - Verfahren zum spinnen und aufspulen von polyester-filamenten unter verwendung von spinnadditiven, durch das spinn-verfahren erhältliche polyester-filamente, strecktexturierung der polyester-filamente sowie durch die strecktexturierung erhältliche bauschige polyester-filamente - Google Patents

Verfahren zum spinnen und aufspulen von polyester-filamenten unter verwendung von spinnadditiven, durch das spinn-verfahren erhältliche polyester-filamente, strecktexturierung der polyester-filamente sowie durch die strecktexturierung erhältliche bauschige polyester-filamente Download PDF

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WO2002036864A1 PCT/EP2001/012684 EP0112684W WO0236864A1 WO 2002036864 A1 WO2002036864 A1 WO 2002036864A1 EP 0112684 W EP0112684 W EP 0112684W WO 0236864 A1 WO0236864 A1 WO 0236864A1
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polyester
spinning
dtex
winding
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PCT/EP2001/012684
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Dietmar Wandel
Achim Dulling
Ulrich Mirwaldt
Alexander Klein
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Zimmer Ag
Rohm Gmbh & Co. Kg
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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
    • D01F6/88—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
    • D01F6/92—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of polyesters
    • 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

Definitions

  • Polyester filaments stretch texturing of the polyester filaments as well as through the
  • the present invention relates to processes for spinning and winding pre-oriented polyester filaments using spinning additives, which are at least 90% by weight based on the total weight of the polyester filament made of polybutylene terephthalate (PBT) and / or
  • Polytrimethylene terephthalate preferably composed of PTMT, and the pre-oriented polyester filaments obtainable by the process. Furthermore, the present invention also relates to processes for stretch texturing of the spun and wound polyester filaments and the bulky polyester filaments obtainable by stretch texturing.
  • PET polyethylene terephthalate
  • pre-oriented PBT or PTMT filaments age more when stored. Structural hardening occurs, which leads to such a sharp decrease in the shrinkage that recrystallization can be demonstrated.
  • PBT or PTMT filaments are only for further processing suitable to a limited extent, they lead to errors in the stretch texturing and to a significant reduction in the tear strength of the textured yarn.
  • PET and PBT or PTMT can be attributed to structure and property differences, such as those described in Chemical Fibers Int., P. 53, vol. 50 (2000) and topic on the 39th Int. Manmade Fiber Congress in Dornbirn from September 13th to 15th. It is assumed that different chain formations are responsible for the property differences.
  • WO 99/27168 discloses a polyester fiber which consists of at least 90% by weight of polytrimethylene terephthalate and has a boiling shrinkage of between 5% and 16% and an elongation at break of 20% to 60%.
  • the polyester fiber described in WO 99/27168 is produced by spinning and drawing. Spinning take-off speeds of up to 2100 m / min are specified. The process is uneconomical due to the low spinning speed.
  • the polyester fibers obtained, as the bacterial counts indicated are highly crystalline and are therefore only of limited suitability for stretch texturing processes.
  • European patent EP 0.731.196 B1 claims a process for spinning, drawing and winding up a synthetic thread, in which the thread is subjected to a heat treatment after stretching and before winding to reduce the tendency to shrinkage.
  • Usable synthetic fibers also include polytrimethylene terephthalate fibers.
  • the heat treatment takes place in that the synthetic thread is guided in close proximity but essentially without contact along an elongated heating surface.
  • the application of a Heat treatment makes the process more expensive and also provides synthetic threads with high crystallinity, which are only of limited suitability for stretch texturing processes.
  • the tensile strength of the polytrimethylene terephthalate fibers is 26.5 cN / tex (texturing speed of 450 m / min) or 29.15 cN / tex (texturing speed of 850 m min) and the elongation at break is 38.0% (texturing speed of 450 m min) or 33.5% (texturing speed of 850 m / min).
  • FIG. 1 describes the change in the cooking shrinkage for three PTMT-POY coils as a function of the storage time under normal climate conditions.
  • the change in POY cooking shrinkage for three coils with different initial values over the storage period under normal climatic conditions was examined.
  • Coils no. 16 and 17 with a high initial value> 40% show a boiling shrinkage above 30%, preferably above 40%, after 4 weeks. If the initial value of the shrinkage but is less than 40%, the coil 18 shows that after 4 weeks of storage, however, it falls below the critical value of 30%.
  • Cook shrinkage is a measure of the processability and degree of crystallization of the fibers.
  • the fibers described in WO 01/04393 have plastics with a higher degree of crystallization, which can be processed much more poorly and only with a lower stretching ratio and / or lower texturing speed.
  • pre-oriented polyester filaments which consist of at least 90% by weight> based on the total weight of the filaments of PBT and / or PTMT
  • the pre-oriented polyester filaments should have elongation at break values in the range from 90% to 165%, high uniformity with regard to the filament characteristics and a low degree of crystallization.
  • Another object of the present invention was to provide a method for spinning and winding up pre-oriented polyester filaments which can be carried out on an industrial scale and at low cost.
  • the method according to the invention should allow the highest possible take-off speeds, preferably greater than 2200 m / min and high thread weights on the bobbin of more than 4 kg.
  • a compression of the bobbin during storage, in particular a shrinking of the winding body the mandrel as well as the formation of a saddle with hard edges and a run-in middle part should be prevented as far as possible so that there are no run-off problems when processing the winding.
  • the pre-oriented polyester filaments should be able to be processed further in a simple manner in a drawing or drawing texturing process, in particular at high texturing speeds, preferably greater than 450 m / min.
  • the filaments obtainable by stretch texturing should have excellent material properties, e.g. B. a high tensile strength of more than 26 cN / tex and a high elongation at break of more than 30% for HE filaments or more than 36% for SET filaments.
  • the method according to the invention has a number of further advantages. These include:
  • the method according to the invention can be carried out in a simple manner, on an industrial scale and inexpensively.
  • the method allows spinning and winding at high take-off speeds of at least 2200 m / min and the production of high thread weights on the bobbin of more than 4 kg.
  • the pre-oriented polyester filaments obtainable by the process can thus be processed in a simple manner, on an industrial scale and inexpensively in a drawing or drawing texturing process.
  • the texturing can take place at speeds greater than 450 m / min.
  • the filaments obtainable by stretch texturing have a high tensile strength of more than 26 cN / tex and a high elongation at break of more than 30% for HE filaments or more than 36% for SET filaments.
  • the present invention relates to a method for producing and winding up pre-oriented polyester filaments which consist of at least 90% by weight, based on the total weight of the filament, of polybutylene terephthalate (PBT) and / or polytrimethylene terephthalate (PTMT).
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PTMT polytrimethylene terephthalate
  • Polybutylene terephthalate can be obtained by polycondensation of terephthalic acid with equimolar amounts of 1,4-butanediol, polytrimethylene terephthalate by polycondensation of terephthalic acid with equimolar amounts of 1,3-propanediol. Mixtures of the two polyesters are also conceivable. PTMT is preferred according to the invention.
  • the polyesters can be both homopolymers and copolymers.
  • Suitable copolymers are in particular those which, in addition to repeating PTMT and / or PBT units, also contain up to 15 mol%, based on all repeating units of the polyester, of repeating units of conventional comonomers, such as, for example, B. ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, polyethylene glycol, isophthalic acid and / or adipic acid.
  • polyester homopolymers are preferred in the context of the present invention.
  • the polyesters according to the invention can contain customary amounts of other additives, such as catalysts, stabilizers, antistatic agents, antioxidants, flame retardants, dyes, dye absorption modifiers, light stabilizers, organic phosphites, optical brighteners and matting agents.
  • additives such as catalysts, stabilizers, antistatic agents, antioxidants, flame retardants, dyes, dye absorption modifiers, light stabilizers, organic phosphites, optical brighteners and matting agents.
  • the polyesters preferably contain 0 to 5% by weight, based on the total weight of the filament, of additives.
  • the polyesters can also contain a small proportion, preferably up to 0.5% by weight, based on the total weight of the filament, of branching components.
  • the branching components preferred according to the invention include, inter alia, polyfunctional acids, such as trimellitic acid, pyromellitic acid, or tri- to hexavalent alcohols, such as trimethylolpropane, pentaerythritol, dipentaerythritol, glycerol, or corresponding hydroxy acids.
  • additive polymers 0.05% by weight to 2.5% by weight, based on the total weight of the filament, of additive polymers are added to the PBT and / or PTMT as an elongation-increasing agent.
  • Additive polymers which are particularly suitable according to the invention include the polymers and / or copolymers mentioned below: A copolymer containing the following monomer units:
  • M is aryl
  • B styrene or C 1-4 alkyl-substituted styrenes
  • R 1 , R 2 and R 3 each represent an H atom or a C M5 alkyl radical or a C 6 . 14 aryl radical or a C 5 .
  • R 1 , R 2 and R 3 each represent an H atom or a C M5 alkyl radical or a C 6 . 14 aryl radical or a C 5 .
  • copolymer consisting of 15 to 95% by weight of C and 2 to 80% by weight of D, preferably of 50 to 90% by weight of C and 10 to 50% by weight of D and particularly preferably of 70 to 85% by weight C and 15 to 30 wt .-% D, the sum of C and D together making 100 wt .-%.
  • F styrene or C ⁇ alkyl-substituted styrenes
  • G one or more monomers of the formula I, II or III
  • R 1 , R 2 and R 3 are each an H atom or a C 5 alkyl radical or a C 5 _ 2 cycloalkyl radical or a C 6 . 14 aryl radical,
  • H one or more ethylenically unsaturated monomers copolymerizable with E and / or with F and / or G from the group consisting of ⁇ -methylstyrene, vinyl acetate, acrylic acid esters, methacrylic acid esters other than E, vinyl chloride, vinylidene chloride, halogen-substituted styrenes, vinyl ethers , Isopropenyl ethers and dienes,
  • the copolymer from 30 to 99 wt .-% E, 0 to 50 wt .-%>F,> 0 to 50 wt .-% > G and 0 to 50 wt .-% H, preferably from 45 to 97 wt. % E, 0 to 30% by weight F, 3 to 40% by weight G and 0 to 30% by weight H and particularly preferably consists of 60 to 94% by weight of E, 0 to 20% by weight of F, 6 to 30% by weight of G and 0 to 20% by weight of H, the sum of E, F, G and H together gives 100% by weight.
  • R J and R 2 are substituents consisting of the optional atoms C, H, O, S, P and halogen atoms and the sum of the molecular weights of R 1 and R 2 is at least 40.
  • additive polymers and / or copolymers in the form of bead polymers are particularly preferred, the particle size of which is in a particularly favorable range.
  • the additive polymers and / or copolymers to be used according to the invention for example by mixing into the melt of the fiber polymers, are preferably in the form of particles with an average diameter of 0.1 to 1.0 mm. However, larger or smaller beads or granules can also be used.
  • the additive polymers and / or copolymers can also already be contained in chips of the matrix polymer, so that metering is not necessary. Additive polymers and / or copolymers which are amorphous and insoluble in the polyester matrix are also preferred.
  • They preferably have a glass transition temperature of 90 to 200 ° C., the glass transition temperature being determined in a known manner, preferably by differential scanning calorimetry. Further details can be found in the prior art, for example in publication WO 99/07927, the disclosure of which is hereby expressly incorporated by reference.
  • the additive polymer and / or copolymer is preferably selected such that the ratio of the melt viscosities of the additive polymer and / or copolymer and the matrix polymer is 0.8: 1 to 10: 1, preferably 1.5: 1 to 8: 1 ,
  • the melt viscosity is measured in a known manner using an oscillation rheometer at an oscillation frequency of 2.4 Hz and a temperature which is equal to the melting temperature of the matrix polymer plus 28 ° C.
  • the measuring temperature for the melt viscosity is 255 ° C. Further details can in turn be found in WO 99/07927.
  • the melt viscosity of the additive polymer and / or copolymer is preferably higher than that of the matrix polymer, and it has been found that the choice of a specific viscosity range for the additive polymer and / or copolymer and the choice of the viscosity ratio to optimize the properties of the product Fadens contributes. With an optimized viscosity ratio, it is possible to minimize the amount of additive polymer and / or copolymer added, which among other things also improves the economics of the process.
  • the polymer mixture to be spun preferably contains 0.05 to 2.5% by weight, particularly preferably 0.25 to 2.0% by weight of additive polymer and / or copolymer.
  • the favorable viscosity ratio By choosing the favorable viscosity ratio, a narrow distribution of the particle sizes of the additive polymer and / or copolymer in the polymer matrix with the desired fibril structure of the additive polymer is achieved and / or copolymer in the thread.
  • the glass transition temperature of the additive polymer and / or copolymer which is high in comparison to the matrix polymer, ensures that this fibril structure is quickly solidified in the filament.
  • the maximum particle sizes of the additive polymer and / or copolymer are about 1000 nm immediately after emerging from the spinneret, while the average particle size is 400 nm or less.
  • the favorable fibril structure is achieved, in which the thread has at least 60% by weight of the additive polymer and / or copolymer in the form of fibrils with lengths in the range from 0.5 to 20 ⁇ m and diameters in the range from 0 , 01 to 0.5 ⁇ m included.
  • polyesters which can be used in the context of the invention are preferably thermoplastic and can be spun into filaments and wound up. Those polyesters which have an intrinsic viscosity in the range from 0.70 dl / g to 0.95 dl / g are particularly advantageous.
  • a polymer melt can, for example, be taken directly from the end reactor of a polycondensation plant or can be produced from solid polymer chips in a melt extruder.
  • the film additive can be metered into the matrix polymer in a known manner, inter alia in molten or solid form, distributed homogeneously therein and dispersed into fine particles.
  • a device according to DE 100 22 889 can advantageously be used.
  • the melt or melt mixture of the polyester is spun at a constant speed, the speed being set according to a known calculation formula so that the desired thread titer is obtained, pressed into die packs and extruded through the die holes of the die plate of the pack to form molten filaments.
  • the melt can be produced, for example, from polymer chips in an extruder, it being particularly advantageous to dry the chips beforehand to a water content ⁇ 30 ppm, in particular to a water content ⁇ 15 ppm.
  • the temperature of the melt which is commonly referred to as the spinning temperature and is measured in front of the spinning pump, depends on the melting point of the polymer or polymer mixture used. It is preferably in the range given by Formula 1:
  • T Sp spinning temperature [° C].
  • the specified parameters serve to limit the hydrolytic and / or thermal viscosity reduction, which should expediently be as low as possible.
  • the homogeneity of the melt has a direct influence on the material properties of the spun filaments.
  • a static mixer with at least one element, which is installed after the spinning pump, is therefore preferably used to homogenize the melt.
  • the temperature of the nozzle plate which is dependent on the spinning temperature, is regulated by its so-called trace heating.
  • trace heating For example, a trace beam heated with "Diphyl” or additional convection or radiant heaters can be used as trace heating.
  • the temperature of the nozzle plates is usually at the level of the spinning temperature.
  • a temperature increase on the nozzle plate can be achieved through the pressure drop in the nozzle package.
  • Known derivations such as, for example, K. Riggert "Advances in the Production of Polyester Tire Cord Yarn" Chemical fibers 21, page 379 (1971), describe a temperature increase of approximately 4 ° C. per 100 bar pressure drop.
  • nozzle pressure by using loose filter media, in particular Stalilsand with an average grain size between 0.10 mm and 1.2 mm, preferably between 0.12 mm and 0.75 mm and / or filter discs made of metal mesh or nonwovens with a fineness of ⁇ 40 ⁇ can be produced.
  • loose filter media in particular Stalilsand with an average grain size between 0.10 mm and 1.2 mm, preferably between 0.12 mm and 0.75 mm and / or filter discs made of metal mesh or nonwovens with a fineness of ⁇ 40 ⁇ can be produced.
  • the pressure drop in the nozzle hole contributes to the total pressure.
  • the nozzle pressure is preferably set between 80 bar and 450 bar, in particular between 100 bar and 250 bar.
  • the spinning draft i Sp ie the quotient of the take-off speed and the spraying speed, is calculated according to US Pat. No. 5,250,245 using Formula 2 with the density of the polymer or the polymer mixture, the nozzle hole diameter and the titer of the single filament:
  • the spinning delay is between 70 and 500, preferably between 100 and 250.
  • the length / diameter ratio of the nozzle hole is preferably chosen between 1.5 and 6, in particular between 1.5 and 4.
  • the extruded filaments pass through a cooling delay zone. Directly below the nozzle package, this is designed as a recess zone, in which the filaments emerging from the nozzle holes are protected from the direct action of the cooling gas and are delayed in delay or cooling.
  • An active part of the recess is designed as an offset of the nozzle package into the spinning beam, so that the filaments are surrounded by heated walls.
  • a passive part is formed by insulation layers and unheated frames. The lengths of the active recess are between 0 and 100 mm, those of the passive part between 20 and 120 mm, with a total length of 30-200 mm, preferably 30-120 mm being maintained.
  • a reheater can be installed below the spinning beam.
  • this zone with a cylindrical or rectangular cross section then has at least one heating independent of the spinning beam.
  • the cooling delay can be achieved with the aid of cylindrical covers.
  • the filaments are then cooled to temperatures below their solidification temperature.
  • the solidification temperature denotes the temperature at which the melt changes to the solid state.
  • it has proven particularly expedient to cool the filaments to a temperature at which they are essentially no longer sticky. It is particularly advantageous to cool the filaments to temperatures below their crystallization temperature, in particular to temperatures below their glass transition temperature.
  • Means for cooling the filaments are known to the person skilled in the art from the prior art.
  • the use of cooling gases, in particular cooled air, has proven particularly useful according to the invention.
  • the cooling air preferably has a temperature of 12 ° C. to 35 ° C., in particular 16 ° C. to 26 ° C.
  • the speed of the cooling air is advantageously in the range from 0.20 m / sec to 0.55 m / sec.
  • single thread systems can be used which consist of individual cooling tubes with a perforated wall.
  • a cooling of each individual filament is achieved by active cooling air supply or also by using the self-suction effect of the filaments.
  • the known cross-flow blowing systems can also be used.
  • a special embodiment of the cooling and warping area is to supply the filaments emerging from the delay zone in a zone of length in the range from 10 to 175 cm, preferably in a zone of length in the range of 10 to 80 cm, of cooling air.
  • the filaments and the air accompanying them are passed together through a reduced-cross-section channel, with the control of the Cross-sectional tapering and dimensioning in the thread running direction a ratio of the air to the thread speed when pulling from 0.2 to 20: 1, preferably 0.4 to 5: 1, is set.
  • the distance of the bundling from the underside of the nozzle which is suitable according to the invention can be determined by methods known to the person skilled in the art for online measurement of the thread speed and / or thread temperature, for example using a laser Doppler anemometer from TSI / D or an infrared camera from Goratec / D Type IRRIS 160. It is 500 to 2500 mm, preferably 500 to 1800 mm. Filaments with a titer ⁇ 3.5 dtex are preferably bundled at a smaller distance ⁇ 1500 mm, thicker filaments preferably at a larger distance.
  • the filaments are bundled in an oiling stone, which feeds the desired amount of spin finish evenly to the thread.
  • a particularly suitable oiling stone is characterized by an inlet part, the thread channel with an oil inlet opening and the outlet part.
  • the inlet part is widened in a funnel shape, so that contact through the still dry filaments is avoided.
  • the point of impact of the filaments takes place within the thread channel after the inflow of the preparation.
  • the width of the thread channel and oil inlet opening is adapted to the thread titer and the number of filaments. Proven particularly well have openings and widths in the range of 1.0 mm to 4.0 mm.
  • the outlet part of the oiler is designed as an equalization section, which preferably has oil reservoirs.
  • Such oilers can be obtained, for example, from Cermatec / D or Goulston / USA.
  • the uniformity of the oil application can be of great importance according to the invention. It can be determined, for example, using a Rossa measuring device in accordance with the method described in Chemiefaser Textilindustrie, 42./94, Nov. 1992 on page 896. With such a procedure, values for the standard deviation of the oil application of less than 90 digits, in particular less than 60 digits, are preferably obtained. According to the invention, values for the standard deviation of the oil application of less than 45 digits, in particular less than 30 digits, are particularly preferred. A value for the standard deviation of 90 digits or 45 digits corresponds to approximately 6.2% or 3.1% of the coefficient of variation.
  • nozzles with closed yarn channels have proven to be particularly suitable, since in such systems hooking of the thread in the insertion slot is avoided even with low thread tension and high air pressure.
  • the entangling nozzles are preferably arranged between godets, the exit thread tension being regulated by means of different speeds of the inlet and outlet godets. It should not exceed 0.20 cN / dtex and should primarily have values between 0.05 cN / dtex and 0.15 cN / dtex.
  • the air pressure of the entangling air is between 0.5 and 5.5 bar, with winding speeds up to 3500 m / min at a maximum of 3.0 bar.
  • Node numbers of at least 10 n / m are preferably set. Maximum opening lengths of less than 100 cm and values for the coefficient of variation of the number of nodes below 100% are of particular interest. When using air pressures above 1.0 bar, Rnote numbers> 15 n / m are advantageously achieved, which are characterized by high uniformity, the coefficient of variation being less than or equal to 70% and the maximum opening length being 50 cm. In practice, systems of the type LD from Temco / D, the double system from Slack & Parr / USA, or nozzles of the type Polyjet from Heberlein have proven to be particularly suitable.
  • the peripheral speed of the first godet unit is referred to as the take-off speed.
  • Additional godet systems can be used before the thread in the winder assembly is wound into bobbins (bobbins) on cores.
  • Stable, error-free thread packages are a basic prerequisite for error-free thread withdrawal and for error-free further processing. Therefore, a winding tension in the range of 0.025 cN / dtex - 0.15 cN / dtex, preferably in the range of 0.03 cN / dtex - 0.08 cN / dtex, is used in the context of the present method.
  • an important parameter of the method according to the invention is the setting of the thread tension before and between the take-off godets.
  • this tension essentially consists of the actual orientation tension according to Hamana, the friction tension on the thread guides and the oiler and the thread-air friction tension.
  • the thread tension before and between the take-off godets is in the range from 0.05 cN / dtex to 0.20 cN / dtex, preferably between 0.08 cN / dtex and 0.15 cN / dtex.
  • a too low tension below 0.05 cN / dtex no longer results in the desired degree of pre-orientation. If the tension exceeds 0.20 cN / dtex, this tension triggers a memory effect when winding and storing the bobbins, which leads to a deterioration of the thread characteristics.
  • the tension is regulated by the oiler distance from the nozzle, the friction surfaces and the length of the distance between the oiler and the discharge godet.
  • This line length is advantageously not more than 6.0 m, preferably less than 2.0 m, the spinning mill and the take-off machine being arranged by means of a parallel construction in such a way that straight thread running is ensured.
  • the conditioning parameters of the thread between the bundling point and the winding are also described by the geometric parameters.
  • the rapid relaxation during this time influences the quality of the coil structure.
  • the conditioning time defined in this way is preferably chosen between 50 and 200 ms.
  • the winding speed of the POY is between 2200 m / min and 6000 m / min.
  • a speed between 2500 m / min and 6000 m / min is preferably selected.
  • the polymer mixtures are particularly preferably wound up at speeds in the range from 3500 m / min to 6000 m / min.
  • a temperature ⁇ 45 ° C., in particular between 12 and 35 ° C., and a relative humidity of 40-85% is set in the vicinity of the thread winding while the method according to the invention is being carried out. Furthermore, it is advisable to store the POY coils at least 4 hours at 12 to 35 ° C and a relative humidity of 40-85% before further processing.
  • the filament according to the invention has a) an elongation at break between 90 and 165%, preferably between 90 and 135% b) a cooking shrinkage of at least 30%, preferably> 40%, c) a normal Uster below 1, 1%>, preferably less than 0.9%, d) a birefringence between 0.030 and 0.058, e) a density less than 1.35 g / cm 3 , preferably less than 1.33 g / cm 3 , f) a variation coefficient of the breaking load ⁇ 4.5%, preferably ⁇ 2.5% and g) a coefficient of variation of the elongation at break ⁇ 4.5%>, preferably ⁇ 2.5%.
  • normal conditions is known to the person skilled in the art and is defined by the DIN 53802 standard. Under “normal conditions” according to DIN 53802 the temperature is 20 ⁇ 2 ° C and the relative humidity 65 + 2%.
  • the boil shrinkage measured directly after winding up is between 50 and 65% and after 4 weeks of storage under normal conditions is at least 30%>, preferably> 40%.
  • the boil shrinkage measured directly after winding up is between 50 and 65% and after 4 weeks of storage under normal conditions is at least 30%>, preferably> 40%.
  • the intrinsic viscosity is measured in a capillary viscometer from Ubbelohde at 25 ° C and calculated using a known formula.
  • a mixture of phenol / 1,2-dichlorobenzene in a weight ratio of 3: 2 is used as the solvent.
  • the concentration of the solution is 0.5 g polyester per 100 ml solution.
  • a calorimeter DSC device from Mettler is used to determine the melting point, the crystallization temperature and the glass transition temperature.
  • the sample is first heated to 280 ° C and melted and then quenched.
  • the DSC measurement takes place in the range from 20 ° C to 280 ° C with a heating rate of 10 K / min.
  • the temperature values are determined by the processor.
  • the density of filaments is determined in a density gradient column at a temperature of 23 + 0.1 ° C.
  • N-Heptane (C 7 H 16 ) and carbon tetrachloride (CC1 4 ) are used as reagents.
  • the result of the density measurement can be used to calculate the degree of crystallinity by using the density of the amorphous polyester D a and the density of the crystalline polyester D k .
  • the titer is determined in a known manner using a precision weight and a weighing device.
  • the pre-tension is expediently 0.05 cN / dtex for pre-oriented filaments (POYs) and 0.2 cN / dtex for textured yarn (DTY).
  • the tensile strength and the elongation at break are determined in a Statimat measuring device under the following conditions; the clamping length is 200 mm for POY or 500 mm for DTY, the measuring speed is 2000 mm / min for POY or 1500 mm / min for DTY, the preload is 0.05 cN / dtex for POY or 0.2 cN / dtex for DTY.
  • the tensile strength is determined by dividing the values for the maximum tear load by the titer, and the elongation at break is evaluated at maximum load. To determine the shrinkage, strands of filaments are treated without tension in water at 95 + 1 ° C for 10 ⁇ 1 min.
  • the strands are produced using a willow with a pretension of 0.05 cN / dtex for POY or 0.2 cN / dtex for DTY;
  • the length measurement of the strands before and after the temperature treatment takes place at 0.2 cN / dtex.
  • the cooking shrinkage is calculated in a known manner from the difference in length.
  • the birefringence is determined in accordance with the procedure described in DE 19,519,898. Therefore, in this context, reference is made explicitly to the disclosure of DE 19,519,898.
  • the crimp characteristics of the textured filaments are measured in accordance with DIN 53840, Part 1 using the Stein / D texture data at a development temperature of 120 ° C.
  • the normal Uster values are determined with the Uster tester 4-CX and specified as Uster% o values.
  • the test time is 2.5 min at a test speed of 100 m / min.
  • the POY according to the invention can be further processed in a simple manner, in particular stretch-textured.
  • the stretch texturing is preferably carried out at a texturing speed of at least 500 m / min, particularly preferably at a texturing speed of at least 700 m / min.
  • the draw ratio is preferably at least 1: 1.35, in particular at least 1: 1.40.
  • Stretch texturing on a machine of the high-temperature heater type, such as the AFK from Barmag has proven to be particularly useful.
  • the bulky filaments produced in this way have a small number of fluff and, after dyeing under cooking conditions, with one Disperse dye without carrier an excellent color depth and color uniformity.
  • Bulky SET filaments produced according to the invention preferably have a tensile strength of more than 26 cN / tex and an elongation at break of more than 36%.
  • the tensile strength is preferably more than 26 cN / tex and the elongation at break is more than 30%>.
  • the bulk and elasticity behavior of the filaments according to the invention is excellent.
  • PTMT chips with an intrinsic viscosity of 0.93 dl / g, a melt viscosity of 325 Pa s (measured at 2.4 Hz and 255 ° C), a melting point of 227 ° C, a crystallization temperature of 72 ° C and a glass transition temperature from 45 ° C were dried at a temperature of 130 ° C in a tumble dryer to a water content of 11 ppm.
  • the chips were melted in a 3E4 extruder from Barmag, so that the temperature of the melt was 255 ° C.
  • Various amounts of polymethyl methacrylate of the Plexiglas 7N commercial type from Röhm GmbH / D were added to this melt as an elongation additive, which had previously been dried to a residual moisture content of less than 0.1%.
  • the additive polymer was melted by means of a melt extruder and fed to the feed device with a gear metering pump and fed there through an injection nozzle in the flow direction of the polyester component.
  • a static mixer from Sulzer type SMX with 15 elements and an inner diameter of 15 mm, both melts were mixed homogeneously with one another and finely dispersed.
  • the melt viscosity of the Plexiglas 7N type was 810 Pa s (2.4 Hz, 255 ° C), which means that the ratio of additive and polyester melt viscosity is 2.5: 1.
  • the amount of melt transported was 63 g / min with a residence time of 6 min, the amount metered by the spinning pump into the nozzle pack was adjusted in such a way that the POY titer was about 102 dtex. Different winding speeds were set.
  • An element of a static mixer, type HD-CSE with 10 mm inside diameter from Fluitec was installed after the spinning pump before entering the nozzle package.
  • the trace heating of the product line and spinning block, which contained the pump and the nozzle package, were set to 255 ° C.
  • the nozzle package contained steel sand with a grain size of 350-500 ⁇ m with a height of 30 mm as well as a 20 ⁇ m fleece and a 40 ⁇ m fabric filter.
  • the melt was extruded through a die plate 80 mm in diameter and 34 holes 0.25 mm in diameter and 1.0 mm in length.
  • the nozzle pressure was approximately 120-140 bar.
  • the cooling delay zone was 100 mm long, with 30 mm heated wall and 70 mm insulation and unheated frame.
  • the melt threads were then cooled in a blow shaft with cross-flow blowing with a blow length of 1500 mm.
  • the cooling air had a speed of 0.35 m / sec, a temperature of 18 ° C and a relative humidity of 80%>.
  • the solidification point of the filaments was about 800 mm below the spinneret.
  • a thread oiler at a distance of 1050 mm from the nozzle, the threads were provided with spinning preparation and bundled.
  • the oiler was designed with a TriboFil surface and had an inlet opening of 1 mm in diameter.
  • the amount of preparation applied was 0.40% based on the thread weight.
  • the bundled thread was then fed to the winding machine.
  • the distance between the oiler and the first discharge godet was 3.2 m.
  • the conditioning time was between 105 and 140 ms.
  • a pair of godets was wrapped in an S-shaped thread.
  • a Temco entangling nozzle was installed between the godets and operated at an air pressure of 1.5 bar.
  • the winding speed of the SW6 type from Barmag was set in such a way that the winding thread tension was 5 cN.
  • the indoor climate was set to 24 ° C at 60% relative humidity, so that a temperature of about 34 ° C was established in the area surrounding the thread winding.
  • Table 1 Test parameters
  • the PTMT filament spools were stored for four weeks in normal climate in accordance with DIN 53802 and then presented to a stretch texturing machine from Barmag, type FK6-S-900.
  • the search parameters of the stretch texturing for the production of so-called SET filaments are shown in Table 3, the material properties of the resulting bulky SET filaments are summarized in Table 4.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und zum aufspulen von vororientierten Polyester-Filamenten, die zu mindestens 90 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyester-Filaments aus Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polytrimethylenterephthalat (PTMT), vorzugsweise aus PTMT bestehen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß a) der Spinnverzug im Bereich 70 bis 500 eingestellt wird; b) die Filamente direkt nach austritt aus der Spinndüse eine Abkühlungsverzögerungszone von 30 mm bis 200 mm Länge durchlaufen; c) die Filamente unter die Erstarrungstemperatur abgekühlt werden; d) die Filamente in einem Abstand zwischen 500 mm und 2500 mm von der Düsenunterseite gebündelt werden; e) die Fadenspannung vor und zwischen den Abzugsgaletten zwischen 0,05 cN/dtex bis 0,20 cN/dtex eingestellt wird; f) der Faden mit einer Fadenspannung zwischen 0,025 cN/dtex bis 0,15 cN/dtex aufgespult wird,; g) die Aufspulgeschwindigkeit zwischen 2200 m/min und 6000 m/min eingestellt wird; h) und ein Polyester eingesetzt wird, welchem 0,05 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Filaments an Additiv-Polymer als Dehnungserhöhungsmittel beigemischt sind.

Description

Verfahren zum Spinnen und Aufspulen von Polyester-Filamenten unter
Nerwendung von Spinnadditiven, durch das Spinn-Nerfahren erhältliche
Polyester-Filamente, Strecktexturierung der Polyester-Filamente sowie durch die
Strecktexturierung erhältliche bauschige Polyester-Filamente
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Spinnen und Aufspulen von vororientierten Polyester-Filamenten unter Nerwendung von Spinnadditiven, die zu mindestens 90 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyester- Filaments aus Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder
Polytrimethylenterephthalat (PTMT), vorzugsweise aus PTMT, bestehen, sowie die durch das Verfahren erhältlichen vororientierten Polyester-Filamente. Des weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf Verfahren zur Strecktexturierung der gesponnenen und aufgespulten Polyester-Filamente sowie die durch die Strecktexturierung erhältlichen bauschigen Polyester-Filamente.
Die Herstellung von kontinuierlichen Polyester-Filamenten, insbesondere von Polyethylenterephthalat-(PET)-Filamenten, in einem zweistufigen Verfahren ist bereits bekannt. Dabei werden in der ersten Stufe glatte vororientierte Filamente gesponnen und aufgespult, die in einer zweiten Stufe fertig verstreckt und thermofixiert oder zu bauschigen Filamenten strecktexturiert werden. Eine Übersicht hierüber liefert das Buch Synthetische Fasern von F. Fourne (1995), erschienen im Hanser- Verlag München. Allerdings wird nur die Herstellung von PET-Fasern beschrieben, wobei keine geschlossene Spinntechnologie sondern vielmehr eine Übersicht dargelegt wird, in der die unterschiedlichsten Merkmale beschrieben werden.
Die Faserherstellung verschiedener spinnbarer Polymere, unter anderem Polypropylen, Polyamiden, Polyester usw. ist Gegenstand der Anmeldeschrift DE- OS 38 19 913. Allerdings wird in den Beispielen nur die Herstellung von PET- Fasern beschrieben, wie dies der Temperatur entnommen werden kann, bei der das Polymer verarbeitet wird.
Bei der Herstellung von kontinuierlichen Polytrimethylenterephthalat-(PTMT)- oder Polybutylenterephthalat-(PBT)-Filamenten besteht das Problem, daß vororientierte Filamente sowohl direkt nach dem Spinnen und beim Aufspulen als auch mehrere Stunden nach dem Aufspulen beim Lagern in Umgebungstemperatur eine beachtliche Schrumpfheigung aufweisen, die zu einer Fadenverkürzung führt. Der Spulkörper wird dadurch zusammengepreßt, so daß es im Extremfall zu einem Festschrumpfen des Wickelkörpers auf dem Aufspuldorn kommt und der Wickelkörper nicht mehr abgenommen werden kann. Weiterhin bildet sich im Wickelkörper ein sogenannter Sattel mit harten Rändern und eingelaufenem Mittelteil aus. Dadurch werden textile Kenndaten der Filamente, wie beispielsweise der Uster stärker ungleichmäßig und es gibt Ablaufprobleme beim Abarbeiten der Wickel. Derartige Probleme treten bei der Verarbeitung von PET-Fasern nicht auf.
Weiterhin wird beobachtet, daß im Unterschied zu PET-Filamenten vororientierte PBT- oder PTMT-Filamente beim Lagern verstärkt altern. Es tritt eine Strukturverhärtung auf, die zu einem derart starken Absinken des Kochschrumpfes führt, daß eine Nachkristallisation nachgewiesen werden kann. Derartige PBT- oder PTMT-Filamente sind für die Weiterverarbeitung nur bedingt geeignet, sie führen zu Fehlern bei der Strecktexturierung und zu einer signifikanten Erniedrigung der Reißfestigkeit des texturierten Garns.
Diese Unterschiede zwischen PET und PBT bzw. PTMT sind auf Struktur- und Eigenschaftsdifferenzen zurückzuführen, wie diese beispielsweise in Chemical Fibers Int., S. 53, Bd. 50 (2000) dargestellt sind und Thema auf dem 39. Int. Man- made Fibre Congress, vom 13. bis 15. Sept. in Dornbirn waren. So wird angenommen, daß unterschiedliche Kettenformationen für die Eigenschaftsdifferenzen verantwortlich sind.
Erste Ansätze zur Lösung dieser Probleme werden in der Patentanmeldung WO 99/27168 und dem europäischen Patent EP 0,731,196 Bl beschrieben. WO 99/27168 offenbart eine Polyester-Faser, die zu mindestens 90 Gew.-% aus Polytrimethylenterephthalat besteht und einen Kochschrumpf zwischen 5 % und 16 % sowie eine Reißdehnung von 20 % bis 60 % aufweist. Die Herstellung der in WO 99/27168 beschriebenen Polyester-Faser erfolgt durch Spinnen und Verstrecken. Dabei werden Spinnabzugsgeschwindigkeiten von höchstens 2100 m/min angegeben. Das Verfahren ist aufgrund der niedrigen Spinngeschwindigkeit unwirtschaftlich. Darüber hinaus sind die erhaltenen Polyester-Fasern, wie die angegebenen Keimzahlen belegen, stark kristallin und somit für Strecktexturierverfahren nur bedingt geeignet.
Das europäische Patent EP 0,731,196 Bl beansprucht ein Verfahren zum Spinnen, Verstrecken und Aufspulen eines synthetischen Fadens, bei dem der Faden nach der Verstreckung und vor dem Aufspulen zur Verminderung der Schrampfheigung einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Einsetzbare synthetische Fasern umfassen auch Polytrimethylenterephthalat-Fasern. Gemäß EP 0,731,196 Bl erfolgt die Wärmebehandlung dadurch, daß der synthetische Faden in enger Nachbarschaft jedoch im wesentlichen ohne Berührung entlang einer langgestreckten Heizoberfläche geführt wird. Die Anwendung einer Wärmebehandlung verteuert das Verfahren und liefert zudem synthetische Fäden mit hoher Kristallinität, die für Strecktexturierverfaliren nur bedingt geeignet sind.
In dem Artikel von Dr. H. S. Brown und H. H. Chuah; "texturing of textile filament yarns based on polytrimethylene terephthalate" Chemical Fibers International, Volume 47, Febr. 1997, S. 72 - 74 wird die Strecktexturierung von vororientierten Polytrimethylenterephthalat-Filamenten bei Texturiergeschwindigkeiten von 450 m/min und 850 m/min beschrieben. Gemäß dieser Offenbarung ist die niedrigere Texturiergeschwmdigkeit von 450 m/min für Polytrimethylenterephthalat-Filamente besser geeignet, da in diesem Fall Fasern mit besseren Materialeigenschaften erhalten werden. Die Reißfestigkeit der Polytrimethylenterephthalat-Fasern wird mit 26,5 cN/tex (Texturiergeschwmdigkeit von 450 m/min) bzw. 29,15 cN/tex (Texturiergeschwmdigkeit von 850 m min) und die Reißdehnung mit 38,0 % (Texturiergeschwmdigkeit von 450 m min) bzw. 33,5 % (Texturiergeschwmdigkeit von 850 m/min) angegeben.
Die Druckschrift WO 01/04393 beschreibt PTMT-Filamente, die einen Kochschrampf im Bereich von 3 bis 40% aufweisen. Dieser Wert wird jedoch direkt nach der Herstellung der Filamente bestimmt. Nach einer Lagerzeit von 4 Wochen unter Normalbedingungen nimmt dieser Wert unter 20 % ab, wie dies die beigefügte Figur 1 belegt.
Figur 1 beschreibt die Veränderung des Kochschrumpfes für drei PTMT-POY- Spulen in Abhängigkeit von der Lagerzeit bei Normalklima-Bedingungen. Hierbei wurde die Veränderung des POY-Kochschrumpfes für drei Spulen mit unterschiedlichem Ausgangswert über die Lagerzeit bei normalen Klimabedingungen untersucht. Die Spulen Nr. 16 und 17 mit hohem Ausgangswert > 40% zeigen nach 4 Wochen einen Kochschrumpf oberhalb von 30%o, bevorzugt oberhalb von 40%. Falls der Ausgangswert des Kochschrumpfs jedoch geringer als 40% ist, so zeigt die Spule 18, daß dieser nach 4 Wochen Lagerzeit jedoch unter den kritischen Wert von 30% fällt.
Der Kochschrumpf ist ein Maß für die Verarbeitbarkeit und den Kristallisationsgrad der Fasern. Die in WO 01/04393 beschriebenen Fasern weisen Kunststoffe mit einem höheren Kristallisationsgrad auf, die sich wesentlich schlechter und nur bei niedrigerem Verstreckungsverhältnis und/oder niedrigerer Texturiergeschwmdigkeit verarbeiten lassen.
In Anbetracht des Standes der Technik war es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Spinnen und Aufspulen von vororientierten Polyester-Filamenten, die zu mindestens 90 Gew.-%> bezogen auf das Gesamtgewicht der Filamente aus PBT und/oder PTMT bestehen, zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung und das Aufspulen von vororientierten Polyester-Filamenten auf einfache Art und Weise ermöglicht. Insbesondere sollten die vororientierten Polyester-Filamente Reißdehnungswerte im Bereich von 90 % - 165 %, eine hohe Gleichmäßigkeit bezüglich der Filament-Kennwerte sowie einen geringen Kristallisationsgrad aufweisen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren zum Spinnen und Aufspulen von vororientierten Polyester-Filamenten anzugeben, das großtechnisch und kostengünstig durchführbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sollte möglichst hohe Abzugsgeschwindigkeiten, vorzugsweise größer 2200 m/min und hohe Fadengewichte auf dem Spulkörper von mehr als 4 kg, erlauben.
Es war auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lagerfähigkeit der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen vororientierten Polyester- Filamente zu verbessern. Diese sollten auch für eine längere Zeitspanne, beispielsweise 4 Wochen, lagerfähig sein. Ein Zusammenpreßen des Spulkörpers während der Lagerung, insbesondere ein Festschrumpfen des Wickelkörpers auf dem Aufspuldorn sowie die Ausbildung eines Sattels mit harten Rändern und eingelaufenem Mittelteil sollte nach Möglichkeit unterbunden werden, so daß keine Ablaufprobleme beim Abarbeiten der Wickel auftreten.
Erfmdungsgemäß sollten die vororientierten Polyester-Filamente auf einfache Art und Weise in einem Streck- oder Strecktexturierprozeß, insbesondere bei hohen Texturiergeschwindigkeiten, vorzugsweise größer 450 m/min, weiterverarbeitet werden können. Die durch die Strecktexturierung erhältlichen Filamente sollten hervorragende Materialeigenschaften aufweisen, z. B. eine hohe Reißfestigkeit von mehr als 26 cN/tex und eine hohe Reißdehnung von mehr als 30 % für HE- Filamente bzw. mehr als 36 % für SET-Filamente.
Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannten Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch ein Verfahren zum Spinnen und Aufspulen mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Zweckmäßige Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen unter Schutz gestellt. Das durch das Spimi- Verfahren erhältliche vororientierte Polyester-Filament wird im unabhängigen Produktanspruch beschrieben. Die Strecktexturierung des vororientierten Polyester-Filamentes wird im Verfahrensspruch 7 beansprucht, während sich die Produktansprüche 8 und 9 auf die durch die Strecktexturierung erhältlichen bauschigen Filamente beziehen.
Dadurch, daß bei einem Verfahren zur Herstellung und zum Aufspulen von vororientierten Polyester-Filamenten, die zu mindestens 90 Gew.-%> bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyester-Filaments aus Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polytrimethylenterephthalat (PTMT), vorzugsweise aus PTMT bestehen, a) der Spinnverzug im Bereich 70 bis 500 eingestellt wird, b) die Filamente direkt nach Austritt aus der Spinndüse eine Abkühlungsverzögerungszone von 30 mm bis 200 mm Länge durchlaufen, c) die Filamente unter die Erstarrungstemperatur abgekühlt werden, d) die Filamente in einem Abstand zwischen 500 mm und 2500 mm von der Düsenunterseite gebündelt werden, e) die Fadenspannung vor und zwischen den Abzugsgaletten zwischen 0,05 cN/dtex bis 0,20 cN/dtex eingestellt wird, f) der Faden mit einer Fadenspannung zwischen 0,025 cN/dtex bis 0,15 cN/dtex aufgespult wird, g) die Aufspulgeschwindigkeit zwischen 2200 m/min und 6000 m/min eingestellt wird, h) und ein Polyester eingesetzt wird, welchem 0,05 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Filaments an Additiv-Polymer als Dehnungserhöhungsmittel beigemischt sind, gelingt es auf nicht ohne weiteres vorhersehbare Weise vororientierte Polyester- Filamente zur Verfügung zu stellen, die auch nach einer Lagerung bei Normalbedingungen für 4 Wochen ihre hervorragenden Materialeigenschaften bewahren. Eine signifikante Verschlechterung der Gleichmäßigkeitswerte des Fadens infolge einer Alterung bzw. ein Wickelschrumpf der gesponnenen Faser auf der Spule ist nicht zu beobachten.
Zugleich besitzt das erfindungsgemäße Verfahren eine Reihe weiterer Vorteile. Hierzu gehören unter anderem:
=> Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf einfache Art und Weise, großtechnisch und kostengünstig durchführbar. Insbesondere erlaubt das Verfahren das Spinnen und Aufspulen bei hohen Abzugsgeschwindigkeiten von mindestens 2200 m/min und die Herstellung hoher Fadengewichte auf dem Spulkörper von mehr als 4 kg.
==> Durch den Einsatz von Spinnadditiven können Abzugsgeschwindigkeiten von bis zu 6000 m/min erzielt werden. Hierdurch können die Anlagen besonders wirtschaftlich betrieben werden. => Die durch das Verfahren erhältlichen vororientierten Polyester-Filamente können somit auf einfache Art und Weise, großtechnisch und kostengünstig in einem Streck- bzw. einem Strecktexturierprozeß weiterverarbeitet werden. Dabei kann die Texturierung bei Geschwindigkeiten größer 450 m/min erfolgen.
=> Aufgrund der hohen Gleichmäßigkeit der durch das Verfahren erhältlichen vororientierten Polyester-Filamente ist es auf einfache Art und Weise möglich, einen guten Spulenaufbau einzustellen, der eine gleichmäßige und nahezu fehlerfreie Anfärbung und Weiterverarbeitung des vororientierten Polyester-Filaments erlaubt.
=> Die durch die Strecktexturierung erhältlichen Filamente weisen eine hohe Reißfestigkeit von mehr als 26 cN/tex und eine hohe Reißdehnung von mehr als 30 % für HE-Filamente bzw. mehr als 36 % für SET-Filamente auf.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung und zum Aufspulen von vororientierten Polyester-Filamenten, die zu mindestens 90 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Filaments aus Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polytrimethylenterephthalat (PTMT) bestehen. Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polytrimethylenterephthalat (PTMT) sind dem Faclimann bekannt. Polybutylenterephthalat (PBT) kann durch Polykondensation von Terephthalsäure mit äquimolaren Mengen an 1,4- Butandiol, Polytrimethylenterephthalat durch Polykondensation von Terephthalsäure mit äquimolaren Mengen an 1,3-Propandiol erhalten werden. Auch Mischungen der beiden Polyester sind denkbar. Erfindungsgemäß bevorzugt wird PTMT. Die Polyester können sowohl Homo- als auch Copolymere sein. Als Copolymere kommen insbesondere solche in Frage, die neben wiederkehrenden PTMT- und/oder PBT-Einheiten noch bis zu 15 Mol-% bezogen auf alle Wiederholungseinheiten der Polyester Wiederholungseinheiten üblicher Comonomere, wie z. B. Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,4- Cyclohexandimethanol, Polyethylenglykol, Isophthalsäure und/oder Adipinsäure, enthalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden jedoch Polyester- Homopolymere bevorzugt.
Die erfindungsgemäßen Polyester können übliche Mengen weiterer Zusatzstoffe als Beimischungen, wie Katalysatoren, Stabilisatoren, Antistatika, Antioxidantien, Flammschutzmittel, Farbstoffe, Farbstoffaufhahme- Modifikatoren, Lichtstabilisatoren, organische Phosphite, optische Aufheller und Mattierungsmittel enthalten. Vorzugsweise enthalten die Polyester 0 bis 5 Gew.-%> bezogen auf das Gesamtgewicht des Filaments an Zusatzstoffen.
Weiterhin können die Polyester auch einen geringen Anteil, vorzugsweise bis zu 0,5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Filamentes, an Verzweigerkomponenten, enthalten. Zu den erfindungsgemäß bevorzugten Verzweigerkomponenten gehören unter anderem polyfunktionelle Säuren, wie Trimellitsäure, Pyromellitsäure, oder tri- bis hexavalente Alkohole, wie Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Glycerin, oder entsprechende Hydroxysäuren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden dem PBT und/oder PTMT 0,05 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Filaments an Additiv-Polymeren als Dehnungserhöhungsmittel beigemischt. Erfindungsgemäß besonders geeignete Additivpolymere umfassen die nachfolgend genannten Polymere und/oder Copolymere: Ein Copolymer, welches folgende Monomereinheiten enthält:
A = Acrylsäure, Methacrylsäure oder CH2 = CR - COOR', wobei R ein H-Atom oder eine CH3-Grappe und R' ein CM5-Alkylrest oder ein C5.12-Cycloalkylrest oder ein C6.M-Arylrest ist,
B = Styrol oder C^-alkylsubstituierte Styrole,
wobei das Copolymer aus 60 bis 98 Gew.-% A und 2 bis 40 Gew.-%> B, vorzugsweise aus 83 bis 98 Gew.-% A und 2 bis 17 Gew.-% B, und besonders bevorzugt aus 90 bis 98 Gew. -%> A und 2 bis 10 Gew.-% B (Summe = 100 Gew.-%) besteht.
Ein Copolymer, welches folgende Monomereinheiten enthält:
C = Styrol oder C,.3-alkylsubstituierte Styrole,
D = eines oder mehrere Monomere der Formel I, II oder III
Figure imgf000012_0001
wobei R1, R2 und R3 jeweils ein H-Atom oder ein CM5-Alkylrest oder ein C6.14-Arylrest oder ein C 5.12-Cycloalkylrest sind,
wobei das Copolymer aus 15 bis 95 Gew.-% C und 2 bis 80 Gew.-% D, vorzugsweise aus 50 bis 90 Gew.-% C und 10 bis 50 Gew.-% D und besonders bevorzugt aus 70 bis 85 -% C und 15 bis 30 Gew.-% D besteht, wobei die Summe aus C und D zusammen 100 Gew.-% ergibt. Ein Copolymer, welches folgende Monomereinheiten enthält:
E = Acrylsäure, Methacrylsäure oder CH2 = CR - COOR', wobei R ein H-Atom oder eine CH3-Gruppe und R' ein C 5-Alkylrest oder ein C5„ι2Cycloalkylrest oder ein C6.14-Arylrest ist,
F = Styrol oder C^-alkylsubstitutierte Styrole,
G = eines oder mehrere Monomere der Formel I, II oder III
Figure imgf000013_0001
wobei R1, R2 und R3 jeweils ein H-Atom oder ein C 5-Alkylrest oder ein C5_ι2-Cycloalkylrest oder ein C6.14-Arylrest sind,
H = eines oder mehrerer etyhlenisch ungesättigter mit E und/oder mit F und/oder G copolymerisierbarer Monomerer aus der Gruppe, welche aus α-Methylstyrol, Vinylacetat, Acrylsäureestern, Methacrylsäureestern, die von E verschieden sind, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, halogensubstituierten Styrolen, Vinylethern, Isopropenylethern und Dienen besteht,
wobei das Copolymer aus 30 bis 99 Gew.-% E, 0 bis 50 Gew.-%> F, >0 bis 50 Gew.-%> G und 0 bis 50 Gew.-% H, vorzugsweise aus 45 bis 97 Gew.- % E, 0 bis 30 Gew.-% F, 3 bis 40 Gew.-% G und 0 bis 30 Gew.-% H und besonders bevorzugt aus 60 bis 94 Gew.-% E, 0 bis 20 Gew.-% F, 6 bis 30 Gew.-% G und 0 bis 20 Gew.-% H besteht, wobei die Summe aus E, F, G und H zusammen 100 Gew.-% ergibt.
Ein Polymer aus folgender Monomereinheit:
Figure imgf000014_0001
wobei RJund R2 Substituenten bestehend aus den optionalen Atomen C, H, O, S, P und Halogenatomen sind und die Summe des Molekulargewichts von R1 und R2 mindestens 40 beträgt. Beipielhafte Monomereinheiten umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure, und CH2 = CR - COOR', wobei R ein H-Atom oder eine CH3-Gruppe und R' ein C 5-Alkylrest oder ein C5.12-Cycloalkylrest oder ein C6.14-Aryhest ist, sowie Styrol und C^- alkylsubstituierte Styrole.
Einzelheiten zur Herstellung dieser Substanzen sind in der Patentschrift WO 99/07 927 beschrieben.
Im Rahmen der Erfindung werden Additiv-Polymere und/oder Copolymere in Form von Perlpolymerisaten besonders bevorzugt, deren Teilchengröße in einem besonders günstigen Bereich liegt. Vorzugsweise liegen die erfindungsgemäß durch beispielsweise Einmischen in die Schmelze der Faserpolymeren zu verwendenden Additiv-Polymere und/oder Copolymere in Form von Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 0,1 bis 1,0 mm vor. Es sind jedoch auch größere oder kleinere Perlen oder Granulate einsetzbar. Die Additiv-Polymere und/oder Copolymere können auch bereits in Chips des Matrixpolymers enthalten sein, so daß eine Zudosierung entfällt. Weiterhin werden Additiv-Polymere und/oder Copolymere bevorzugt, die amorph und in der Polyestermatrix unlöslich sind. Vorzugsweise besitzen sie eine Glasübergangstemperatur von 90 bis 200°C, wobei die Glasübergangstemperatur in bekannter Weise, vorzugsweise durch Differential-Scanning-Calorimetrie, bestimmt wird. Weitere Details können dem Stand der Technik, beispielsweise der Druckschrift WO 99/07927 entnommen werden, auf deren Offenbarung hiermit explizit Bezug genommen wird.
Bevorzugt wird das Additiv-Polymer und/oder Copolymer derart ausgewählt, daß das Verhältnis der Schmelzeviskositäten des Additiv-Polymers und/oder Copolymers und des Matrixpolymers 0,8:1 bis 10:1, vorzugsweise 1,5:1 bis 8:1 beträgt. Dabei wird die Schmelzeviskosität in bekannter Weise mittels Oszillations-Rheometer bei einer Oszillationsfrequenz von 2,4 Hz und einer Temperatur, die gleich der Schmelztemperatur des Matrixpolymeren plus 28°C ist, gemessen. Für PTMT liegt die Meßtemperatur für die Schmelzeviskosität bei 255°C. Weitere Einzelheiten können wiederum der Druckschrift WO 99/07927 entnommen werden. Die Schmelzeviskosität des Additiv-Polymers und/oder Copolymers ist vorzugsweise höher als die des Matrixpolymers, und es hat sich gezeigt, daß die Wahl eines spezifischen Viskositätsbereichs für das Additiv- Polymer und/oder Copolymer und die Wahl des Viskositätsverhältnisses zur Optimierung der Eigenschaften des erzeugten Fadens beiträgt. Bei einem optimierten Viskositätsverhältnis ist eine Minimierung der Menge des Zusatzes an Additiv-Polymer und/oder Copolymer möglich, wodurch unter anderem auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert wird. Die zu verspinnende Polymermischung enthält vorzugsweise 0,05 bis 2,5 Gew.-%>, besonders bevorzugt 0,25 bis 2,0 Gew.-% Additiv-Polymer und/oder Copolymer.
Durch die Wahl des günstigen Viskositätsverhältnisses erreicht man eine enge Verteilung der Teilchengrößen des Additiv-Polymers und/oder Copolymers in der Polymer-Matrix mit der gewünschten Fibrillenstruktur des Additiv-Polymers und/oder Copolymers im Faden. Die im Vergleich zum Matrixpolymer hohe Glasübergangstemperarur des Additiv-Polymers und/oder Copolymers stellt eine schnelle Verfestigung dieser Fibrillenstruktur im Spinnfaden sicher. Die maximalen Teilchengrößen des Additiv-Polymers und/oder Copolymers liegen dabei unmittelbar nach Austritt aus der Spinndüse bei etwa 1000 nm, während die mittlere Teilchengröße 400 nm oder weniger beträgt. Nach dem Spinnverzug des Fadens erreicht man die günstige Fibrillenstruktur, bei der die Fäden mindestens 60 Gew.-% des Additiv-Polymers und/oder Copolymers in Form von Fibrillen mit Längen im Bereich von 0,5 bis 20 μm und Durchmessern im Bereich von 0,01 bis 0,5 μm enthalten.
Die im Sinne der Erfindung einsetzbaren Polyester sind vorzugsweise thermoplastisch formbar und können zu Filamenten gesponnen und aufspult werden. Dabei sind solche Polyester besonders vorteilhaft, die eine Grenzviskositätszahl im Bereich von 0,70 dl/g bis 0,95 dl/g aufweisen.
Eine Polymerschmelze kann beispielsweise direkt aus dem Endreaktor einer Polykondensationsanlage entnommen werden oder aus festen Polymerchips in einem Aufschmelzextruder hergestellt werden,
Das Spiimadditiv kann in bekannter Weise unter anderem in schmelzflüssiger oder fester Form dem Matrixpolymer zudosiert, in diesem homogen verteilt und zu feinen Teilchen dispergiert werden. Vorteilhafererweise kann eine Vorrichtung gemäß DE 100 22 889 verwendet werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schmelze bzw. Schmelzemischung des Polyesters mittels Spinnpumpen bei konstanter Drehzahl, wobei die Drehzahl nach bekannter Rechenformel so eingestellt wird, daß der gewünschte Fadentiter erhalten wird, in Düsenpakete gepreßt und durch die Düsenlöcher der Düsenplatte des Paketes zu schmelzflüssigen Filamenten extrudiert. Die Schmelze kann beispielsweise in einem Extruder aus Polymerchips hergestellt werden, wobei es besonders günstig ist, die Chips vorher auf einen Wassergehalt < 30 ppm, insbesondere auf einen Wassergehalt < 15 ppm zu trocknen.
Die Temperatur der Schmelze, die gemeinhin als Spinntemperatur bezeichnet und vor der Spinnpumpe gemessen wird, hängt vom Schmelzpunkt des eingesetzten Polymers bzw. der eingesetzten Polymermischung ab. Sie liegt vorzugsweise in dem durch Formel 1 gegebenen Bereich:
Formel 1:
Tm + 15°C ≤ TSp < Tm + 45°C mit
Tm: Schmelzpunkt des Polyesters [°C]
TSp: Spinntemperatur [°C].
Die spezifizierten Parameter dienen der Beschränkung des hydrolytischen und/oder thermischen Viskositätsabbaus, der zweckmäßigerweise möglichst gering sein sollte. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein Viskositätsabbau um weniger als 0,12 dl/g, insbesondere um weniger als 0,08 dl/g, erstrebenswert.
Die Homogenität der Schmelze hat einen direkten Einfluß auf die Materialeigenschaften der gesponnenen Filamente. Vorzugsweise verwendet man daher einen statischen Mischer mit mindestens einem Element, der nach der Spinnpumpe installiert ist, zur Homogenisierung der Schmelze.
Die von der Spinntemperatur abhängige Temperatur der Düsenplatte wird durch deren sogenannte Begleitheizung geregelt. Als Begleitheizung kommen beispielsweise ein mit "Diphyl" beheizter Spinnbalken oder zusätzliche Konvektions- oder Strahlungsheizer in Frage. Üblicherweise liegt die Temperatur der Düsenplatten auf dem Niveau der Spinntemperatur. Eine Temperaturerhöhung an der Düsenplatte kann durch das Druckgefälle im Düsenpaket erreicht werden. Bekannte Ableitungen, wie beispielsweise K. Riggert "Fortschritte in der Herstellung von Polyester-Reifenkordgarn" Chemiefasern 21, Seite 379 (1971), beschreiben eine Temperaturerhöhung von etwa 4°C pro 100 bar Druckabfall.
Weiterhin ist es möglich, den Düsendruck durch den Einsatz loser Filtermedien, insbesondere von Stalilsand mit einer mittleren Körnung zwischen 0,10 mm und 1,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,12 mm und 0,75 mm und/oder Filterronden, die aus Metallgeweben oder -vliesen mit einer Feinheit < 40 μ hergestellt werden können, zu steuern.
Darüber hinaus trägt der Druckabfall im Düsenloch zum Gesamtdruck bei. Der Düsendruck wird vorzugsweise zwischen 80 bar und 450 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 250 bar eingestellt.
Der Spinnverzug iSp, d. h. der Quotient aus Abzugsgeschwindigkeit und Spritzgeschwindigkeit, wird gemäß US 5,250,245 über Formel 2 mit der Dichte des Polymers bzw. der Polymermischung, dem Düsenlochdurchmesser und dem Titer des Einzelfilaments berechnet:
Formel 2: iSp = 2,25«105«(δ»π)»D2(cm)/dpf(den) mit δ: Dichte der Schmelze [g/cm3]; für PTMT = 1,12 g/cm3
D: Düsenlochdurchmesser [cm] dpf: Titer des Einzelfilamentes [den] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt der Spinnverzug zwischen 70 und 500, vorzugsweise zwischen 100 und 250.
Das Längen-/Durchmesserverhältnis des Düsenlochs wird vorzugsweise zwischen 1,5 und 6 gewählt, insbesondere zwischen 1,5 und 4.
Die extrudierten Filamente durchlaufen eine Abkühlungsverzögerungszone. Direkt unterhalb des Düsenpaketes ist diese als Rücksprungzone ausgebildet, in der die aus den Düsenlöchern austretenden Filamente vor der direkten Einwirkung des Kühlgases bewahrt werden und in Verzug bzw. Abkühlung verzögert werden. Ein aktiver Teil des Rücksprungs ist als Versatz des Düsenpaketes in den Spinnbalken hinein ausgeführt, so daß die Filamente von beheizten Wandungen umgeben sind. Ein passiver Teil wird durch Isolierungsschichten und unbeheizte Rahmen gebildet. Die Längen des aktiven Rücksprungs liegen zwischen 0 bis 100 mm, die des passiven Teils zwischen 20 bis 120 mm, wobei eine Gesamtlänge von 30 - 200 mm, vorzugsweise 30 - 120 mm eingehalten wird.
Alternativ zu dem aktiven Rücksprung kann unterhalb des Spinnbalkens ein Nacherhitzer angebracht sein. Im Unterschied zum aktiven Rücksprung weist dann diese Zone mit zylindrischem oder rechteckigem Querschnitt mindestens eine vom Spinnbalken unabhängige Beheizung auf.
Bei radialen, den Faden konzentrisch umgebenden porösen Abkühlsystemen, kann die Abkühlungsverzögerung mit Hilfe zylinderförmiger Abdeckungen erreicht werden.
Anschließend werden die Filamente auf Temperaturen unterhalb ihrer Erstarrungstemperatur abgekühlt. Erfindungsgemäß bezeichnet die Erstarrungstemperatur die Temperatur, bei der die Schmelze in den festen Aggregatzustand übergeht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Filamente bis zu einer Temperatur abzukühlen, bei der sie im wesentlichen nicht mehr klebrig sind. Besonders vorteilhaft ist eine Abkühlung der Filamente auf Temperaturen unterhalb ihrer Kristallisationstemperatur, insbesondere auf Temperaturen, die unterhalb ihrer Glastemperatur liegen.
Mittel zur Abkühlung der Filamente sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Erfindungsgemäß besonders bewährt hat sich die Verwendung von Kühlgasen, insbesondere von gekühlter Luft. Die Kühlluft weist vorzugsweise eine Temperatur von 12°C bis 35°C, insbesondere 16°C bis 26°C auf. Die Geschwindigkeit der Kühlluft liegt vorteilhafterweise im Bereich von 0,20 m/sec bis 0,55 m/sec.
Zur Abkühlung der Filamente können beispielsweise Einzelfadensysteme verwendet werden, die aus einzelnen Kühlrohren mit perforierter Wandung bestehen. Durch aktive Kühlluftzufuhr oder auch durch Ausnutzung des Selbstansaugungseffekts von den Filamenten wird eine Abkühlung jedes einzelnen Filaments erzielt. Alternativ zu den Einzelrohren sind auch die bekannten Querstromanblasungssysteme einsetzbar.
Eine besondere Ausgestaltung des Abkühlungs- und Verzugsbereiches besteht darin, die aus der Verzögerungszone austretenden Filamente in einer Zone der Länge im Bereich von 10 bis 175 cm, vorzugsweise in einer Zone der Länge im Bereich von 10 - 80 cm Kühlluft zuzuführen. Dabei ist für Filamente mit einem Titer beim Aufspulen < 1,5 dtex per Filament eine Zonenlänge im Bereich von 10 - 40 cm und für Filamente mit einem Titer zwischen 1,5 und 9,0 dtex per Filament eine Zonenlänge im Bereich von 20 - 80 cm besonders geeignet. Daran anschließend werden die Filamente und die sie begleitende Luft durch einen querschnittsreduzierten Kanal gemeinsam geleitet, wobei durch die Kontrolle der Querschnittsverjüngung und der Dimensionierung in Fadenlaufrichtung ein Verhältnis der Luft- zur Fadengeschwindigkeit beim Abziehen von 0,2 bis 20 : 1, vorzugsweise 0,4 bis 5 : 1, eingestellt wird.
Nach der Abkühlung der Filamente auf Temperaturen unterhalb der Erstarrungstemperatur werden sie zu einem Faden gebündelt. Der erfmdungsgemäß geeignete Abstand der Bündelung von der Düsenunterseite kann durch dem Fachmann bekannte Methoden zur Online-Messung der Fadengeschwindigkeit und/oder Fadentemperatur, beispielsweise mit einem Laser-Doppler- Anemometer der Firma TSI/D oder einer Infrarot-Kamera des Herstellers Goratec/D Typ IRRIS 160, ermittelt werden. Er beträgt 500 bis 2500 mm, vorzugsweise 500 bis 1800 mm. Dabei werden Filamente mit einem Titer < 3,5 dtex vorzugsweise bei einem kleineren Abstand < 1500 mm, dickere Filamente vorzugsweise bei einem größeren Abstand gebündelt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es zweckmäßig, daß vorzugsweise alle Oberflächen, die mit dem gesponnenen Filament in Kontakt kommen, aus besonders reibungsarmen Materialien gefertigt sind. Auf diese Art und Weise kann eine Flusenbildung weitgehend vermieden werden, es werden hochwertigere Filamente erhalten. Als für diesen Zweck besonders geeignet haben sich reibungsarme Oberflächen der Spezifikation "TriboFÜ" von der Firma Ceramtec/D erwiesen.
Die Bündelung der Filamente erfolgt in einem Ölerstein, der dem Faden die gewünschte Menge an Spinnpräparation gleichmäßig zuführt. Ein besonders geeigneter Ölerstein ist gekennzeichnet durch einen Einlaufteil, den Fadenkanal mit Öleintrittsöffhung und den Auslaufteil. Der Einlaufteil ist trichterförmig erweitert, so daß eine Berührung durch die noch trockenen Filamente vermieden wird. Der Auftreffpunkt der Filamente erfolgt innerhalb des Fadenkanals nach dem Zufluß der Präparation. Fadenkanal und Öleintrittsöffhung werden in der Breite dem Fadentiter und der Filamentanzahl angepaßt. Besonders gut bewährt haben sich Öffnungen und Breiten im Bereich von 1,0 mm bis 4,0 mm. Der Auslaufteil des Ölers ist als Vergleichmäßigungsstrecke ausgebildet, die vorzugsweise Olreservoire aufweist. Derartige Öler können beispielsweise von der Firma Cermatec/D oder Goulston/USA bezogen werden.
Die Gleichmäßigkeit des Olauftrags kann erfindungsgemäß von großer Bedeutung sein. Sie kann beispielsweise mit einem Rossa-Meßgerät gemäß der in Chemiefasern Textilindustrie, 42./94, Nov. 1992 auf Seite 896 beschriebenen Methode bestimmt werden. Vorzugsweise werden bei einer derartigen Vorgehensweise Werte für die Standardabweichung des Olauftrags von weniger als 90 Digits, insbesondere von weniger als 60 Digits erhalten. Erfmdungsgemäß besonders bevorzugt werden Werte für die Standardabweichung des Olauftrags von weniger als 45 Digits, insbesondere von weniger als 30 Digits. Dabei entspricht ein Wert für die Standardabweichung von 90 Digits bzw. 45 Digits ungefähr 6,2% bzw. 3,1 % des Variationskoeffizienten.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, Leitungen und Pumpen zur Vermeidung von Gasblasen selbstentgasend auszulegen, da diese zu einer erheblichen Ölauftragsschwankung führen können.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist ein Entangling vor dem Aufspulen des Fadens. Dabei haben sich Düsen mit geschlossenen Garnkanälen als besonders geeignet erwiesen, da in solchen Systemen Verhakungen des Fadens im Einlegeschlitz auch bei niedriger Fadenspannung und hohem Luftdruck vermieden werden. Die Entanglingdüsen werden vorzugsweise zwischen Galetten angeordnet, wobei die Austrittsfadenspannung mittels unterschiedlicher Geschwindigkeit der Einlauf- und Auslauf-Galette geregelt wird. Sie sollte 0,20 cN/dtex nicht überschreiten und vorrangig Werte zwischen 0,05 cN/dtex und 0,15 cN/dtex aufweisen. Der Luftdruck der Entanglingluft liegt dabei zwischen 0,5 und 5,5 bar, bei Aufspulgeschwindigkeiten bis 3500 m/min bei maximal 3,0 bar. Vorzugsweise werden Knotenzahlen von mindestens 10 n/m eingestellt. Dabei sind maximale Öffnungslängen kleiner 100 cm und Werte für den Variationskoeffizienten der Knotenzahl unterhalb von 100 %» von besonderem Interesse. Vorteilhafterweise werden bei Anwendung von Luftdrücken über 1,0 bar Rnotenzahlen > 15 n/m erreicht, die durch eine hohe Gleichmäßigkeit gekennzeichnet sind, wobei der Variationskoeffizient kleiner gleich 70 % ist und die maximale Öffhungslänge 50 cm beträgt. In der Praxis haben sich Systeme vom Typ LD der Firma Temco/D, das Doppelsystem der Firma Slack & Parr/ USA, oder Düsen des Typs Polyjet der Firma Heberlein als besonders geeignet erwiesen.
Die Umfangsgeschwindigkeit der ersten Galetteneinheit wird als Abzugsgeschwindigkeit bezeichnet. Weitere Galettensysteme können angewendet werden, bevor der Faden im Wickleraggregat zu Wickelkörpern (Spulen) auf Hülsen aufgewickelt wird.
Stabile, fehlerfreie Fadenwickelkörper sind eine Grundvoraussetzung für fehlerfreies Abziehen des Fadens und für eine möglichst fehlerfreie Weiterverarbeitung. Daher wird im Rahmen des vorliegenden Verfahrens eine Aufspulspannung im Bereich von 0,025 cN/dtex - 0,15 cN/dtex, vorzugsweise im Bereich von 0,03 cN/dtex - 0,08 cN/dtex verwendet.
Ein wichtiger Parameter des erfindunsgemäßen Verfahrens ist die Einstellung der Fadenspannung vor und zwischen den Abzugsgaletten. Bekannterweise setzt sich diese Spannung im wesentlichen aus der eigentlichen Orientierungsspannung nach Hamana, der Reibungsspannung an den Fadenführern und dem Öler und der Faden-Luft-Reibungsspannung zusammen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt die Fadenspannung vor und zwischen den Abzugsgaletten im Bereich von 0,05 cN/dtex bis 0,20 cN/dtex, vorzugsweise zwischen 0,08 cN/dtex und 0,15 cN/dtex. Eine zu niedrige Spannung unterhalb von 0,05 cN/dtex ergibt nicht mehr den gewünschten Vororientierungsgrad. Überschreitet die Spannung 0,20 cN/dtex, so löst diese Spannung beim Aufspulen und Lagern der Spulen einen Memoryeffekt aus, der zur Verschlechterung der Fadenkenndaten führt.
Erfindungsgemäß wird die Spannung durch den Ölerabstand von der Düse, die Reibungsoberflächen und die Länge der Strecke zwischen Öler und Abzugsgalette geregelt. Diese Streckenlänge beträgt vorteilhafterweise nicht mehr als 6,0 m, vorzugsweise weniger als 2,0 m, wobei die Spinnerei und die Abzugsmaschine durch Parallelbauweise derart angeordnet sind, daß ein gerader Fadenlauf gewährleistet ist.
Durch die geometrischen Parameter wird auch die Konditionierzeit des Fadens zwischen Bündelungspunkt und Aufspulung beschrieben. Die schnell ablaufende Relaxation während dieser Zeit beeinflußt die Güte des Spulenaufbaus. Vorzugsweise wird die derart definierte Konditionierzeit zwischen 50 und 200 ms gewählt.
Die Aufspulgeschwindigkeit des POYs liegt erfindungsgemäß zwischen 2200 m/min und 6000 m/min. Vorzugsweise wird eine Geschwindigkeit zwischen 2500 m/min und 6000 m/min gewählt. Besonders bevorzugt werden die Polymermischungen bei Geschwindigkeiten im Bereich von 3500 m/min bis 6000 m/min aufgespult.
Vorteilhafterweise wird während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Umgebung des Fadenwickels eine Temperatur < 45°C, insbesondere zwischen 12 und 35°C, und eine relative Feuchte von 40 - 85 % eingestellt. Weiterhin ist es zweckmäßig die POY-Spulen mindestens 4 Stunden bei 12 bis 35°C und einer relativen Feuchte von 40-85%o vor der Weiterverarbeitung zu lagern. Das erfindungsgemäße Filament weist nach 4 Wochen Lagerung bei Normalbedingungen a) eine Reißdehnung zwischen 90 und 165 %, vorzugsweise zwischen 90 und 135 % b) einen Kochschrumpf von mindestens 30 %, vorzugsweise > 40%, c) einen Normal-Uster unterhalb von 1,1 %>, vorzugsweise kleiner 0,9 %, d) eine Doppelbrechung zwischen 0,030 und 0,058, e) eine Dichte kleiner 1,35 g/cm3, vorzugsweise kleiner 1,33 g/cm3, f) einen Variationskoeffizienten der Reißlast < 4,5 %, vorzugsweise < 2,5 % und g) einen Variationskoeffizienten der Reißdehnung < 4,5 %>, vorzugsweise < 2,5 % auf.
Dabei ist der Begriff "Normalbedingungen" dem Fachmann bekamit und über die Norm DIN 53802 definiert. Unter "Normalbedingungen" gemäß DIN 53802 beträgt die Temperatur 20 ± 2°C und die relative Feuchte 65 + 2 %.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus besonders vorteilhaft, daß der Kochschrumpf direkt nach dem Aufspulen gemessen zwischen 50 und 65%o liegt und nach 4 Wochen Lagerung bei Normalbedingungen mindestens 30 %>, vorzugsweise > 40 % beträgt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß derart hergestellte POY-Spulen sich hervorragend weiterverarbeiten lassen.
Verfahren zur Bestimmung der angegebenen Materialkenngrößen sind dem Fachmann bestens bekannt. Sie können der Fachliteratur entnommen werden. Obwohl die meisten Parameter auf unterschiedliche Art und Weise ermittelt werden können haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung die nachfolgenden Methoden zur Bestimmung der Filament-Kenngrößen als besonders zweckmäßig erwiesen: Die intrinsische Viskosität wird im Kapillarviskosimeter der Firma Ubbelohde bei 25°C gemessen und nach bekannter Formel berechnet. Als Lösungsmittel wird ein Gemisch aus Phenol/ 1,2-Dichlorbenzol im Gewichtsverhältnis 3:2 verwendet. Die Konzentration der Lösung beträgt 0,5 g Polyester auf 100 ml Lösung.
Zur Ermittlung des Schmelzpunktes, der Kristallisations- und der Glastemperatur wird ein Kalorimeter-DSC-Gerät der Firma Mettler verwendet. Dabei wird die Probe zunächst bis 280°C erwärmt und aufgeschmolzen und danach abgeschreckt. Die DSC-Messung erfolgt im Bereich von 20°C bis 280°C mit einer Heizrate von 10 K/min. Die Temperaturgrößen werden durch den Prozessor ermittelt.
Die Bestimmung der Dichte von Filamenten erfolgt in einer Dichte-Gradienten- Säule bei einer Temperatur von 23 + 0,1 °C. Als Reagenz werden n-Heptan (C7H16) und Tetrachlormethan (CC14) verwendet. Das Ergebnis der Dichtemessung kann zur Berechnung des Kristallinitätsgrades verwendet werden, in dem man die Dichte des amorphen Polyesters Da und die Dichte des kristallinen Polyesters Dk zugrunde legt. Die entsprechende Berechnung ist literaturbekannt, beispielsweise gilt für PTMT Da = 1,295 g/cm3 und Dk = 1,429 g/cm3.
Der Titer wird mit einer Präzisionsweife und einer Wägeeinrichtung in bekannter Weise ermittelt. Dabei beträgt die Vorspannung zweckmäßigerweise für vororientierte Filamente (POYs) 0,05 cN/dtex und für texturiertes Garn (DTY) 0,2 cN/dtex.
Die Reißfestigkeit und die Reißdehnung werden in einem Statimat-Meßgerät bei folgenden Bedingungen ermittelt; die Einspannlänge beträgt 200 mm für POY bzw. 500 mm für DTY, die Meßgeschwindigkeit beträgt 2000 mm/min für POY bzw. 1500 mm/min für DTY, die Vorspannung beträgt 0,05 cN/dtex für POY bzw. 0,2 cN/dtex für DTY. Durch Division der Werte für die maximale Reißlast durch den Titer wird die Reißfestigkeit bestimmt, und die Reißdehnung wird bei maximaler Last ausgewertet. Zur Bestimmung des Kochschrumpfes werden Stränge von Filamenten spannungslos in Wasser bei 95 + 1°C für 10 ± 1 min behandelt. Die Stränge werden mittels einer Weife mit einer Vorspannung von 0,05 cN/dtex für POY bzw. 0,2 cN/dtex für DTY hergestellt; die Längenmessung der Stränge vor und nach der Temperaturbehandlung erfolgt bei 0,2 cN/dtex. Aus dem Längenunterschied wird in bekannter Weise der Kochschrumpf berechnet.
Die Ermittlung der Doppelbrechung erfolgt gemäß der in DE 19,519,898 beschriebenen Vorgehensweise. Daher wird in diesem Zusammenhang explizit auf die Offenbarung von DE 19,519,898 bezug genommen.
Die Kräuselkennwerte der texturierten Filamente werden nach DIN 53840, Teil 1 mit dem Texturmaten der Firma Stein/D bei 120°C Entwicklungstemperatur gemessen.
Die Normal-Usterwerte werden mit dem Uster-Tester 4-CX ermittelt und als Uster-%o-Werte angegeben. Dabei beträgt bei einer Prüfgeschwindigkeit von 100 m/min die Prüfzeit 2,5 min.
Das erfindungsgemäße POY kann auf einfache Art und Weise weiterverarbeitet, insbesondere strecktexturiert werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt die Strecktexturierung vorzugsweise bei einer Texturiergeschwmdigkeit von mindestens 500 m/min, besonders bevorzugt bei einer Texturiergeschwmdigkeit von mindestens 700 m/min. Das Verstreckverhältnis ist vorzugsweise mindestens 1:1,35, insbesondere mindestens 1:1,40. Dabei hat sich die Strecktexturierung auf einer Maschine vom Hochtemperatur-Heizer-Typ, wie beispielsweise die AFK der Firma Barmag, als besonders zweckmäßig erwiesen.
Die derart hergestellten bauschigen Filamente weisen eine geringe Anzahl an Flusen und nach dem Anfärben unter Kochbedingungen mit einem Dispersionfarbstoff ohne Carrier eine exzellente Farbtiefe und Farbgleichmäßigkeit auf.
Erfindungsgemäß hergestellte bauschige SET-Filamente besitzen vorzugsweise eine Reißfestigkeit von mehr als 26 cN/tex und eine Reißdehnung von mehr als 36%>. Bei bauschigen HE-Filamenten, die ohne Temperaturanwendung in einem zweiten Heizer erhältlich sind, beträgt die Reißfestigkeit vorzugsweise mehr als 26 cN/tex und die Reißdehnung mehr als 30 %>.
Das Bausch- und Elastizitätsverhalten der erfindungsgemäßen Filamente ist hervorragend.
Nachfolgend wird die Erfindung durch Beispiele eingehender erläutert, ohne daß die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt werden soll.
Beispiele 1 bis 3
Spinnen und Aufspulen
PTMT-Chips mit einer intrinsischen Viskosität von 0,93 dl/g, einer Schmelzeviskosität von 325 Pa s (gemessen bei 2,4 Hz und 255°C), einem Schmelzpunkt von 227°C, einer Kristallisationstemperatur von 72°C und einer Glasübergangstemperatur von 45°C wurden bei einer Temperatur von 130°C in einem Taumeltrockner auf einen Wassergehalt von 11 ppm getrocknet.
Die Chips wurden in einem 3E4-Extruder der Firma Barmag aufgeschmolzen, so daß die Temperatur der Schmelze 255°C betrug. Dieser Schmelze wurden verschiedene Mengen an Polymethylmethacrylat des Handelstyps Plexiglas 7N der Firma Röhm GmbH / D als Dehnungserhöhungsadditiv hinzugefügt, welches zuvor auf eine Restfeuchte von weniger als 0,1 %> getrocknet wurde. Das Additiv-Polymer wurde hierzu mittels eines Aufschmelzextruders aufgeschmolzen und mit einer Zahnraddosierpumpe der Einspeiseeinrichtung zugeführt und dort durch eine Injektionsdüse in Flußrichtung der Polyesterkomponente zugeführt. In einem statischen Mischer der Fa. Sulzer, Typ SMX mit 15 Elementen und einem Innendurchmesser von 15 mm wurden beide Schmelzen homogen miteinander vermischt und fein dispergiert.
Die Schmelzeviskosität vom Typ Plexiglas 7N betrug 810 Pa s (2,4 Hz, 255°C), womit das Verhältnis aus Additiv- und Polyesterschmelzeviskosität 2,5 : 1 betrag.
Die transportierte Schmelzemenge betrug 63 g/min bei einer Verweilzeit von 6 min, die von der Spinnpumpe dem Düsenpaket zudosierte Menge wurde derart eingestellt, daß der POY-Titer etwa 102 dtex betrug. Es wurden verschiedene Aufspulgeschwindigkeiten eingestellt. Nach der Spinnpumpe vor Eintritt in das Düsenpaket war ein Element statischer Mischer, Typ HD-CSE mit 10 mm Innendurchmesser der Firma Fluitec installiert. Die Begleitheizungen von Produktleitung und Spinnblock, der die Pumpe und das Düsenpaket enthielt, waren auf 255 °C eingestellt. Das Düsenpaket enthielt als Filtermedien Stahlsand der Körnung 350-500 μm mit einer Höhe von 30 mm sowie einen 20 μm Vlies- und einen 40 μm Gewebefilter. Die Schmelze wurde durch eine Düsenplatte von 80 mm Durchmesser und 34 Löchern mit einem Durchmesser von 0,25 mm und einer Länge von 1,0 mm extrudiert. Der Düsendruck betrug etwa 120-140 bar.
Die Abkühlungsverzögerungszone hatte eine Länge von 100 mm, wobei 30 mm beheizte Wandung und 70 mm Isolation und unbeheizter Rahmen waren. Die Schmelzefäden wurden daran anschließend in einem Blasschacht mit Querstromanblasung einer Blaslänge von 1500 mm abgekühlt. Die Kühlluft hatte eine Geschwindigkeit von 0,35 m/sec, eine Temperatur von 18°C und eine relative Feuchte von 80%>. Der Erstarrungspunkt der Filamente lag in einem Abstand von etwa 800 mm unterhalb der Spinndüse. Mit Hilfe eines Fadenölers in einem Abstand von 1050 mm von der Düse wurden die Fäden mit Spinnpräparation versehen und gebündelt. Der Öler war mit einer TriboFil-Oberfläche ausgeführt und hatte eine Zulauföffnung von 1 mm Durchmesser. Die aufgetragene Präparationsmenge betrag 0,40 % bezogen auf das Fadengewicht.
Der gebündelte Faden wurde dann der Aufspulmaschine zugeführt. Der Abstand zwischen Öler und erster Abzugsgalette betrag 3,2 m. Die Konditionierzeit lag zwischen 105 und 140 ms. Ein Galettenpaar wurde vom Faden S-förmig umschlungen. Zwischen den Galetten war eine Temco-Entanglingdüse installiert, die mit einem Luftdruck von 1,5 bar betrieben wurde. Entsprechend der Geschwindigkeitseinstellung wurde die Aufspulgeschwindigkeit des Wicklers vom Typ SW6 der Firma Barmag derart eingestellt, daß die Aufspulfadenspannung 5 cN betrug. Das Raumklima war auf 24°C bei 60 % relative Luftfeuchtigkeit eingestellt, so daß sich in der Umgebung des Fadenwickels eine Temperatur von etwa 34°C einstellte.
Für alle Additiv-Zugabemengen wurde eine signifikante Erhöhung der Produktivität erzielt. Es wurden 10 kg-Spulen hergestellt, die sich problemlos vom Spuldorn abnehmen ließen. Die POY-Garne zeichnen sich durch eine gute zeitliche Konstanz der Garneigenschaften über die Lagerzeit von 4 Wochen bei Normalklima gemäß DIN 53802 aus. Der Kochschrumpf -wurde direkt nach dem Spimien und Aufspulen im Bereich von 51-54%o ermittelt. Die Texturierbarkeit und die erzielte Anfärbegleichmäßigkeit waren hervorragend. Das anzuwendende Verstreckungsverhältnis war überraschend hoch für die angewendeten POY- Geschwindigkeiten.
Die weiteren Parameter und Kenndaten sind in den Tabellen 1 bis 4 zusammengestellt. Tabelle 1: Versuchsparameter
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1 : absolut
2 : bezogen auf den Titer
Tabelle 2: Materialeigenschaften der vororientierten PTMT-Filamente1
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CN: Nariationskoeffizient
1 : nach 4 Wochen Lagerung bei Νormalbedingungen gemessen Strecktexturierung
Die PTMT-Filament-Spulen wurden vier Wochen in Normal-Klima gemäß DIN 53802 gelagert und dann einer Strecktexturiermaschine der Firma Barmag, Typ FK6-S-900, vorgelegt. Die Nersuchsparameter der Strecktexturierung zur Herstellung sogenannter SET-Filamente sind in Tabelle 3, die Materialeigenschaften der resultierenden bauschigen SET-Filamente sind in Tabelle 4 zusammengefaßt.
Die Texturierfehler wurden mittels UΝITEΝS der Fima Barmag erfaßt bei folgenden Grenzwerteinstellungen: UP/LP = 3,0 cΝ, UM/LM = 6,0 cΝ.
Tabelle 3: Nersuchsparameter der Strecktexturierung
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F -CN: Variationskoeffizient von F
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Claims

Patentansprüche:
1. Nerfahren zur Herstellung und zum Aufspulen von vororientierten Polyester-Filamenten, die zu mindestens 90 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyester-Filaments aus Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polytrimethylenterephthalat (PTMT), vorzugsweise aus PTMT bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Spinnverzug im Bereich 70 bis 500 eingestellt wird, b) die Filamente direkt nach Austritt aus der Spinndüse eine Abkühlungsverzögerungszone von 30 mm bis 200 mm Länge durchlaufen, c) die Filamente unter die Erstarrangstemperatur abgekühlt werden, d) die Filamente in einem Abstand zwischen 500 mm und 2500 mm von der Düsenunterseite gebündelt werden, e) die Fadenspannung vor und zwischen den Abzugsgaletten zwischen 0,05 cΝ/dtex bis 0,20 cΝ/dtex eingestellt wird, f) der Faden mit einer Fadenspannung zwischen 0,025 cΝ/dtex bis 0,15 cΝ/dtex aufgespult wird, g) die Aufspulgeschwindigkeit zwischen 2200 m/min und 6000 m/min eingestellt wird h) und ein Polyester eingesetzt wird, welchem 0,05 Gew.-%> bis 2,5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Filaments an Additiv-Polymer als Dehnungserhöhungsmittel beigemischt sind.
2. Nerfahren gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß PBT und/oder PTMT mit einer Grenzviskositätszahl im Bereich von 0,7 dl/g bis 0,95 dl/g eingesetzt werden.
3. Nerfahren gemäß Ansprach 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufspulen in der Umgebung des Fadenwickels eine Temperatur < 45°C eingestellt wird
4. Verfahren gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die POY-Spulen mindestens 4 Stunden bei 12-35°C und 40-85 %> relativer Feuchte vor der Weiterverarbeitung lagert.
5. Verfaliren gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufspulgeschwindigkeit zwischen 2500 m/min und 6000 m/min einstellt.
6. Vororientierte Polyester-Filamente erhältlich durch ein Verfahren gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es nach 4 Wochen Lagerang bei Normalbedingungen gemäß DIN 53802 a) eine Reißdehnung zwischen 90 % und 165 %, b) einen Kochschrumpf von mindestens 30 %, c) einen Normal-Uster unterhalb von 1 , 1 %, d) eine Doppelbrechung zwischen 0,030 und 0,058, e) eine Dichte kleiner 1,35 g/cm3, vorzugsweise kleiner 1,33 g/cm3 f) einen Variationskoeffizienten der Reißlast < 4,5 % und g) einen Variationskoeffizienten der Reißdehnung < 4,5 %> aufweist.
7. Verfahren zur Herstellung von bauschigen Polyester-Filamenten, dadurch gekennzeichnet, daß man Filamente gemäß Ansprach 6 in einer Strecktexturiermaschine bei einer Geschwindigkeit von mindestens 500 m/min und einem Verstreckverhältnis von mindestens 1:1,35 zu einem bauschigen Faden verarbeitet.
8. Bauschige Polyester-SET-Filamente erhältlich durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß deren Reißfestigkeit mehr als 26 cN/tex und die Reißdehnung mehr als 36% beträgt. Bauschige Polyester-HE-Filamente erhältlich durch ein Verfahren gemäß Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß deren Reißfestigkeit mehr als 26 cN/tex und die Reißdehnung mehr als 30 % beträgt.
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