DE1660590A1

DE1660590A1 - Verfahren zum Verstrecken von Verbundfaeden

Info

Publication number: DE1660590A1
Application number: DE19671660590
Authority: DE
Inventors: Gilbert Pitzl
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1966-10-31
Filing date: 1967-10-31
Publication date: 1971-05-06
Also published as: FR1561119A; LU54737A1; BE705677A; GB1196586A; FR1560291A; CH463687A; GB1115143A; NL6714736A

Description

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898, V.St.A,

Verfahren zum Veratrecken von Verbundfaden

Die Erfindung betrifft das Warmverstrecken von fadenförmigen Verbundgebilden aua künstlichen» linearen Polymeren im Zuge

ihrer Herstellung.

Fadenförmige Gebilde aus künstlichen; linearen Polyamiden und Polyestern» und zwar Homofaser- wie auch Verbundgebilde, werden gewöhnlich zur Verstärkung der physikalischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen veretreckt. Gewöhnlich wird hierzu gleichzeitig ein Bündel von Fäden durch ein Dampfbad, über einer erhitzten Streckwalze und über einer erhitzten Bremsvorrichtung, wie einen heissen Stab oder eine helese Platte, veretreckt.

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Eine ungleichmässige Verstreckung (sei ea längs eines gegebenen Fadens oder zwischen Fäden) ergibt eine ungleichmässige Färbung, die ihrerseits zu kommerziell unbrauchbaren Waren führt. Die Gleichmässigkait der Streckung längs eines Fadem wird durch Lokalisierung des Punktes verbessert, an dem dia Streckung erfolgt, was man gewöhnlich durch Strecken von Fäden über einen Bremsstab bewirkt.

Das Strecken über einem Bremsstab führt jedoch, besonders bein: Auftreten einer Fadanbauechung, zu einer Ungleichmäeaigkeit der Streckung zwischen Fäden. Dieses Problem verschärft sich bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten.

Die meisten Versuche, diese unerwünschten üngleichmässigkeiten zwischen Fäden zu vermeiden, haben sum Wiederauftreten von Ungleichmässigkeiten längs des Fadens geführt..

Ferner haben an einem heissen Stab verstreckte Fadenmaterial lien aus künstlichen Linearpolymeren normalerweise einen Abkochachrumpf in der Grössenordnung von 10 bis 15 ^* während viele Endverwendungsewecke einen Schrumpf von unter 10 # erfordern.

Di· Schwierigkeiten, die stob arch den Eineatz von Breme-

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SAD ORfQfNAL

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elementen zur Lokalisierung des Streckpunktee beim Strecken bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten ergeben, bilden beim Verarbeiten von mehrere Komponenten aufweisenden fäden (Verbundfaden) ein besondere» Problem. Ein Hilfsmittel, diese Probleme zu vermeiden, besteht in der Wahl eines solchen Streckverhältnieees, dass der Streckpunkt im Baum stationär bleibt.

Überraschenderwelse hat sich gezeigt, dass gemäsa der Erfindung unter Anwendung eines heissen, gasförmigen Fluidstrahls der Streokpunkt beider Komponenten in der Umschliessung des Strahls gleichseitig lokalisiert werden kann.

Der Vorteil einer solchen Lokalisierung des Streckpunktes ist bei ?adenmaterialien₉ die aus Einzelfäden bestehen, von denen ein XeIl eine andere Zusammensetzung als die anderen aufweist» vorstellbar, überraschenderweise ist eine solche Lokalisierung μ

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aber auch bei Fadenmaterialien vorteilhaft, bei denen Einzel-.fäden aus zwei oder mehr Polymerkomponenten bestehen, die aneinanderheftend Seite an Seite oder in exzentrischer Mantel-Kern-Lage angeordnet sind. Hit der Lokalisierung des Streckpunktes in der Umschllessung gemäss der Erfindung werden Fadenmaterialien von verbesserter Glelchmässigkelt erzielt.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum gleichmassigen, raschen und wirtschaftlichen Verstrecken von Bündeln von Verbundfäden aus künstlichen Linearpolymeren zur Verfügung. Bei diesem Verfahren ergibt sich eine verhältniemassig geringe Streckspannung, welche die Verfahrenskontinuität verbessert.

Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung erfolgt das Verstrekken von Verbundfäden aus linearen, kunstlichen Polymeren bei hoher Geschwindigkeit, indem man ein Fadenbündel unter Streckspannung durch eine Umschliessung vorwärtsführt und in der Umschliessung das Fadenbündel durch Auftreffenlassen eines Strahls eines einphasigen, gasförmigen Fluides ausbreitet beziehungsweise spreizt und auf diese Weise die Temperatur der Einzelfäden im wesentlichen unmittelbar auf über die Einfriertemperatur (Übergangstemperatur zweiter Ordnung) erhöht und die Fäden aus der Umsohliessung abzieht. Vorzugsweise werden die Fäden für das Verstrecken der Umsohllessung kontinuier-

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lieh ohne Unterbrechung von der Stufe her zugeführt, in welcher die Bildung der Fäden erfolgt. Nach einer AunführongB-fon beträgt die Streckapannung nicht mehr als 75 # dee Wer« tee, den man zur Erzielung des gleichen Streckverhältnieses in einer Einzelstufe bei einer Fadentemperatur von etwa 25⁰C benötigt oder der zu einem bei 25⁰C nicht erzielbaren Streckverhältnis führt. In besonders bevorzugter Weise beträgt die Streckspannung nicht mehr alu 65 # und insbesondere nicht mehr als 6G ^ des Wertea, der zur Erzielung des gleichen Streckverhältnissee bei einer Fadentemperatur von etwa 25⁰C benötigt wird. Nach einer Äuoführungeform wird das einphasige, gasförmige Fluid von einer Druckquelle von mindestens 1 3/4 atü (25 psig) zugeführt. Nach dein Verfahren gemäss dei* Irfindoig können Polyamid- wie Polyester-Verbundfäden behandelt werden. Vorzugsweise behandelt man Polyamide mit überhitztem Wasserdampf oder Heissluft, und die Badentemperatur beträgt minde·- stens 115⁰C. Bei Polyestern wird das Fadenbündel vorzugsweise in der Umschliessung eine Temperatur von mindestens 116⁰C erreichen gelaasen, um ein Fadengut mit einem Abkochschrumpf von unter 10 ^ zu erhalten. Bei der Behandlung von Polyestern wird als Fluid vorzugsweise Wasserdampf eingesetzt, der auf das Fadenbündel mit einar Geschwindigkeit von mindestens 152 m/Sek. (500 Fuss/Sek) und vorzugsweise mit mindestens Schallgeschwindigkeit auftrifft.

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BAD ORiGINAL

5Ur die meisten Verbundfäden beträgt die Temperatur des Fadengutes mindestens 80°C. Vorzugsweise arbeitet man bei höheren Temperaturen. In der Umschliessung wird auf die Fäden ein erhitztes, einphasiges, gasförmiges fluid so aufgestrahlt} dass es diese schneidet, wodurch die Streckspannung wesentlich vermindert, die Streckung eingeleitet und ein wesentlicher Anteil der Streckung in der Umschliessung lokalisiert wird.

Soweit die Fäden nicht auf über ihren Erweichungspunkt erhitzt werden, der im allgemeinen etwa 20 bis 35⁰C unter dem Polymerschmelzpunkt liegt, gibt es keine obere Grenze für die Arbeitstemperatur.

Unter der Ausbreitung öder Spreizung (Splaying) iat eine genugende Trennung der Fäden in dem Bündel voneinander zu verstehen, damit jeder Faden im wesentlichen gleichzeitig auf die gleiche Temperatur erhitzt werden kann.

Unter der im wesentlichen unmittelbaren Erhöhung der Fadentemperatur ist zu verstehen, dass der Faden in unter 10 Millisek., vorzugsweise in unter etwa 1 Millisek., auf die gewünschte Temperatur gebracht wird.

Direktmessungen der Fadent craper«* tür sind oft nur mit grossen

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Schwierigkeiten durchführbar. Die Streckapannung vermindert sich mit zunehmender Fädentemperatur, Da die Verminderung der Spannung leicht messbar ist, stellt sie einen wertvollen Lenlcungsparameter als Anzeichen für die Tadentemperatur und somit ein alternatives KennzeictmungBmerkmal für die Erfindung dar.

Da die eine oder andere Komponente von Verbundfaden gegen Überhitzen empfindlich sein kann» ist die Anwendung der niedrigsten Temperatur des Pluides erwünscht» mit welcher der Streckpunkt in der ümschliessung gehalten wird. Bs empfiehlt eich, die Streckwaisen auf das zur Erzielung einer vorbestimmten Relssfestlgkelt des fadenmaterials benötigte Streckverhältnis einzustellen und dann allmählich die Temperatur des Strahlfluldes zu erhöhen« bis der Streckpunkt sieh in der Umschliessung befindet. Der Streckpunkt ist Im polarisierten Licht beobachtbar; er kommt in einer scharfen Veränderung der Polarisatlonsfarben sum Ausdruck. Bei diesen Arbeitsbedingungen ergibt sich die Streckung} besondere bei Polyamiden, gewöhnlich bei einer Spannung von 0,75 bis 1,5 g/den (bezogen auf das verstreckte fadengut)·

Weitere Vorteile und CharakteriBtiken der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen· In den Zeichnungen selgtt

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Pigur 1 scheuatisch eine zur Druchftihrung der Erfindung ge- * eignete Vorrichtung;

Figur 2 einen vergröeserten Längsschnitt durch die in Figur schematisch dargestellte Düse mit Einseiöffnung;

Figur 3 schematisch eine von Figur 1 leicht verschiedene Vorrichtung;

Figur 4 im Längsschnitt eine Düse mit zwei öffnungen, die nach ¹ Figur 1 und Figur 3 eingesetzt werden kann;

Figur 5 in perspektivischer Darstellung» zum Teil geschnitten, eine andere Ausführungsform der Düse;

Figur 5a in echematlscher Darstellung eine Vergleichs-Vorrichtung;

Figuren 6 bis 8 Längsschnitte verschiedener Düsenvorrichtungen, die in Beispielen bei den schematlsch in Figuren 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen eingesetzt werden und

Figuren 9 bis 11 Querschnitte nach Linie IXI-III von Figuren 6 bis 8, in Pfeilrichtung gesehen.

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Bei der Verfahrensfübrung nach Figur 1 wird unverstrecktes Fadengut 10 von einer Fackung 12 abgewickelt, bei seinem Überlaufen über die Schlichtewalze 14 befeuchtet_t zwischen Führungsstäben 16 hindurchgeführt und zwischen der angetriebenen Zuführwalze 18 und Streckwalze 20 verstreckt. Zur Verstreckung des Fadengebildes auf das Mehrfache seiner Länge im ersponnenen Zustand werden die Walzen 18, 20 bei verschiedenen Oberflächengeschwindigkeiten betrieben, das heiaat die Walze 20 arbeitet mit beträchtlich höherer Umfangsgeschwindigkeit ala die Walze 18« Von der Walze 20 läuft das vers treckte Fad engfit zwischen Stiften 22 zu einer zweckentsprechenden Aufwickelvorrichtung 24.

In der Streckzone zwischen den Walzen 18, 20 wird bei verschiedenen Versuchen eine Düsenvorrichtung 26 der in Figur 2 gezeigten Art angeordnet, die mit einem Längsdurchlasβ 27 (Umechlieseung) versehen ist, durch den das unter Spannung stehende Fadengut läuft. Zwischen seinen Enden steht der Dur«blasβ 27 mit der Austrittsöffnung einer Süsenleitung 28 in Verbindung, die unter einem Winkel von etwa 30^ö mit der Achse des Durchlasses 27 angeordnet ist. Die Vorrichtung 26 ist bei 29 zum Anschluss einer Rochdruckleitung auegebildet, durch welche der Leitung 28 ein einphasiges, erhitztes, gasförmiges Fluid gelenkt für die Abgabe in den Durchlass 27 in

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Schnittlage zu dem dieser in der Pfeilrichtung durchlaufenden Fadengut zugeführt wird.

Die Verfahrensführung nach figur 3 entspricht der in Figur 1 gezeigten mit der Abänderung» dass das fadengut 10* aus einer Spinndüse 12» ereponnen wird und das Spinnen und Strecken ohne zwischenzeitliche Aufmachung zur Packung erfolgen. In verschiedenen Beispielen werden in der Streckzone zwischen den Walzen 18*, 20* zwei Süsenvorrichtungen 26* in Tandemanordnung vorgesehen.

Bei anderen Verfahrensführungen werden die Büsenvorrichtungen nach figuren 4 und 5 anstelle der Vorrichtung 26 von figur 1 oder Vorrichtungen 26* von figur 5 eingesetzt. Sie in figur 4 gezeigte Vorrichtung 40 entspricht der in figur 2 gezeigten mit der Abänderung, dass zwei winkelig angeordnete SUsenleitungen 41, 42 vorgesehen sind· welche eich unter einem Winkel von 45 in den Längs durchlas β 43 öffnen. Sie Pttsenvorriohtung 50 Mioh figur 5 (die sioh besonders für Polyamide eignet) weist einen Anfangsdurohlaes 51 auf, durch den das fadengut zur Ausdehnungskammer 52, dem Durchläse 53 und dem Endrohr 54 läuft. In der Kammer 52 wird erhitztes fluid aus vier symmetrisch angeordneten SUsenleitungen 55 in Schnittlage auf das fadengut gestrahlt.

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Die Vorrichtung nach figur 5a weist eine Anzahl von Stiften 61 auf, welche das fadengut 62 in der Btreckzone während der Aufführung von erhitztem fluid aus einer Anzahl von Düsenleitungen 63» deren jede mit einem Verteiler 64 in Verbindung steht, stützen. Diese Anordnung ist hler zum Vergleich mit arbeitsfähigen Aueführungeformen gezeigt, bei denen das fadengut sich während der Einwirkung des Fluldstrahls in einem Durchlass beziehungsweise einer Umschllesaung befindet. In dieser Besiehung ist festzustellen, dass die Ausführungsform nach den figuren 4 und 5 einen Durchlass (Umschliessung) aufweist, der dem bei 27 in figur 2 gezeigten äquivalent ist, das heisst einen Durchlass, der mit Ausnahme des fadenguteinlaeses und -auslasses und der Düsenöffnung(en) vollständig umschlossen ist.

Der Begriff des asymmetrischen Auftreffens bezeichnet hler das Auf- beziehungsweise Einführen eines Sampfstrahls auf und in Λ das Fadenbündel an einem gegebenen Funkt im Baum von einer Seite des Bündele her·

Unter der "Umechliessung" 1st der Durchlass oder Baum d zu verstehen, den die faden in einer Vorrichtung der z.B. in figur 10 gezeigten Art durohlaufen, das heisst der Durchlass, der sich vom Einlass b sum Auslass ο erstreckt. Sr kann

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als solcher mit Ausnahme der Öffnungen a, b und c vollständig " umschlossen sein und iat normalerweise mit dem einphasigen,, gasförmigen Behändlungefluid gefüllt. Häufig wird die Vorrichtung zum bequemen Betrieb mit einem Anspinnschlitz versehen.

Über die gezeigte Düsenstruktur hinaus kann man Abänderungen vorsehen. Man kann z.B. bei bestimmten Bedingungen mit 3iner Vorrichtung arbeiten, die von einem Paar gegenüberliegender, flacher Platten gebildet wird« zwischen denen das Fedengut hindurchläufts, während auf das Fadengut aus einer öffnung in einer der Platten, das Fluid aufgestrahlt wird. Das Häupterfcrdernis liegt darin, dass das erhitzts Fluid auf das Fadengut in einer mindestens teilweise beschränkten Zone auftreffen nuss. Die Fluidausdehnung in dieser Kontakt- oder Auf«· treffzone trägt zur Trennung der Fäden dee Bündels und zu der im wesentlichen unmittelbaren Erhöhung der Fadentemperatur bei, die für die vorliegende Erfindung wesentlich sind. Wenn diesen Bedingungen genügt wird, ist die Wärmeübertragung von dem Ga8 auf das Fadengut zumindest teilweise aufgrund der Trennung der Fäden in dem Bündel während dieser Behandlung optimal. Die Trennung der Fäden hilft auch, ein Verschmelzen bei hohen Gastemperaturen zu vermeiden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung, die sich besonders

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für Polyester eignet, wird ein Verbundfadenbündel, bei dem beide Komponenten von Polyester gebildet werden, durch eine zwischen Zuführ» und Abzugswalzen angeordnete Umschlieseung geführt. In der Umschllessung wird auf das Fadenbündel unter Schneiden der Bündellaufbahn asymmetrisch auftreffender Dampfstrahl aufgestrahlt. Durch die Erhöhung der Temperatur der Einzelfäden auf mindestens ihre Einfriertemperatur wird die Verstreckung in der Düsenumschliessung eingeleitet. Geraäss dar Erfindung ist es notwendig, das Fadengut in der Strecksone im wesentlichen unmittelbar auf eine Temperatur gleich mindestens der Einfriertemperatur zu erhitzen, so dass der Streckpunkt nicht wandert und somit nicht zu einer ungleichmassigen Streckung führt.

Beim Strecken von Polyester-Verbundfadengut gemäss der Erfindung sind Dampfgeschwindigkeiten von mindestens 152 m/Sek« (500 Puss/Sek.) am Punkt des Auftreffens erwünscht. Der Zufuhrdruck liegt normalerweise im Bereich von 3 bis 11 Atm. (30 bis 150 psig). Der auftreffende Dampf öffnet das fadenbündel und erlaubt die rasche und gleichmässige Erhitzung dar Einzelfäden. Vorzugsweise arbeitet man mit "Schall^-Auftreffgaschwindigkoiten von 460 bis 610 m/Sek. (1500 bis 2000 Fuss/ Sek,), aber auch mit Geschwindigkeiten von über 152 it/Sek. (500 Fuso/Sek.) bei aeymmotriachem Auftreffen des Fluide« bei

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BAD

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derart hoben Padengut-Geschvindigkeiten wie 2500 m/fain. (2750 ¥arde/Min.) ist ein erfolgreiches Arbeiten erhalten" worden.

Das Auftreffen des Wasserdampfes auf das Polyaster-Verbund«» fadengut wird vorzugsweise so durchgeführt, dass jegliches wesentliche Entweichen von Wasserdampf an der Fadengut«Eingangsöffnung der Düse verhindert und auf diese Weise ein Auswandern des Streckpunktee vermieden wird. Dies wird am besten bewirkt, indem man den Dampf in der Richtung des fadengutlaufes auf treffen lässt. Mit Auftreffwinkeln von 30 bis 60° werden zufriedenstellende Ergebnisse erhalten.

Der Restschrumpf des Polyester-Fadengutes ist primär von der höchsten Temperatur und der Spannung abhängig, welche das Fadsngut erreicht hat. Es hat sich als notwendig erwiesen, zur Erzielung eines Abkochschrumpfes von unter 10 $ die Fadenguttemperatur auf über 118⁰C zu erhöhen.

Unter "Polyestern" sind faserbildende linearpolykondensate zu verstehen, die in der Polymerkette die Carbonyloxy-Yerknüpfungs«

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reate «n-o- enthalten. Diese Gruppe umfasst auch Polymere, die Oxyearbonyl-oxyreste enthalten. Soweit nicht anders gesagt, umschliesst die Erwähnung von Polyester auch Mischpolyester,

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Terpolyester und oerglei^ben. Die Polyester können, wenn gewünscht, Zusatzmitt«5l, z.e- Mattierungsmittel, Viocositätssteigerer und dergleichen, enthalten.

Beispiele für kristallisierbare Linearpolyester 35,nd Polyäthylenterephthalat, Polyäthylenterephthalat/i3οohtbalat (85/15), Polyäthylenterephthalat/S-Cnatriumsulfo^isophthaiat {97/3)* Poly-(p-hexahydroxylenterephthalat), Poly-(diphenylolpropanisophthalat), Poly-Cdiphenylolpropancarbonat), die PolyäthylennaphthalindicarboJtylate (insbesondere die auf die 2,o- und 2,7-Isomeren zurückgehenden) und Poly»(m-phenylenisophthalat).

Die aus diesen Polymeren ersponnenen Verbundfaden können einen runden oder unrunden Querschnitt, z.B. Y-förmigen, kreuzförmigem Querschnitt und dergleichen haben.

Die gemäss der Erfindung verstreckten Polyamide otnd künstliche Linearpolycarbonamide oder "NyIone", wie di* in den Uf>A-Patcntschriften 2 071 250 und 2 071 253 beschriebenen. Spezielle Beispiele für solche Polyamide sind die aus zweckentsprechenden Diaminen und zweibasischen Säuren, z.B. Hexamethylendiamin und Adipinsäure und ihren amidbildenden Derivaten, und auch aus Carbonsäuren mit endständigen Amino. z.B. aus

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u; «Aminocapronsäure, flu-Aminoundecansäure und deren amidbildenden Derivaten, wie Caprolactam, erhaltenen. Auch aus Misch' polyamiden, Pfropfpolyamiden und Mischungen solcher Polyamide mit anderen, verträglichen Polymeren ersponnenes Fadengut lässt sich gemäss der Erfindung mit Vorteil verstrecken.

Zu geeigneten Polyamidkombinationen gehören die in den britischen Patentschriften 950 429 und 964 407 und USA-Patentschriften 2 987 797, 3 038 236 (britische Patentschrift 869 301) und 3 038 237 beschriebenen.

Zu den bevorzugten Polyamid-Verbundmaterialien gehören diejenigen aus 66 Nylon in Verbindung mit einem Mischpolymeren aus 66 und Caprolactam (6), Hexamethylensebacamid (6-10), Hexamethylenlsophthalamid oder Kombinationen derselben. Zu in entsprechender Weise bevorzugten Polyester-Verbundfadenmaterialien gehören solche aus Polyethylenterephthalat in Verbindung mit Polypropylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat. NaturgemäßS₁ können alle vorgenannten PolymQrkomponenten im Rahmen der Erfindung auch Pigmente, Mattierungsmittel, Antioxydantien, Farbstoffe, FarbstoffmodifizierungS" mittel, wie sulfonierte Isophthalsäure oder dergleichen enthalten·

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!Die von dem Fadengut erreichte Spitzentemperatur hängt von dem Druck in der Düse, der Fadengut-Gteschwindigkeit und der Länge der Düsenumschliessung ab· Zum Tempern von Polyestern (verstärkte Kristallisation) müssen Fadengut-Geschwindigkeiten und Länge der Düsenumschliessung so gewählt werden, dass das Fadengut kondensierendem Wasserdampf bei erhöhten Drükken genügend lange ausgesetzt wird* damit es die Temperatur des kondensierenden Dampfes erreichen und kristallisieren kann. Bei dem Verfahren, gemäss der Erfindung wird dies in der ungewöhnlich kurzen Zeit Von unter 10 Millisek. erhalten. Bei Kondensationsdüsen entspricht die von dem Fadengut erreichte Maximaltemperatur derjenigen der Kondensation. Dementsprechend stellen Abkochschrumpf-Werte, die sich aus dem Einsatz einer Düse mit kritischer Strömung, z.B. der in Figur 7 gezeigten Art, ergeben, nicht eine Funktion der Temperatur des zugeführten, überhitzten Wasserdampfes_s sondern eine Funktion der Wasserdampfsättigungstemperatur dar.

Beim Einsatz von kondensierendem Wasserdampf (nahe der Sättigung) stellt der Dampfdruck einen besseren Lenkungsparameter als die Wasserdampftemperatur dar. Wasserdampftemperaturen von 120 bis 185⁰C ergeben eine zufriedenstellende Temperung bei Fadengutgeachwindigkeiten von über 2300 m/Min. (2500 Yarda/Min.)

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Unter dem Tempern ist in der hier gebrauchten Bedeutung eine Wärmebehandlung des Fadens unter Spannung zwecks Erhöhung der Kristallinität des Polyesters zu verstehen·

Als Düsenmedium kann jedes Sas Verwendung finden, das in Bezug auf die zu behandelnden Fäden angemessen inert ist. Bei den meisten Anwendungszwecken werden Heissluft oder überhitzter Wasserdampf bevorzugt. Zu anderen möglichen Medien gehören Stickstoff, Kohlendioxid und deren Gemische. Waeaersattdampf dürfte bei Temperaturen, die zur Erzielung des minimalen Fadengutsehrumpfee benötigt werden, den Polyamid-Modul nachteilig beeinflussen· Im Gegensatz hierzu wird Polyester-Fadengut am besten unter Verwendung von Wasserdampf als Fluid verstreckt.

Temperatur und Druck des erhitzten, einphasigen, gasförmigen Fluides müssen zur Beibehaltung eines Produktes mit gleich« massigen Eigenschaften sorgfältig gelenkt werden. Bei konstantem Druck bestimmt, von Wasserdampf bei Kondensationstemperaturen von über 100⁰C abgesehen, die Temperatur des Fluides den Betrag der Spannung im Fadengut während der Verstreckung wie auch den Schrumpf und die Retraktion des Produktes. Jegliche Erhöhung der Fluidtemperatur bei konstantem Druck fuhrt zu einer wesentlichen Herabsetzung aller

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drei Werte« wobei sich die obere Grenze gewöhnlich aus den Temperaturen ergibt, bei denen in einer gegebenen Düse Fäden verschmelzen oder brechen. Umgekehrt führt bei konstanter Temperatur eine Erhöhung des Fluiddruckes nicht nur zu einer Verminderung der Fadengutspannung während der Verstreckung, sondern auch zu einer weiteren Herabsetzung von Restschrumpf und Retraktion des verstreckten Fadengutes. Die zu wählenden Temperatur- und Bruckbedingungen hängen aufgrund ihrer Beziehung zu der Bauer der- Einwirkung des Büsenmediums auf das • Fadengut auch von der F^dengutgeschwindigkeit ab.

Vorzugsweise arbeitet man mit Gasschallgeschwindigkeiten.

Ermittlung der hier genannten Retraktionswerte wird die Probenlänge unmittelbar nach dem Abnehmen von der Packung bestimmt, indem man die Enden der Probe zusammenbindet, in die Schlinge ein etwa 0,1 g/den entsprechendes Gewicht hängt und die Schlingenlänge misst. Hach 24-stündiger Einwirkung von 72 $> relativer Feuchte bei 24⁰C wird die Schlingenlänge erneut bestimmt und die Retraktion (#) errechnet.

Zur Bestimmung der Schrumpfwerte nimmt man Fadengutproben von Packungen ab, die 1 Tag bei 72 # ιelativer Feuchte und 24⁰C konditioniert worden sind. Nach der Bestimmung 4er An-

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fangslänge wird eine Schlinge des konditionierten Fadengutes etwa 20 Minuten in siedendes Wasser getaucht und dann etwa 25 Minuten bei 0,1 g/den Spannung getrocknet. Nach Messung der Länge der abgekochten Schlinge wird der Schrumpf ($>) errechnet. Polyester-Fadengut wird gewöhnlich 60 Minuten gekocht .

Der Anfangsmodul (Kurzeeichen "M^") ist als das Yerhältnis der Veränderung der Spannung zur Dehnung im ersten angemessen linearen Teil einer Spannungs-Debnungs-Kurve definiert. Mit den hier verwendeten Einheiten wird der Anfangsmodul numerisch dem lOOfachen der Kraft (in g/den) äquivalent, die zur Ausdehnung der Probe um das erste Prozent benötigt wird. In den Beispielen wird der Modul aus den Fadengut-Spannungs-Dehnungs-Kurven erhalten, die auf einem Instron-Zugfestigkeitsprüfer der Bauart aufgezeichnet werden, welche das Fadengut bei konstanter Sehnungsgeschwindigkeit (60 #/Min.) ausdehnt. Aus der Spannungs-Dehnungs-Kurve wird die Steigung des geradlinigen Anfangsteils graphisch ermittelt. Reissfestigkeit und Bruchdehnung werden ebenfalls an der Kurve abgelesen. Alle geprüften F&denraaterialien werden vor der Prüfung auf der Pakkung 1 Tag bei 72 % relativer Feuchte und 24°C konditioniert.

Ss wird angenommen, dass die maximalen Tortelle der Brfin-

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dung erhalten werden, wenn Verbundpolyamidfäden in der Düaenumschlieseung auf eine genügend hohe Temperatur erhitzt werden, um eine pseudohexagonale Kristallstruktur (durch Röntgenbeutung bestimmt) zu erhalten« Das Fadengut wird unmittelbar nach dem Verlassen der DUsenumschliessung beobachtet. Gewöhnlich sind zur Erzielung dieser Struktur Temperaturen notwendig, die sich der Streek-Kraft-Übergangstemperatur nähern.

Die Streck-Kraft-Übergangstemperatur (Force-Draw-Transition-Temperatur) bedeutet die !Temperatur, bei welcher das Verhältnis des Logarithmus der Spannung, die zum Strecken eines nichtverstreckten Fadens benötigt wird, gegen den Kehrwert der Strecktemperatur, ausgedrückt in Grad der absoluten Temperaturskala, eine Biskontinuität zeigt· Sie Bestimmung kann bequem erfolgen, indem man Fadengut von der Spinn-Auf wickelpackung mit 2,3 m/Min, zu und um einen heisaen Stahl-Bremsstab von 2,5 cm Durchmesser mit verchromter, matter Oberfläche fuhrt, wobei das Fadengut auf 4,5 JL verstreckt wird. Man misst die Streckkraft, während die Stabtemperatur variiert wird. An einer graphischen Darstellung dieser Werte unter Anwendung der obigen Koordinaten lässt sich die Diskontinuität leicht identifizieren und auswerten.

Die Kristallorientierung und die durchschnittlichen Kristallseitendimensionen des einen hohen Modul aufweisenden Produktes

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gemäss der Erfindung werden an den Röntgenbeugungs-Äquatorhauptmaxima bestimmt. Polyamidbeugungsbilder dieser Art sind z.B. von C. W. Bunn und E. V. Garner, "P,roc. Royal Soc", 1898A, 39 (1947) beschrieben worden. Die tatsächliche Errechnung der Kristallorientierung erfolgt aus den Halbbreiten der Äquatorialreflexionen, bestimmt an einer Azimutalphotometerkurve (nach H.G. Ingersol in "Journ. Appl. Phys.", JJ₁, 924 (1946)). Die Kristalldimensionen werden aus der Breite dieser Beugungspunkte, gemessen an Äquatorialptiotometerkurven, nach der Methode von H. P. Klug und L. P. Alexander, ^MX~Ray Diffraction Procedures", John Wiley and Sons, Inc., New York, 1954, Kap. 9» geschätzt. Für die Korrektur der linienverbreiterungsgleichung nach Scherrer ist die Berichtigung der Linienverbreiterung aufgrund von Geräteeffekten nach Warren herangezogen worden. Als Bezugsmaterial wurde Zinkoxid verwendet. Als Formfaktor K in der Scherrer-Gleichung wurde ein Wert von 0,9 eingesetzt.

Die relative Viscosität der Polyamide ist in der in USA-Patentschrift 2 385 890 beschriebenen V/eise bestimmt worden, die relative Viscosität der Polyester in der in USA-Patentschrift 3 216 187 beschriebenen Weise. Die Fluiddrücke beziehen sich auf Pounds/Quadratzoll Überdruck beziehungsweise Atmosphären absolut.

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RD=635-1-R/1433/D-365~R Beispiel 1

Es wurde ein Verbundfadenmaterial im wesentlichen nach der britischen Patentschrift 950 429 hergestellt j die Fäden bestanden aus einem Hantel aus 66 Nylon (Polyhexamethylenadipamid) mit einer relativen Viscosität von 40 und einem exzentrisch angeordneten Kern eines Mischpolymeren aus 50 Gew.-^ 66 Nylon und 50 ?6 Polyhexamethylensebacamid (6-10 Nylon) mit einer relativen Viecosität von 4S₀ wobei in jedem Verbundfaden gleiche Mengen jeder Komponente vorlagen. Die Polymeren wurden geschmolzen und mit einer im wesentlichen Figur 2 der britischen Patentschrift entsprechenden Spinndüsenanordnung zu einem 7-Fadenbündel versponnen; Spinngeschwindigkeit 915 m/Min. Sie Doppelbrechung der Polymerkomponente des ersponnenen Fadengutes mit der höheren Doppelbrechung betrug 0,016. Nach Abschrecken mittels eines quergerichteten Luftstroms wurden die Fäden mittels einer Zuführwalze mit zugehöriger Abstandswalze der Streckzone zugeführt. Die Fäden liefen mehrfach um ein Paar angetriebener Streckwalzen und hierauf zu einer Spannungsminderwalze und schliesslioh einer oberflächengetriebenen Aufwickeleinrichtung mit hin- und hergehender Querführung· Der Fadengut-Endtiter betrug etwa 41 den. Die Spinngeschwindigkeit wurde konstant auf 915 m/Min, gehalten und das Streckverhältnis durch Veränderung der Aufwickelgeschwindigkeit variiert. Bei den meisten Versuchen wurde.

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in der Streckzone eine Düse entsprechend Figur 2 eingesetzt, deren Fadengut-Durchlass 27 einen rechteckigen Querschnitt von 2,4 mm Breite und 6,3 mm Höhe und eine Länge von etwa 12,7 cm hatte, während der Durchmesser des Lufteinlasses 28 2,0 mm betrug. Im Fadengutweg 27 war unmittelbar vor der Stelle, an welcher Heissluft mit dem Fadengut zusammenkommt, eine U-förmige Fadengutführung angeordnet. Der Luftdruck be» trug 6,45 Atm. Die Fadenguttemperaturen in der Düsenumschlies«» sung sind aufgrund von Messungen der Fadenguttemperatüren ausserhalb der Düsenumeehliessung geschätzt worden.

Die Tabelle nennt die Eigenschaften der bei verschiedenen Arbeitsbedingungen erhaltenen Fadenmaterialien, einsohliesslich der GKLeichmässigkeit des Schallmoduls und !Piters und der Fadengut-Qualität.

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Tabelle

O
co
ex»

Ver-

Maschinen-

StreekdUae

Fadengut-
teapera-
tur, ⁰C

Fadenguteigenschaften

Deh
nung

54

Eadengut-Quali tat

fiter-
gleich-
mäesig-
kelt, £

Febleiv
auf 10° kg

9

auch

atreckver-
hältnis

Lufttem
peratur,
⁰C

unerhitzt

Röiaa-
feetig-
keit
g/den

42

Schall-
modul-
varia-
tion f>

2,5

1.2

.635-1-

I

1

3,04

unerhitst

143

3,8

32

20,0

1t4

0,14

ν«
I

2

3,1

275

148

3,6

38

9,0

-

2,1

VjI
VH

3

3,3

300

81

3,8

9,0

44,3

O
vn

4

3,5

150

4,7

15,7

it)

3,5

144

4,4

29

8,8

1,5

0,22

HD«635-1-R/i433/b-365-R

sie

Wie die Tabellenwerte zeigen, stellt beim Arbeiten ohne Düse (Versuch 1) eine Verstreckung von 3_fO4 das anwendbare Maximum dar; beim Überschreiten dieses Verhältnisses läuft der Streckpunkt zur Zuführwalze und werden FadenbrUche erhalten. Selbst bei diesem geringen Streckverhältnis ist die Gleichmässlgkeit des Fadengutes schlecht* Beim Einführen von Heissluft in die Düse bewegt sich der Streckpunkt in die Düsenumschliessung, was selbst für höhere Streckverhältnisse gilt. Versuch 4 zeigt, dass eine Lufttemperatur von 150° C nicht genügt, um die Fäden auf die benötigte Temperatur zu bringen· Der Streckpunkt bewegt sich bei diesen Bedingungen aus der BUsenumschliessung heraus, und es sind zahlreiche Fadengutfehler (Fadenbruche) zu beobachten, Ferner ist festzustellen, dass die Erhöhung der Lufttemperatur die Anwendung höherer Streckverhältniese unter Ausbildung einer.erhöhten Reissfestigkeit des Fadengutes neben einer verbesserten Gleichmäesigkeit von Sohallmodul und Faden-Faden-Titer erlaubt und auch weniger Fehler, wie Fadenbrüche, ergibt.

Beispiel 2

Zur Ausbildung des maximalen Kräuselpotentiale bei dem Verbundfadenmaterial nach Beispiel 1 wurde das verstreckte Fadengut einer "Vorkräusel"-Wärmebehandlung unterworfen, wozu das Fadengut hier nach dem Verlassen der Streckwalzen durch eine

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andere, mit erhitzter Luft von 7*1 Atm. abs. gespeiste Düse (Vorkräuseldüse) geführt wurde, die mit der Abänderung der Streckdüse entsprach, dass unter Ausbildung einer Luftaustrittsgeschwindigkeit von etwa 20 m/Min« der Fadengut-Durch« lasskanal sich in Form eines trichterartigen Querschnittes erweiterte. Sie nicht beheizten Spannungsminderwaisen wurden bei geringerer Oberflächengeschwindigkeit als die Streckwalzen betrieben, damit sich das verstreckte Fadengut in der Düse zusammenziehen (entspannen) konnte, worauf es abgekühlt wurde, bevor die Aufwicklung erfolgte.

Die Ausbildung der wesentlichen Kräuselung ergibt sich beim Verarbeiten des Fadengutes zur Ware (z.B. Gewirk oder Gewebe) und dann Abkochen. Sie Kräuselretraktion des zur Packung aufgenommenen Fadengutes ist ein Hase für die beim Abkochen der Ware erzielbare Kräuselung und wird nach der britischen Patentschrift 950 429, S. 5, Z. 16 bis 46, gemessen.

Zur Vorbereitung dieser Prüfungen ist die Auswirkung verschiedener Streckverhältnisse untersucht worden. Sie Lufttemperatur in der Streckdüse wurde erhöht, bis ein Eintreten des Streckpunktes in die und Verbleiben in der SUsenumsohliessung zu beobachten war, was unabhängig von dem Streckverhältnis bei einer Streckspannung von 35 bis 40 g zu beobachten war.

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Streckverhältnis wurde zu 3,7 und die Düsenlufttemperatur zu 21O⁰O gewählt, da hierbei eine gute Reissfestigkeit, Gleichmässigkeit des Fadengutes und Durchführbarkeit des Versuches erhalten wurde.

Bei den vorstehenden Arbeitsbedingungen wurden die Lufttemperaturen in der Vorkräuseldüse verändert, um die stärkste Kräuselretraktion zu erhalten. Die Fadengut-Entspannung zwischen Streckwaisen und Aufwicklung betrug 16 #· Ergebnisse:

	f a b e 1 1 <	ι. II
Versuch	Vorkräuseldüsen- Lufttemperatur. ⁰O	Kräuselretraktion, £
1	220	27,1
2	230	27,1
3	240	26,7
4	250	23,8

Die besten Ergebnisse wurden bei einem Betrieb der Vorkräuseldüse bei 10 bis 30⁰O über der Streckdüse erhalten.

Beim Einsatz von überhitztem Wasserdampf in der StreckdUse anstelle erhitster Luft wurden ähnliche Ergebnisse, jedoch bei etwas geringerer Wasserdampftemperatur (aufgrund des höheren Wirkungsgrades des Wasserdampfβ als Wärmetauschfluid), erhalten.

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Zu den Vorteilen der vorliegenden Erfindung gegenüber bekannten Verfahren gehören verminderte Streokepannungen» die su einer verbeeeerten Durchführbarkeit des Verfahrene und mechanischen uleichmässigkeit dea Prpduktes führen, die Ausschaltung von Bremselementen, wodurch Reibungaprobleme und die Notwendigkeit der gleichmässigen Schliohteaufbringung vermieden werden, und die Erzielung eines Fadengutes von herabgesetzten Schrumpf- und Retraktionswerten, wobei ein solches Fadengut in einer einzigen Stufe erhalten wird und sich sowohl durch eine hohe Beibehaltung des Anfangsmodula als auch eine verbesserte Kristallinität auszeichnet. Das vorstreckte Fadengut kann aufgrund seiner Formbeständigkeit bei verminderter Spannung verpackt werden. Ferner lässt sich dieses Fadengut in einen breiten Bereich von Eeissfestigkeitswerten bei gegebener Dehnung herstellen· Das Verfahren kann rasch, kontinuierlich und wirtschaftlich an dem frisch gesponnenen Fadengut wie auch Fadengut von der Fackung durchgeführt werden.

Der Einsatz von frisch gebildeten Fadengut oder Fadengut im eraponnenen Zustand vor dem anfänglichen Aufmachen sur Faokung gemäss der Erfindung 1st besonders vorteilhaft. Da das Fadengut im eraponnenen Zustand verhältnismässig amorph 1st, werden maximale Herabsetzungen der Streekepannung zuzüglich einer zusätzlichen Flexibilität beim Strecken und zugehörigen Arbel-

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ten erleichtert· Die Notwendigkeit einer getrennten Streoketufe fällt weg» woraus sich eine bessere mechanische Qualität aufgrund der verminderten Handhabung dee Fadengutes, eine Gleiohmässlgkeit der Zwischenzeit («wischen Spinnen und Strekken) und der Wegfall einer dazwischentretenden Verpackungsstufe ergibt. Sie Gesamtwirtsohaftllchkeit des Verfahrens wird verbessert· frisch gebildetes fadengut ist jedoch im we« sentliohen amorph, und man benötigt während des Streckens eine straffe Lenkung von fluidtemperatur und -druck, um gleichmassige Schrumpf- und Retraktionswerte sicherzustellen, für den fall, dass ein fadengut von minimalem Schrumpf gewünscht wird, hat sich gezeigt, dass man gleiohmässigere Eigenschaften erhält, wenn auf die Streckung unmittelbar eine gekoppelte, gelenkte Sntspannungsstufe folgt. Wenn das Verfahren gemäss der Erfindung in der Streckstufe Anwendung findet, sind die weiteren Herabsetzungen von Schrumpf und Retraktion nicht von einer unannehmbaren Absenkung des Anfangsmoduls begleitet.

Nach Streoken mit extrem heisser Luft oder überhitzten Wasserdampf kann es erwünscht sein, das fadengut, vorzugeweiae vor dem Aufmachen zur Packung, mit feuchtigkeit zu behandeln, damit es wieder seinen normalen feuchtigkeitsgehalt oder Glelohgewlohts-feuohtlgkeltsgehalt erlangen kann. Diese feuchtigkeit kann während einer folgenden Entspannungsstufe zugeführt

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^l J

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werden» indem man einfach als Sntspannungemedium Wasserdampf einsetzt. Diese kombinierte Arbeitsweise fuhrt gewöhnlich zu weiteren Verbesserungen der Fadenguteigenschaften.

Die fadenförmigen Gebilde gemäss der Erfindung können die üblichen Textilzusatzmittel enthalten, wie Mattierungsmittel, Antioxydationsmittel und dergleichen. Xn dieser Beziehung kann die Gegenwart eines Antioxydationsmittels erwünscht sein, wenn Gas von sehr hoher Temperatur eingesetzt wird» Geeignete Antioxydationsmittel sind in den USA-Patentschriften 2 705 227» 2 640 004 und 2 630 421, andere wertvolle Zusatzmittel in den USA-Patentschriften 2 510 777 und 2 345 700 besehrieben. Darüber hinaus kann man auf die Fäden Schlichte aufbringen» wobei jedoch der Gleichmässigkeit der Schlichte» auftragung nicht die kritische Bedeutung zukommt, die sie beim Strecken über oder um Breisselemente herum hat.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verstrecken von Verbundfäden aus künstlichen, linearen, künstlichen Polymeren bei hoher Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Fadenbündel unter Streckspannung durch eine Umschliessung führt und in der Umschliessung durch Auftreffenlaesen eines Strahls eines einphasigen, gasförmigen Fluides ausbreitet und auf diese Weise die Temperatur der Einzelfäden im wesentlichen unmittelbar auf über die Einfriertemperatur erhöht, und die Fäden aus der Umschliessung abzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Fäden für das Verstrecken der Umschliessung kontinuierlich ohne Unterbrechung von der Stufe der Fadenbildung her zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und beziehungsweise oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einer Streckspannung von nicht über 75 # des Wertes, der zur Erzielung des gleichen Streckverhältnisses in einer einzigen Stufe bei einer Fadentemperatur von etwa 25°C benötigt wird oder der ein bei 25^C nicht erzielbares Streckverhältnis ergibt arbeitet.

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4· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass man bei einer Streckspannung arbeitet, die nicht mehr als 65 i> des Wertes beträgt, der zur Erzielung des gleichen Streckverhältnissee bei einer Fadentemperatur von etwa 25⁰C benötigt wird.

5· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einer Streckspannung von nicht mehr als 60 % des Wertes arbeitet, der zur Erzielung des gleichen Streckverhältnisses bei einer Fadentemperatur von etwa 25⁰C benötigt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass man das einphasige, gasförmige Fluid von einer Druckquelle von mindestens 2 3/4 Atm» zuführt .

7* Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man Fäden behandelt, deren beide Komponenten von Polyamiden gebildet werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis ti dadurch gekennzeichnet, dass man Fäden behandelt, deren beide Komponenten von Polyestern gebildet werden.

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9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man Bur Ausbildung eines Fadengutes mit einem Abkochschrumpf ▼on unter 10 Ji mit einer mindestens 118°0 erreichenden Temperatur des Fadenbündels in der tJmschliessung arbeitet.

10· Verfahren nach Anspruch 8 und beziehungsweise oder 9, dadurch, gekennzeichnet _t dass man das Fluid auf das Fadenbündel mit einer Geschwindigkeit von mindestens 152 a/Sek, auf treffen lässt.

11· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man auf das Fadenbündel in der Umachliessung Wasserdampf bei mindestens Schallgeschwindigkeit auftreffen lässt.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man mit einer Fadentemperatur von mindestens 115⁰O arbeitet.

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