DE1435467A1

DE1435467A1 - Verfahren zum Verstrecken von Faeden aus synthetischen,linearen Polyestern

Info

Publication number: DE1435467A1
Application number: DE19641435467
Authority: DE
Inventors: Bauer Dr Guenther; Jacob Dr Ingolf
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1964-12-31
Filing date: 1964-12-31
Publication date: 1968-11-21
Also published as: US3551550A; CH435536A; FR1463265A; AT272500B; BE674629A; GB1102630A; NL6516961A

Description

FARBTiERKE HOECHST AG» vormals Meister Lucius & Brüning Aktenzeichen·: P 14 35 467.7 - Fw 4653

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Verfahren zum Verstrecken von Fäden aus synthetischen, linearen Polyestern

Zur Verstreckung synthetischer Fädenjsirid bereits eine Vielzahl von Verfahren bekannt geworden. Üblicherweise erfolgt die Verstreckung der Fäden zwischen Walzen oder Walzenpaaren, deren ümfariggeschwindigkeit im Verhältnis der gewünschten Verstreckung differiert. Dabei können die Fäden sowohl kalt verstreckt als auch vor oder während der Verstreckung auf erhöhte Temperaturen erwärmt wurden. Die Erwär- " mung der Fäden kann wiederum auf verschiedene Weise erfolgen. So kann z.B. die Erwärmung von Fäden aus Polyestern in einem heißen Gasstrom oder auf feststehenden Heizkörpern oder auf erwärmten Walzen erfolgen. Die gleichmäßige Erwärmung der zu verstreckenden Fäden ist zur Erzielung einer guten Fadenqualität wesentlich, besonders dann, wenn bei einem rasch ablaufenden Streckprozeß Spulgeschwindigkeiten von über 1000 m/min auftreten. Außer der gleichmäßigen Erwärmung setzt eine gute Fadenqualität ferner eine schonende Behandlung des Fadens während des gesamten Verstreckprozesses voraus.

Erfolgt die Erwärmung des unverstreckten Fadens auf einem j

feststehenden Heizstift, so ist dessen Durchmesser maßgebend für die Qualität des fertigen Fadens, Wählt man nämlich einen kleinen Durchmesser, so sind nicht alle Einzelkapillaren des Fadens bei Beginn der Verstreckung hinreichend durchwärmt, was zu dem Auftreten kurzer unverstreckter Teilstücke der Einzelkapillaren und damit ungleichmäßiger Verstreclcung des Fadens führt. Wählt man dagegen einen zu großen Durchmesser, so setzt ein Wandern der Verstreckzone auf dem Heizstift ein, wodurch" starke Schwankungen der Streckspannung und damit ungleichmäßige Verstreckung des Fadens hervorgerufen werden. Ungleichmäßig verstreckte Fäden zeigen jedoch eine starke Ungleichmäßigkeit der Anfärbbarkeit, wodurch der Gebrauchswert der Fäden stark vermindert xirird.

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Es ist auch, schon vorgeschlagen worden, den Faden durch mehrmaliges Umschlingen eines geheizten Flachkörpers zu erwärmen und ihn im Anschluß daran auf einem feststehenden, dünnen, beheizten Stift zu verstrecken. Dadurch wird das Wandern der Verstreckzone verhindert und es entsteht eine gleichmäßig anfärbbare Ware. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß durch das Umschlingen des dünnen Stiftes häufig Kapillarbrüche der Fäden entstehen.

Zur schonenden Erwärmung des unverstreckten Fadens können auch angetriebene geheizte Galetten in Kombination mit Verlegestiften oder -rollen verwendet werden. Die Galetten werden dabei vom Faden im allgemeinen so oft umschlungen, wie es zur. Vermeidung des Rutschens des Fadens auf den Galetten erforderlich ist. Bei diesel·' Anordnung lassen sich jedoch nur unwirtschaftlich niedrige Streckgeschwindigkeiten erzielen, will man nicht erhebliche Änderungen der Streckspannung· mit den schon erwähnten Nachteilen in Kauf nehmen.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß die vorstehend geschilderten Wachteile vermieden und gleichmäßig verstreckte Fäden aus synthetischen, linearen Polyestern, insbesondere Polyäthylen·=· terephthalat, wobei die Fäden vor dem Verstrecken während einer Zeitdauer von 1 bis 5 Sekunden in nahezu spannungslosem Zustand auf Temperaturen zwischen 80 und 150 C erwärmt werden, erhalten werden können, wenn die unverstreckten Fäden auf oder zwischen Galetten erwärmt werden, deren Durchmesser in Richtung der steigenden Zahl der Fadenuras chlingung um 0,5 - 5/"> vorzugsweise 2 /ü, zunehmen, wobei praktisch keine Änderung des Kristallinitäfcs- und Orientierungsgrads der Fäden eintx'itt. Nach dera erfindungsgemäßen Verfahren wez'den die Polyesterf äderi vor ihrer Vers treckung während 1-5 Sekunden auf eine Temperatur zwischen 80 und .150 C, d.h. über ihren Umwandlungspunkt zweiter Ordnung erwärmte Durch diese starke Erwärmung der Fäden über ihre Einfx"-iertemperatur längen sich die Fäden aufgrund der bekannten Zunahme des thermischen Ausdehnungskoeffizienten oberhalb der Einfriex-teraperatur (Holzmöller und Altenburg, "Physik der Kunststoffe"_s Akademie Verlag Berlin, 196 I, Seite Jl 5^·^: Die Erwärmung der Fäden erfolgt auf oder

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zwischen einem Paar Galetten oder Rollen, von denen mindestens eine angetrieben ist, und die von den Fäden mehrfach umschlungen werden. Zur Erwärmung der Fäden können dabei entweder die Galetten beheizt sein oder es kann zwischen den Galetten oder Rollen ein Heizkörper angeordnet sein.

Durch die konische Ausbildung der verwendeten Galetten, d.h. die Zunahme des Durchmessers dieser Galetten in Richtung der zunehmenden Umschiingungszahl des Fadens, wird die Längenänderung des Fadens ausgeglichen, d.h. der länger gewordene Faden umschlingt eine Galette, deren Durchmesser höher ist als an der Stelle der vorhergehenden Umschlingung, wodurch ein Rutschen des Fadens auf der Galette vermieden wird. Galetten, die diese Bedingung erfüllen, können ganz oder auch teilweise konisch sein oder aber auch stufenweise zunehmenden Durchmesser aufweisen. Die Zunahme des Durchmessers richtet sich nach der Fadentemperatur und der damit einhergehenden Verlängung des Fadens. Die Zunahme soll größer als 0,5 $ über die gesamte Galettenlänge sein und vorzugsweise ca. 2 $ betragen. Höhere Durchmesserzunahmen als 5 f⁰ sind bei den an Polyesterfäden zu beobachtenden Verlängungen in dem beanspruchten Temperaturbereich nicht notwendig.

Es war durchaus überraschend, daß sich durch die Erwärmung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Eigenschaften der unverstreckten Fäden ändern. Die Ände-rung äußert sich derart, daß es nach dieser Behandlung möglich ist, im Gegensatz zu der bisher bekannten Arbeitsweise, die Fäden weniger als auf das 3ü5-fache, z.B. auf das 2-fache ihrer ursprünglichen Länge gleichmäßig zu verstrecken. Außerdem vergleichmäßigt sich die Verstreckspannung, so daß auch bei hoher Streckgeschwindigkeit Fäden erhalten werden, die eine hohe Gleichmäßigkeit ihrer Anfärbbarkeit erkennen lassen*

Betrachtet man die Kapillaren eines unbehandelten Fadens unter dem Polarisationsmikroskop mit Hilfe eines Kompensators nach Berek, so findet man an zahlreichen Kapillaren asymmetrisch verzerrte Isochromaten. Betrachtet man die gleichen Kapillaren, nachdem sie, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, vor der Verstreckung er,wäriüt wurden, so findet man nur noch symmetrische Isochromaten.

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Durch die Vorwärmung gemäß dem Verfahren der Erfindung tritt daher eine Vergleichmäßigung und Verbesserung der Steckwilligkeit des unverstreckten Fadens ein. Diese Tatsache wird noch durch folgende Eigenschaften des Fadens verdeutlicht: Verknotet man einen nach einem der bisher üblichen Verfahren erhaltenen Spinnfaden mit einem entsprechend der Erfindung vorbehandelten, unverstreckten Faden gleichen Titers und spannt beide Fäden im kalten Zustand, so schnürt sich stets zuerst der zuletzt genannte Faden zur Kaltverstreckung ein.

¥enn auch der Polyesterfaden durch die Erwärmung gemäß dem Verfahren der Erfindung eine Verbesserung seiner Verstreckeigenschaften erfährt, so tritt dabei weder eine nennenswerte Änderung seines Kristallinitätsgrades noch seines Orientierungsgrades ein.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Verstreckung von Polyäthylenterephthalatfäden, als den technisch am bedeutungsvollsten, angewendet, doch kann nach diesem Verfahren auch die Verstreckung von Fäden aus Polyestern der Terephthalsäure mit 1,4-Dimethylol-cyclohexan oddr aus Mischpolyestern der Terephthalsäure und Isophthalsäure oder anderen Mischpolyestern erfolgen.

Die jeweils zweckmäßige Temperatur und Verweilzeit während der Vorwärmung hängt ab von dem Verwendungszweck des fertigen Fadens. So hat sich beispielsweise als zweckmäßig erwiesen, hochfeste Fäden· aus Polyäthylenterephthalat bei Temperaturen zwischen 80 und 95°C zu verstrecken, also nur etwa 10 bis 20 C über ihre Einfriertemperatur, während Fäden mit hoher Bruchdehnung dagegen bevorzugt bei Temperaturen zwischen 110 und I30 C verstreckt werden.

Für Fäden, die für textile Zwecke verwendet werden sollen und eine spezifische Festigkeit von etwa 4-5 g/de'n aufweisen sollen, verbunden mit einer Bruchdehnung bis zu 30 $ und einem Thermoschrumpf bei 200 C von ca. 18 % haben sich Temperaturen von II5 - 135°C als geeignet erwiesen. Der so verstreckte Faden weist bereits einen "so hohen Kristallinitätsgrad auf, daß er für viele Anwendungszwecke ohne weitere Fixierung verwendet werden kann. Der letztere Vorteil ist wesentlich beim Aufspulen von Fäden mit hoher Geschwindigkeit, da eine mit hoher Drehzahl rotierende beheizte Galette, wie sie zum

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Fixieren dient, sehr schwierig auf konstante Temperaturen zu halten ist'. Diese Schwierigkeit wird überwunden durch die Vorwärmung und Verstreckung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, nach welchem der Faden bei der verhältnismäßig langsamen Einlaufgeschwindigkeit erwärmt wii'd und die ein Beheizen der anschließenden Abzugsvorrichtung; zum Zwecke der Fixierung überflüssig macht.

Außerdem hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß beim Abzug des erwärmten Fadens von den Walzen zum Zwecke der Verstreckung auf einen besonderen dünnen Stift zur Fixierung des Verstreckpunktes, durch den häufig Kapillarbrüche eintreten, verzichtet werden kann, da die Verstreckung auch ohne Verwendung des Stiftes gleichmäßig erfolgt.

Außerdem kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Erwärmung und Verstreckung des Fadens mit so großen Geschwindigkeiten erfolgen, daß der Faden unmittelbar nach dem Verspinnen auf Verstrecktemperatur erwärmt verstreckt werden kann, ohne ihn vorher noch einmal aufzuspulen. DLo endgültige Aufspulung des verstreckten Fadens kann dabei mit Spulgeschwindigkeiten zwischen 1000 und '»000 m/min erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Figur 1 stellt eine Seitenansicht, Figur 2 eine Aufsicht einer Vurstreckvorrichtung dar. Der unverstreckte Faden läuft zunächst auf eine unbeheizte Stufengalette (i), die durch einen Motor angetrieben wird, umschlingt sie in der aus Figur 1 ersichtlichen Weise, läuft dann über einen beheiz ton Flachköx-per (?) zu einer unbeheizten, nicht angetriebenen Stufengalotte (3). Die erste Stufe der beiden Stufengaletten (i) und (3) ist teilweise konisch ausgebildet. Dct Faden läuft nun mehrfach um diese beiden Stufengaletten (1) und (3) und übü¹ de:? beheizten

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Flachkörper, wobei er sich erxirärmt und dadurch längt. Seine Längenänderung wird dabei aufgefangen durch den zunehmenden Durchmesser der Stufengaletten (1) und (3) in deren konischem Teil. Nachdem der Faden die Temperatur des beheizten Flachkörpers (2) angenommen hat, tritt keine weitere Längung ein und der Faden läuft nach der letzten Umschlingung der ersten Stufe dex^% Sfcufengaletten (i) und (3) und des beheizten Flachkörpers auf eine feststehende, beheizte Walze {h) von 60 mm Durchmesse^, die er 1 i/2 mal umschlingt. Von dort wird er auf die zweite Stufe der Stufengaletten (1) und (3) geleitet und durch diese ircit größerer Umfangsgeschwindigkeit umlaufenden Galetten verstreckt. Dabei umschlingt der Faden die zweite Hälfte der Stufengaletten (1) und (3) mehrfach, um ein Durchrutschen zu verhindern.

Die nachfolgenden Beispiele beschreiben verschiedene Aus« führungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel 1;

Getrocknetes Polyäthylenterephthalat mit einer spez« Viskosität von 860 (gemessen an einer 1 ^igen Lösung in einem Gemisch aus Phenol/Te trachloräthan 3 '- 2 bei. 20 C) wird in einem Extruder aufgeschmolzen und durch eine Düse mit 200 Bohrungen,, die eine Temperatur von 290⁰C aufweist, mit einer Förderung von 163 g/min gepreßt. Nach Durchlaufen einer Fallhöhe von ca. h m wird das Fadenbündel in der üblichen Weise mit Präparation versehen und umschlingt anschließend ein Paar auf 85 C beheizter Galetten 16 mal in Form einer 8.

Di© Galetten haben eine Umfangsgeschwindigkeit von 2h0 m/isin_o Ihr·- Anfangsdurchraesser beträgt I90 mm und vergrößert sich in Richtung der zunehmenden Fadenumschlirsgung um ca, h % auf 198 mm. Die Galettenachsen bilden zusammen einen Winice 1 von ca. 11 , wodurch sich deijnötig^ Abstand der einzelnsn Umschlingungen voneinander ergibt. Das Zeitintervall zwischen dem Einlaufen eines Fadenpunktes in das Galetten«» paar und dem Verlassen beträgt etwa 5 see.

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Nach Verlassen dieses Galettenpaares wird der Faden in an sich bekannter WeiSeJmIt Hilfe von nachgeschalteten Galettenpaaren in zwei Verstreckstufen auf das 6,0-fache seiner ursprünglichen Länge verstreckt und anschließend aufgespult.

Die so erhaltenen Fäden von 1000 den weisen eine Festigkeit von über 7 g/den bei einer Bruchdehnung von 10 - 15 ^ auf und sind geeignet zur Herstellung von Fischnetzen, Sicherheitsgurten etc.

Gegenbeispiel;

Verwendet man statt der konischen Galetten in bisher bekannter Weise zylindrische Galetten unter sonst gleichen Bedingungen, so wird der Fadenlauf auf diesen Galetten so unruhig, daß keine gleichmäßige Vers treckung möglich ist. Umschlingt man diese Galetten etwa 5 mal, so wird der Fadenlauf zwar ruhig, aber die Verstreckspannung schwankt so stark, daß häufig Kapillarbrüche, Wickel und Fadenbrücke auftreten.

Beispiel 2;

Es werden der gleiche Rohstoff, die gleichen Spinnbedingungen und die gleiche Streckapparatur, wie in Beispiel 1 beschrieben, verwendet. Das Heizgalettenpaar hat eine Temperatur von 110 C und eine Umfangsgeschwindigkeit von 500 m/min. Dies Galetten werden 17 mal wie beschrieben umschlungen, anschließend wird der Faden auf das 2-fache seiner Länge verstreckt und mit 1000 m/min aufgespult.

Der so erhaltene Faden hat eine Festigkeit von ca. 1,5 g/den bei.einer Bruchdehnung von 150 ^u und weist eine gleichmäßige Anfärbbarkeit auf. Aus derartigen Fäden können Sicherheitsgurte mit besonders hoher plastischer Arbeitsaufnahme hergestellt werden.

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Gegenbeispiel; '

Verwendet man nicht diese konischen Galetten oder eine geringere Umschlingungszahl unter sonst gleichen Bedingungen, so entsteht ein Faden, der streckenweise plastisch, streckenweise orientierend verstreckt ist und deshalb so starke Schwankungen seiner textilien und.färberischen Eigenschaften aufweist, daß er unbrauchbar ist. " ■ ·

Beispiel 3: ' ' ·

Spinnfäden, hergestellt aus Polyäthylenterephthalat mit einer spez. Viskosität von 790, mit dem Titer 153» bestehend aus 25 Einzelkapillaren werden unter folgenden Bedingungen auf der in Beispiel 1 beschriebenen Streckeinrichtung verstreckt :

aster	Einl.geschw. auf beheizte Galetten m/min	Galetten- temperatur * °C	Anzahl der Um- s chi.	Geschw. auf Streckgalet- ten m/min	Anfärbfegleich- mäßigkeit
a	422	95	9	1 490	schlecht
b	^ 22	105	16 '	1 Ί90	gut
C	422	110	9	1 490	sehr gut
d	4oo	120	9	1 49.0	sehr gut

Die Verweilzeit der Fäden auf den Heizgaletten beträgt im Falle b 2,7 see, im Falle c 1,5 see. Höhere Verweilzeiten und Temperaturen . ergeben bei gleichem Streckverhältnis geringere Festigkeiten und höhere Dehnungen. Um gute textile Eigenschaften unter Bedingung d zu erzielen, muß das Streckverhältnis erhöht werden» Hierbei tritt der bereits erwähnte Kristallisationsvorgang ein, der ein Fixieren nach dem Verstrecken überflüssig macht.

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Beispiel 4; ,

Mit Hilfe der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Vorrichtung wird ein unverstreckter Spinnfaden, wie er in Beispiel 3 beschrieben ist, verstreckt. Über und unter dem Heizkörper (2) befinden sich Stufengaletten, deren erste Stufen teilweise 2 $0 konisch sind. Der Heizkörper· (2) wird von einer Flüssigkeit durchströmt und dabei auf 120 C erwärmt. Der Faden umschlingt den Heizkörper (2) und die erSten Stufen der Galetten (1) und (3) 10 mal. Die darauf folgende feststehende, geheizte Walze, auf der die Verstreckung des Fadens durchgeführt "wird, bewirkt dux'ch ihre Bremswirkung ein leichteres Auflegen des Fadens. Sie ist ebenfalls auf 120 C erwärmt und hat einen Durchmesser von 60 mm. Verstreckt man den in der skizzierten Weise behandelten Faden auf den zweiten Stufen der Galetten (1) und (3) auf das 3»5-f^-che seiner ursprünglichen Länge und zieht ihn mit einer Auslaufgeschvindigkeit von 53Ο m/min ab, so weist er gute textile und färberische Eigenschaften auf.

COPY

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Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum gleichmäßigen Verstrecken von Fäden aus.synthetischen linearen Polyestern, inbbesondere. Polyäthylenterephthalat, wobei die Fäden vor dem Verstrecken während einer Zeitdauer von 1 bis 5 Sekunden in nahezu spannungslosem Zustand auf Temperaturen zwischen 80 und 150 C erwärmt und anschließend verstreckt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen der unverstreckten Fäden auf oder zwischen Galetten erfolgt, deren Durchmesser in Richtung zunehmender TJmschlingung durch den Faden um mehr als 0,5 ^ zunehmen, wobei sich die Fäden in nahezu spannungslosem Zustand befinden und praktisch keine Änderung des Kristallinitats- und Orientierungsgrades der Fäden eintritt.

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