DE2702717A1 - Verfahren zum verziehen von polyamid- monofilen - Google Patents
Verfahren zum verziehen von polyamid- monofilenInfo
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Description
POSTFAOH 41 OS 2OOO HAMBURG 13
. DIPL-OHEM. DR.HAN8 O.BOETERS
The Firestone Tire .. ... „ , lhcn
Unsere Akte: Io3o/*l69
& Rubber Company
Akron, Ohio kk^n I USA
Akron, Ohio kk^n I USA
Verfahren zum Verziehen von Polyamid-Monofilen
üie Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verziehen von
Polyamid-Monofilen zur Verbesserung ihrer Biegungs- und
Festigkeitseigenschaften. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Behandlungsverfahren für Polyamid-Monofile
mit einem Dampfmedium, während die Monofile verzogen werden,
um die Längs- und Schlingenfestigkeitseigenschaften zu verbessern. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft zur Entwicklung
derartiger Eigenschaften bei Monofilen mit relativ hohem Denier, die Deniers im Dereich von ungefähr 5oo bis
ungefähr 5o ooo besitzen. Verfahrensgemäß werden verbesserte Festigkeitseigenschaften sowie Kombinationen der Festigkeitseigenschaften erhalten, sowie Verbesserungen der Widerstandsfähigkeit
bei Faserungs- und Dauerstandseigenschaften, wobei alle diese Eigenschaften von besonderer Bedeutung beim Reifencordmaterial
sind, wo ein besseres Biegevermögen und eine längere Lebensdauer des Reifens die Ergebniss dieser Verbesserungen darstellen.
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Das Verfahren verändert die Flächenglätte des Monofils
nicht wesentlich, was bei der Verwendung von Reifen wünschenswert ist, da sich herausgestellt hat, daß Flächenunregelmäßigkeiten oder Flächenätzungen die Haftung zwischen
den Monofilen und dem elastomeren Reifenmaterial verringern können.
Die Verbesserungen der Längs- und Schlingenfestigkeitseigen-Bchaften (longitudinal and loop tenacity properties) ., sowie
die verbesserten Kombinationen dieeer Festigkeitseigenschaften bei Polyamid-Monofilen, die mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren erreicht werden, beschreiben, daß eine anfängliche Dampfbehandlung eines im wesentlichen nicht-kristallinen
Polyamid-Monofils, das nicht vorher schon zum Zweck der Orientierung verzogen worden ist und, daß das teilweise Verziehen eines Monofils während einer derartigen Dampfbehandlung einen morphologischen Zustand des teilweise verzogenen
Monofils schafft, das erhöhte Festigkeitswerte und eine ausgewählte Veränderung sowohl der Längs- als auch der
Schlingenfestigkeitseigenschaften bewirkt.
Die Fähigkeit, die Festigkeitseigenschaften durch die Verwendung einer Anfangsorientierung beim Verstreckungsschritt
in einem Dampfmedium gemäß dem vorliegenden Verfahren selektiv zu verändern, ist im Stand der Technik bisher nicht
erkannt worden. Beim üblichen Ofen-Verziehen nimmt die Schiingenfestigkeit mit steigendem Verzugsverhältnis bei
niedrigen Verzugsverhältnissen zu, und danach mit steigenden Verzugsverhältnissen ab. Unter der Voraussetzung, daß das
Material nicht zu stark verzogen wird, nimmt die Längsfestigkeit auch weiter bei steigenden VerzugsVerhältnissen zu.
Die ausgewählte Veränderung der Festigkeiten ist bei üblichen
Ofen-Verzugsverfahren nicht möglich, und die erfindungsgemäße Dampfmedium-Behandlung ist kein bloßer Ersatz des
Wärmemittels, wie noch weiter unten im einzelnen genau beschrieben wird.
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• f.
Der Stand der Technik offenbart zahlreiche Verfahren zur Wärmebehandlung von Polyamid-Monofilen, um ihre Kristallinität zu erhöhen oder ihre besonderen Eigenschaften anderweitig zu verändern. Ein Verfahren zur Verbesserung der
Schlingen- und Schleifenfestigkeit von Polyamid-Monofilen wird in der US-Patentschrift 3 595 952 offenbart. Gemäß
diesem Patent wird ein Polyamid-Monofil, das anfänglich in üblicher Weise bis zu einem Verzugsverhältnis von mindestens
3,o und vorzugsweise bis zu mindestens 3,5 verzogen worden ist,
in einer Dampfgasumgebung bei einem Geschwindigkeitsverhältnis im Bereich von o,85 bis 1,15 verzogen. Wie noch weiter
unten aufgezeigt wird, ist der anfängliche oder erste Dampf-Verzugsschritt im vorliegenden Verfahren besonders wichtig,
und die erfindungsgemäßen Vorteile können nicht auf andere Weise erreicht werden. Die Verwendung eines Dampfgases ist
auch in den US-Patentschriften Nr. 3 67I 38I und 3 65o 88H
offenbart, um Monofile vorzusehen, die stark geätzte Flächen und poröse Flächen im Gegensatz zum vorliegenden Verfahren
besitzen.
Wie schon vorher angedeutet, sieht die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum Verbessern von sowohl der Längs- als auch der Schlingen-Festigkeite eigenschaften von Polyamid-Monofilen
vor, wobei ein teilweises Vorverziehen von bisher nicht verzogenen Monofilen in einem Dampfmedium bis zu einem Verzugsverhältnis im Bereich von ungefähr 2,ο L 1 bis Ί,ο i
durchgeführt wird und in einer zweiten Verstreckung bzw. einem Verzug ein Gesamtverstreckungsverhältnis von ungefähr 5,o:l
bis ungefähr 8,0 : 1 vorgesehen wird. Das bevorzugte Verfahren umfaßt ein teilweises Vorverziehen im ersten Schritt,
in dem das Dampfmedium mitgerissene Flüssigkeit in Tröpfchenform enthält.
Die in dieser Erfindung berücksichtigten Polyamide sind Fasern,
die ein Molekulargewicht ausbilden, kristallisierbar sind und eine relative Viskosität von mindestens 2,5 besitzen,
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wie sie in einer Uigen Lösung in konzentrierter Schwefelsäure
bei 25° C bestimmt worden ist, und umfassen z.B. Polycaprolactam, Polyhexamethylenadipinamid, Polyhexamethylensebacinamid,
Copolymere der vorstehenden Polyamide sowie Polyamide auf der Grundlage der Kondensationsprodukte
von l.^-Cyclohexan-bis-methylenamin und einer linearen
aliphatischen Dicarbonsäure. Die kristallisierbaren Polyamid-Materialien können als Fäden ausgebildet werden, wobei die
üblichen Verfahren, wie z.H. Schmelzspinnverfahren, verwendet
werden.
Das nicht-verzogene Denier des ersponnenen Monofils liegt vorzugsweise im Bereich von 5oo bis ungefähr 5o ooo. Die
Monofile können kreisförmige oder nicht-kreisförmige Querschnitte, z.B. rechteckige oder bandartige Formen besitzen.
Der Ausdruck " im wesentlichen nicht-kristallin", wie er hier verwendet wird, soll "nicht-kristallin sowie nicht-stabile
kristalline Formen" umfassen, die während des Erspinnens und der Handhabung sofort danach und vor irgendeinem Verziehen
des Monofils von allein oder als Ergebnis der Handhabung oder Temperaturveränderungen auftreten können. Dementsprechend
schließt der Ausdruck "im wesentlichen nichtkristallin" notwendigerweise diejenigen Polyamid-Monofile
aus, die zum Zweck der Orientierung schon verzogen worden sind, z.B. bis zu einem Verzugsverhältnis von 1,5 : l,o.
Abgesehen von den vorgeschriebenen Verzugsschritten, kann Polycaprolactam eine vergleichsweise minimale Vororientierung
und geringe Menge stabiler Kristallstruktur in den Monofilen besitzen. Die nicht-stabile hexagonale Kristall*
form kann sich beim Erspinnen bilden. Während des Verziehens wird die Kristallstruktur in die thermodynamisch begünstigte
monokline Form überführt. Typische Kennzeichnungseigenschaften von im wesentlichen nicht-kristallinen Polycaprolactam-Monofilen
umfassen einen Doppelbrechungswert von o,ol und
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einen Schwingungsmodul (sonic modulus) von 2o g/d. Der Doppelbrechungswert und der Schwingungsmodul Werden in
der Art und Weise, wie sie bei Morgan, Vol. ^2,
Textile Research Journal, 866, (1966) beschrieben werden, bestimmt. Das weitwinklige Höntgenmuster ist im wesentlichen
ein amorpher Lichthof, wobei etwas hexagonale Kristallstruktur vorliegt. Die Dichte beträgt 1,12 g/cm , wie sie
durch das Schwürzungsabstufungsverfahren unter Verwendung eines Toluol-Tetrachlorkohlenstoffmediums gemessen wurde.
Das Dampfmedium kann jeglich geeigneten Flüssigkeitsdampf
oder Gemische von Flüssigkeitsdämpfen umfassen, die weichmachende Wirkung besitzen, ohne physikalisch die Polyamide
abzubauen und die als Dampfmedium bei den hier beabsichtigten Druck- und Temperaturbereichen aufrechterhalten werden
können. Beispiele geeigneter Stoffe umfassen Wasser und aliphatische
Alkohole, z.B. Methanol und Gemische dieser Stoffe. Zusätzlich können in relativ geringeren Mengen das Monofil
verändernde Reagenzien vom Dampfmedium aufgenommen werden,
um besondere Veränderungen des Monofils zu erreichen.
Aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen wird direkt erzeugter
Wasserdampf (steam) als überwiegender oder einziger Bestandteil des Dampfmediums (vapor) eingesetzt. Dementsprechend
wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von direkt erzeugtem Wasserdampf durchgeführt,
wobei es ersichtlich ist, daß die Verwendung der oben erwähnten Flüssigkeitsdämpfe oder deren Gemische Gegenstand
von entsprechenden Parametern ist, die hinsichtlich Wasserdampf diskutiert worden sind. Außerdem kann das Dampfmedium
oder der Wasserdampf anfänglich in einem trockenen Zustand sein, nämlich da* mitgerissene Flüssigkeit in
Tröpfchenform nicht vorhanden ist, da der Dampf, nachdem er mit der relativ kalten Fläche des Monofils in Kontakt gebracht
worden ist, kondensieren wird. Typischerweise enthält
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direkt erzeugter Wasserdampf ungefähr 3 Gewichtsprozent mitgerissenes Wasser in Tröpfchenform und schafft einen
geeigneten Verfahrensablauf, wobei Wassermengen in der Größenordnung von 1 Gewichtsprozent sich ebenfalls als zufriedenstellend
herausgestellt haben.
Der wirksame Druckbereich für die Dampfbehandlung reicht von
2 2
o,o7 .kg/cm bis lo,5 kg/cm . Es dürfte jedoch einleuchten,
daß der minimale mögliche Betriebsdruck lediglich eine Monofil-Temperatur sicherstellen muß, die größer ist als
die scheinbare Ubergangstemperatur zweiter Ordnung des besonderen Polyamids. Gleichermaßen ist der Maximumbetriebsdruck
derart, daß die entsprechende Temperatur geringer ist als die wirksame Schmelztemperatur des Polyamids. Der
bevorzugte Maximal-Betriebsdruck ist im allgemeinen jedoch dadurch begrenzt, daß Flächenunregelmäßigkeiten oder eine
Flächenätzung des Monofils auftritt. Der besondere Druck, bei dem eine Ätzung zuerst auftritt, ist abhängig von der
Ruhe - oder Kontaktzeit. Bei einer Ruhezeit von M bis 6
Sekunden ist ein Maximumbetriebsdruck von ungefähr ^,9 kg/cm
kennzeichnend.
Die Verweil- oder Kontaktzeit des Monofils in der Dampfbehandlung ist im allgemeinen geringer als Io Sekunden. Obwohl
eine längere Verweilzeit ebenfalls die gewünschten Ergebnisse liefert, ist ein weiterer Vorteil des Dampfmediums
in der Tatsache zu sehen, daß derartige Ergebnisse kennzeichnenderweise in weniger als Io Sekunden erreicht werden,
was wirtschaftlich äußerst praktisch ist. Die bevorzugte Kontaktzeit, die die hier erhaltenen verbesserten physikalischen Eigenschaften bewirkt, steht im Bezug zu variablen,
einschließlich der besonderen Dampf- oder Wasserdampfbe handlung,
dem Verzugsverhältnis und den Eigenschaften des besonderen Polyamid-Monofils, das behandelt werden soll. Aus
einem praktischen Grund ist die lineare Verarbeitunge-
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* 4$,
geschwindigkeit normalerweise größer als 3 m/min, wobei der ausgewählte Wasserdampfdruck eine entsprechende Temperatur von größer als loo° C besitzt.
geschwindigkeit normalerweise größer als 3 m/min, wobei der ausgewählte Wasserdampfdruck eine entsprechende Temperatur von größer als loo° C besitzt.
Der Ausdruck "Verzugsverhültnis", wie er hier angewendet
wird, ist allgemein in Übereinstimmung mit diesem Ausdruck, wie er im Stand der Technik verwendet wird, und er wird
eingesetzt, um das Gewichtsverhältnis einer Einheitslänge des Monofils vor und nach dem Verzug bzw. der Verstreckung
festzustellen. In diesem Fall wird das Gewichtsverhältnis durch das angezeigte Geschwindigkeitsverhältnis der Rollen,
zwischen denen das Monofil gezogen wird, annähernd festgestellt.
Es ist festgestellt worden, daß die Verwendung von direkt erzeugtem Wasserdampf beim Verstreckungsvorgang dazu
führt, daß das Verziehen erleichtert und ein wirksames Verziehen bei etwas niedrigeren Temperaturen gestattet wird.
Es wird angenommen, daß diese Feststellungen mit den überlegenen
Wärmeübergangseigenschaften des Dampfmediums zusammenhängen, z.B. Wasserdampf und ein weichmachender Effekt
durch das absorbierte Wasser. Der weichmachende Effekt des absorbierten Wassers oder ähnlicher weichmachender Reagenzien,
z.B. Alkohole mit niedrigem Molekulargewicht auf Monofilen,
soll wirksam die scheinebare Übergangstemperatur zweiter Ordnung erniedrigen und gestatten, daß das Verziehen bei
einer niedrigeren Temperatur abläuft. Ein anfängliches Verziehen dieser Art ergibt ein etwas geringeres Ausmaß der
molekularen Anordnung, aber ermöglicht jedoch im Vergleich zu Verfahren des Standes der Technik, für eine größere
Menge eine weitere molekulare Veränderung, und es wird angenommen, daß dies eine Monofil-Zwischenmorphologie ergibt,
die einzigartig verbesserte Festigkeitseigenschaften und Kombinationen der Festigkeitseigenschaften ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft entweder bei
"gekoppelten" oder "geteilten" Verfahren zum Herstellen von Polymaid-Monofilen verwendet werden. Die Vorrichtung
ist aus bekannten Einheiten zusammengesetzt, sie wird jedoch in einer abweichenden Weise von der, die bei der Behandlung
von Polyamid-Monofilen üblich verwendet wird, angeordnet und verwendet. Grundsätzlich umfaßt die Vorrichtung
«einen Extruder und eine Flüssigkeits-Kühlanordnung, üaletten (godet rolls), ein Dampfrohr oder Rohre, z.B.
das in der GB-PS 1 I67 696 offenbarte, Trocknurif.svorrichtungen
und ggf. Heißluftofen oder Infrarotofen, sowie Aufnahmerollen oder -spulen.
In Übereinstimmung mit der bekannten Technologie wird ein geeignetes Polyamid anfangs extrudiert und mit einer üblichen
Vorrichtung ersponnen. Das ersponnene Monofil wird sofort in einem üblichen Kühltank gehärtet, wo es um Rollen herum
vorgebildet wird, wobei das Monofil im wesentlichen an dieser Stelle nicht kristallin ist. In einem diskontinuierlichen
geteilten Verfahren wird das Monofil aus einem Kühltank gezogen und auf Vorratsrollen zur nachfolgenden
Verarbeitung gewickelt. Die Orientierung und/oder Kristallisation (zu stabilen Kristallstrukturen), die bei dieser
Verarbeitung und der möglichen Vorratsdauer des geteilten Verfahrens auftreten können, sind von untergeordnetem Ausmaß,
das den einzigartigen Nutzen, der durch die nachfolgende Dampf- oder Wasserdampfbehandlung des Monofils, wie sie
hier offenbart worden ist, nicht verringert.
In einem gekoppelten oder kontinuierlichen Verfahren wird
das Monofil vom Kühltank direkt zu einem ersten Satz von Galetten geführt. In einem geteilten oder diskontinuierlichen
Verfahren wird das Monofil von einer Vorratsrolle zur Zeit seiner nachfolgenden Verarbeitung zu einem ersten Satz von
Galetten geführt j und die weitere Monofil-Behandlung ist
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danach die gleiche im gekoppelten oder geteilten Verfahren, wie weiter unten beschrieben wird. Das Monofil durchläuft
von einem ersten Satz von Galetten durch ein Dampfrohr hindurch und danach um einen zweiten Satz von Galetten
herum, die mit dem ersten Satz von Galetten zusammenwirken, um das Monofil zu verziehen.
Wie schon vorher angedeutet wurde, besitzt das Dampfrohr einen ,üblichen Aufbau. Das Dampfrohr umfaßt Eingangs- und
Ausgangsöffnungen an seinen axialen Enden und besitzt eine äußere Umhüllung sowie einen perforierten Kern, die zu
sammenwirken, um eine ringförmige Kammer zur Aufnahme des unter Druck befindlichen Dampfes zu bilden. Der durchlöcherte
Kern begrenzt eine Durchführung, durch die das Monofil hindurchläuft, während es verzogen wird. Der perforierte Kern
besitzt eine Vielzahl von Durchbohrungen oder Dampfaus lässen entlang seiner Länge und um seinen Umfang herum,
um eine radial nach innen gerichtete Beaufschlagung des Dampfes auf das Monofil und um dessen Gesamtumfang herum
zu ermöglichen, unabhängig von der besonderen Ausgestaltung des Monofils. Auf diese Weise kann die Dampf- oder Wasser
dampfbeaufschlagung angemessen als eine im wesentlichen recht winklige Beaufschlagung zur Längsachse des Monofils um
dessen Gesamtumfang herum beschrieben werden. Die Wasser- dampfbeaufschlagungsgeschwindigkeit hängt von den anderen
Verfahrensparametern ab und kann sich einem Nullwert bei geeigneter Einstellung der anderen Parameter, als da sind
die Verweilzeit des Monofils innerhalb der Dampfröhre, annähern.
Das Verziehen des Monofils und, insbesondere die tatsächliche
physikalische Deformation des Monofils zwischen dem ersten und zweiten Satz der Galetten, läuft primär innerhalb des Dampfrohres ab. Der Verzug bzw. die Verstreckung
oder physikalische Deformation des Monofils innerhalb dee Dampfrohres ist gekennzeichnet durch die allmähliche Verjüngung
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der Faser von ihren unverzogenen Abmessungen bis zu ihren verzogenen Abmessungen. Man nimmt an, daß die Temperatur des Monofils während des Verziehvorganges sich
an die Kondensationstemperatur des Dampfes beim ausgewählten Betriebsdruck annähert.
Wie schon vorher angedeutet, wird das Monofil in der Dampfoder WasserdampfUmgebung in einem Verzugsverhältnis von
ungefähr 2,ο : 1 bis ungefähr 4,ο : 1 verzogen. Der Dampfdruck innerhalb der Dampfröhre liegt im Bereich von ungefähr o,o7 bis lo,5 kg/cm und vorzugsweise zwischen 1,4 bis
6,3 kg/cm2.
Nach dem Austritt aus dem Dampfrohr durchläuft das Monofil den zweiten Satz der Galetten und dann durch eine Lufttrockungsvorrichtung, die die Feuchtigkeit entfernt, die
auf der Oberfläche des Monofilaments sich angesammelt hat, ohne dabei jedoch die Temperatur des Monofils zu erhöhen.
Danach wird das Monofil weiter verzogen, um ein Gesamtverzugsverhältnis von ungefähr 5»o : 1 bis ungefähr 8,ο : 1
bei einer erhöhten Temperatur mittels eines zweiten und dritten Satzes von Galetten vorzusehen. Diese zweite Stufe
des Verziehens kann in einer trocknen, heißen Luft unter üblichen Betriebsbedingungen durchgeführt werden. Alternativ
kann die zweite Stufe des Nachverziehens ebenfalls in einer Dampf- oder Wasserdampf-Umgebung durchgeführt werden. Der
Verzug des Monofils in der ersten und zweiten Stufe mit DampfUmgebungen hat sich ebenfalls als wirksam in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ergeben.
Anschließend an die zweite Stufe des Verziehens kann das Monofil wahlweise einer Entspannungsbehandlung ausgesetzt
werden, bei der ein Verzugsverhältnis von ungefähr l,o : l,o aufrechterhalten wird, während das Monofil erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird. Die Wirkung dieser Behandlung soll
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eine verbesserte lineare Stabilität ohne bedeutende Veränderung in der Längsfestigkeit, der Schiingenfestigkeit
und anderen physikalischen Eigenschaften des Monofils vorsehen.
Wie vorher angedeutet, werden erfindungsgemäß verbesserte Längs- und Schlingenfestigkeitseigenschaften, sowie bevorzugte
Kombinationen dieser Eigenschaften geschaffen, als ein Ergebnis der Fähigkeit, diese Eigenschaften bei Polyamid-Monofilen
mit relativ hohen Denier, wie sie hier betrachtet werden, selektiv zu verändern. Zur Verdeutlichung der verbesserten
Kombinationen der Eigenschaften kann das vorliegende Verfahren dazu eingesetzt werden, sowohl gleichzeitig die
Längs- als auch die Schiingen-Festigkeitseigenschaften auf absolute Werte, die abhängig vom besonderen ausgewählten
Polyamid sind, zu vergrößern, was bisher mit den Verfahren des Standes der Technik nicht möglich gewesen ist. Z.B. können
Monofile, die erfindungsgemäß verarbeitet wurden, deren Produkt durch die Längs- und Schiingen-Festigkeitswerte gekennzeichnet
ist, kennzeichnenderweise Pestigkeits-Produktwerte
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von größer als 2o g /Denier aufweisen. Außerdem kann entweder die eine oder andere Festigkeitseigenschaft bevorzugt
gesteigert werden, während die andere bei einem annehmbaren Niveau aufrechterhalten wird.
Die Verbesserungen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und der ausgewählten Veränderung der Festigkeiten
erreicht werden, sind nicht mit üblichen Ofen-Verzugeverfahren
möglich, wie weiter unten durch die Beispiele der Tabelle I und der Tabelle II gezeigt wird. In jeder dieser
Tabellen handelt es sich bei dem Polyamid um Polycaprolactam, wobei zweistufige, konventionelle Ofen-Verzugsverfahren verwendet
wurden. Die Beispiele A bis F in der Tabelle I und A bis G in der Tabelle II zeigen die Wirkungen der Erhöhung '
des Verzugsverhältnisses in der ersten Stufe bei einer
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konstanten Ofentemperatur und die übrigen Beispiele zeigen Wirkungen der Erhöhung der Ofentemperatur in
der ersten Stufe bei einem konstanten Verzugsverhältnis. In sämtlichen Beispielen wird das Verzugsverhältnis
in der zweiten Stufe maximiert oder ein Niveau ausgewählt, das gerade unter dem Verzugsverhältnis liegt, bei
dem das Monofil zerreißt.
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■•■j | A | Erster | Gfenverzug | Ruhe | Zweiter | Ve r- | Temp . (° C) |
Il | Ofenverzug | verier | festif- | Schlinrer | i | .-esti£-- | |
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GIN/ | F | 3.50:1 | 37o | 4-6 | 1.47 | Il | Il | 1793 | 7.1 | 1.5 | 9.9 | ||||
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O | J | 4.50:1 | 37o | 4-6 | 1.47 | η | •I | 1788 | 7.3 | 1.3 | 9.6 | ||||
K | 3.75:1 | 26o | 4-6 | 1.47 | Il | 1788 | 7.3 | 1.4 | 10.2 | ||||||
3.75:1 | 29Ö | 4-6 | 1.47 | Il | 1769 | 7 4 | 1.3 | 9.5 ^J | |||||||
3.75:1 | •315 | 4-6 | 1.47 | Il | 6.8 |
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Probe
F
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J
K
L
M
Vereugsverhältnis 3.00:1 3.25:1
3.50:1 3.75:1 4.00:1 4.25:1 4.50:1 3.50:1 3.50:1 3.50:1 3.50:1 3.50:1 3.50:1
Temp. Ruhe-(0C) zeit
3*3 3*3 3*3 3*3 3*3 3*3 3*3
Z3o 26o
3*5 3*3 570
4-6
Verzugs- Te verhältnis (°C
1.74:1
1.60:1
1.48:1
1.39:1
1.30:1
1.22:1
1.15:1
1.5:1
1.5(1
1.5:1
1.5:1
1.5:1
1.5
η η η η
Ruhezeit
M..5
w
M
M
M
M
M
N
H
M
H
M
Denier 1942
1835 1791 1815 1829 1786 1786 1748 1736 1780 1744
1689 1666
Festigkeit
6.7 7.4 7.6 7.7 7.5 7.8 7.9 7.8 7.9 7.5
7.9 7.8 7.9
Schlingenfestig- Verlänkeit gerung
1.5 1.6 1.6 1.5 1.5 1.5 1.5 1.4 1.5 1.3 1.4 1.5 1.6
15.6 16.1 15.6 15.4 14.5 14.1 15.0 13.4 14.0 13.2 13.3 13.6 14.1
Festigkeit des Produkts
10.1
11.8
12.2
11.6
11.3
11.7
11.9
10.9
11.9
9.8
11.1
11.7
12.6
4 4t>
Bei der Durchsicht der Tabellen I und Ll ergibt sich augenscheinlich,
daß die Schiingenfestigkeit durch die Veränderungen beim Verzugsverhältnis und der Temperaturen in
der ersten Stufe bei hohen Gesamt Verzugsverhältnissen nicht beeinflußt wird, die notwendig sind, um ein Monofil
mit Heifenqualität zu erhalten. Weiter sind die Schlingeni'estigkeitswerte
in allen Fällen geringer als ?,ο g/Denier bei gemäßigten Längs-Festigkeitswerten. Ferner geht aus
diesen Beispielen offensichtlich hervor, daß die primären Verzugsparatemer, das Verzugsverhältnis und die Ofentemperatur
des Standes der Technik nicht wirksam verwendet werden können, um die Längs- und Schiingen-Festigkeitseigenschaften
selektiv zu verändern oder verbesserte Kombinationen der Eigenschaften vorzusehen.
Im Gegensatz zu den Mängeln bei den Verfahren des Standes der Technik sind die erfindungsgemäßen Vorteile schnell
mittels der ausgeführten Experimente aufgezeigt, die in der Tabelle III als Beispiele 1 bis b und den entsprechenden
Konturkarten beschrieben werden, die in den Fig. 1 bis 5 und IA bis 5A abgebildet sind. Die verwendete besonders ausgestaltete
Untersuchung ist ein Zweifaktor-pentagonales Schaubild, das sech3 Punkte als Angabe pro untersuchte abhängige
Variable benötigt. In jeder Karte stellt die vertikale Achse die unabhängige Variable, den Dampfdruck, dar
und die horizontale Achse ist die andere unabhängige Variable, nämlich das Verzugsverhältnis. In den Fig. 1 bis
sind die Konturkarten der Längsfestigkeit und der Schiingenfestigkeit zur besseren Illustration übereinandergelegt.
In den Fig. IA bis 5A sind die Konturkarteri de3 Produktes der
Länge- und Schlingenfestigkeitswerte für die entsprechenden Schaubilduntersuchungen, die in den Fig. 1 bis b gezeigt sind,
abgebildet. Auf diese Weise sind die Festigkeit und die Festigkeitswerte des Produktes, die für jede der Monofile
der Beispiele 1 bis 5 der Tabelle III erhältlich sind, die, wie in der Tabelle angeführt, hergestellt worden sind,
709832/08 7e9 ORIGINAL INSPECTED
graphisch in den entsprechenden Figuren 1 bis 5 und IA bis 5A
abgebildet. In sämtlichen Figuren wird nur ein Teil der Konturkarte zwischen den zugehörigen Verzugsverhältniswerten und den Wasserdampfdruckwerten gezeigt.
Bei den Versuchsproben dieser Experimente handelte es sich bei dem Polyamid um Caprolactam und die Variablen beim
Spritzguß- und Verzugsverfahren wurden konstant aufrechterhalten, außer für die zu untersuchenden unabhängigen Variablen.
Der Extruder, die Spinnkopfanordnung und die Form bei der
Extrudierstufe des Monofilaments waren z.B. die gleichen,
und in sämtlichen Fällen wurde ferner der gleiche übliche Kühlwassertank verwendet. Die Größe oder das Denier des extrudierten
Monofils und die lineare Geschwindigkeit oder Drehzahl der Verzieh- oder Verstreckungsvorrichtung wurde, wie
schon angedeutet, zu Vergleichszwecken verändert. In sämtlichen Fällen umfassen die Längs- und Schiingenfestigkeiten
die abhängigen Variablen.
Bei der ersten Stufe des Dampfverziehens wurden der Dampfdruck und das Verzugsverhältnis in den angegebenen Bereichen als
unabhängige Variable variiert. Das in der ersten Stufe des Verzugsverfahrens verwendete Dampfrohr besaßt einen üblichen
Aufbau, wie er schon oben beschrieben wurdq und der direkt erzeugte Wasserdampf enthielt ungefähr 3 Gewichtsprozent
mitgerissenes Wasser in Tröpfchenform und wurde als Dampfmedium eingesetzt. Die zweite Stufe des Verziehens wurde
mit üblichen Ofenverzugsverfahren durchgeführt, wobei eine
Maximierung des Verzugsverhältnisses in sämtlichen Fällen
verwendet wurde. Die Polymere mit einer relativen Viskosität von 3,2 wurden bei Ofentemperaturen um ungefähr U2B° C verzogen,
und die Polymere mit einer relativen Viskosität von 3>b
wurden bei einer Temperatur von ungefähr 166° C verzogen.
709832/0879
ORIGINAL INSPECTED
maxim. Wasserdarcpf-Verzugsbeding.u.Festigkeitswerte
Bei- relat. Ruhe- Geschwin- maxim. Festig-Festig-
spiel Viskosi- zeit digkeit Längen- keit keit Druck Verzugs- Längen- Schlingentät
(sec.) (ft./see) Denier werte (g/d) (g2/d2) verhältnis (g/d) (g/d)
3.2 3.2 3-2 3.5 3.5
ι.ο
Λ/6.O
^5.5 ^5.5
ν5·5
.ο
1.19.ο
4 2 οο | 8.2 | 4.0 | 3ο | 4ο - | 5ο | 3 | .ο | - 3-2 | 7.0 - 7.6 | 2.5 - | 4 | . ο |
37οο | 8.9 | 4.5 | 22 | 48 - | 5ο | 3 | .ο | - 4.ο | ι7.ο- 8.7 | 2.ο - | 4 | • 5 |
3οοο | 9.2 | 2.4 | 25 | 4ο - | 5ο | 3 | .ο | - 3.2 | 8.8 - 9.2 | 2.0 - | 2 | .4 |
28οο | 9.5 | 5.5 | 4ο | 44 - | 6ο | 2 | .7 | - 3.5 | V7.O- 9.5 | ^2.o- | 5 | .5 |
27οο | 9.ο | 5.0 | 4ο | 6ο - | 7ο | 2 | • 5 | - 3.5 | 7.3-19.0 | V2.0- | 5 | . ο |
. Af.
In der Tabelle III sind die zweckdienlichen Monofil-
Eigenschaften und Verarbeitungsparameter zusammen mit den
sich ergebenden Festigkeitseigenschaften zusammengestellt. Bei einem Vergleich mit Tabelle I und II zeigt sich deutlich,
daß die Maximum-Festigkeitswerte, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden, verbessert worden
sind und darüber hinaus verbesserte Kombinationen von Längsund Schiingenfestigkeitseigenschaften erhalten werden. So
zeigen z.B. die angegebenen Dampf-Verzugsbedingungen und die Festigkeitswerte Betriebsbereiche, die minimale Längsfestigkeitswerte
von ungefähr 7,o g/d und minimale Sehlingenfestigkeitswerte
von ungefähr 2,ο g/d aufweisen. Diese minimalen Festigkeitseigenschaften sind bei den Reifenanwendungsbereichen
wünschenswert. Die angegebenen Betriebsbereiche sind nicht erschöpfend,
so daß andere Dampf-Verzugsbedingungen eingesetzt
werden können, um die gewünschten Festigkeitseigenschaften zu
erhalten. Nach Fig. 2 ist es auch z.B. möglich, die erwähnten
Minimum-Festigkeitswerte dadurch zu erhalten, dar, ein Verzugsverhältnis
im Bereich von 3,ο bis 3,«' und ein Dampfdruck
'j
im bereich von 2,8 bis 3,5 kg/cm4" (Ίο bis ljo paig.) verwendet
im bereich von 2,8 bis 3,5 kg/cm4" (Ίο bis ljo paig.) verwendet
Zusätzlich zu den vorstehenden verbesserton Feutigkeitswerten
und deren Kombinationen ist es aus den Fig. 1 bis 5 leicht
ersichtlich, daß die Festigkeitswerte selektiv verändert werden kennen. Wenn z.B. eine besondere Anwendung einen maximalen
Schiingen-Festigkeitswert bei nur gemäßigten Festigkeitseigenschaften
benötigt, würde das Monofil der Fig. 1 bei einem Verzugsverhältnis von ungefähr 2,7 und einem Dampfdruck von
ungefähr 3,57 kg/cm (51 psig.) in der ersten Stufe des Dampfverzugsverfahrens
verwendet, um einen Schlingenfestigkeitswert
von ungefähr 5,5 g/d und einen Längs-Festigkeitswert
von ungefähr 8,3 g/d vorzusehen. Im Gegensatz dazu würde für eine Anwendung, die eine Maximierung der Längsfestigkeit
erfordert, die Herstellung durch Verzug des Monofils der Fig. k
709832/08*9
• 41.
bei einem Verzugs verhält nie von ungefähr· 3,2 und einem
Dampfdruck von ungefähr 3>t>
kg/crn^ (ungefähr ^o psig.)
in der ersten Stufe des Dampf Verzuges vorgenommen werden,
urn eine Längs festigke it von ungefähr Ί, b g/d und eine
3chlLngenfestigkeit von ungefähr 2,2 g/d vorzusehen. Dementsprechend
ist aus der Fig. 1 bis b leicht ersichtlich,
da(?> das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine ausgewählte
Veränderung der Feüt igkeitso igenschaf ten ermöglicht.
Die verbesserten FeL".tigkeitowerto und deren Kombinationen
werden weiter durch einen Vergleich der Längs- und Schlingenfestigkeiten
des Produktes in 'l'abelJe LLI oder den I1'ig. IA
bis 5A mit dem (.',leictien Produkt in den Tabellen I und II
aufgezeigt. Wie in Tabelle III gezeigt wird, liegt der Festigkeitswert des Produktes in sämtlichen Fällen über 2o, und es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, diesen Wert bei einem Niveau
von mindestens 2o für Reifenanwendungsbereiche aufrechtzuerhalten.
Im Gegensatz dazu sind die Festigkeitswerte des Produktes
des Standes der Technik, wie sie in Tabelle I und II gezeigt werden, im allgemeinen bedeutend niedriger.
Die verbesserten physikalischen Kigenschaften, die mit den
erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden, werden weiter durch die in Tabelle IV aufgeführten Beispiel f.» aufgezeigt.
Die Monofile in jedem dieser Beispiele wurden aus dem gleichen Polyamid-Polymer (Polycaprolactam) ersponnen und besitzen
eine relative Viskosität von 3,2 sowie eine rechteckige Ausgestaltung des Querschnitts. Die Monofile wurden, wie aufgezeigt,
verarbeitet, wobei in sämtlichen Fällen die zweite Verzugsotufe optimiert wurde. Die Beispiele A bis D wurden in
einem Üampf-Ofen-Verzugsverfahren durchgeführt und sie zeigen den erfindungsgemäß erreichbaren Wertebereich. Die Beispiele
P und G wurden in einem Dampf/Dampf-Verzugsverfahren in Übereinstimmung
mit dem vorliegenden Verfahren durchgeführt,und
sie zeigen die verbesserten physikalischen Eigenschaften,
7 0 9 8 3 2/087-9 ORIGINAL INSPECTED
die mit einem mehrfachen Dampf-Verzugsverfahren erreicht werden. Beispiel E stellt eine Kontrolle dar und wurde
in Übereinstimmung mit üblichen Ofen-Verzugsverfahren durchgeführt.
709832/0879
Bei- Herstellung
spiel 1. Verzug
Bedingungen 2. Verzug
Gesamt- Längs- Schlingen- Produkt- Dauer- Oberverzugs- festig- festig- festig- bie- fläcte
ver- keit keit keit gung
hältnis Denier (g/d) (g/d) (g2/dz) 45°
(Min.)
A Dampfdruck 2,94 kg/cm*
Verzugsverh. 3.08
B Dampfdruck 3,22 kg/cm2
Verzugsverh. 2.86
C Dampfdruck 2,8 kg/cm
Verzugsverh. 3.29
D Dampfdruck 3,36 kg/cm2
Verzugsverh. 3.00
E Trockenofen 428° C
Verzugsverh. 3.9o
P Dampfdruck 3,36 kg/cm2
Verzugsverh. 3·60
G Dampfdruck 2,8 kg/cm2
Verzugsverh. 2.78
Trockenofen 428°C Verzugsverh. 1.86
Trockenofen 428°C Verzugsverh· 1.96
Trockenofen 428°C Verzugsverh. 1.74
Trockenofen 428°C Verzugsverh. 1.83
Trockenofen 25o°C Verzugsverh. 1.4o
Dampfdruck 2,8 kg/cm Verzugsverh. 2.00
Dampfdruck 4,9 kg/cm Verzugsverh. 2.0
5.47 | 3ο92 | 9.3 |
5.62 | 3478 | 9.1 |
5.73 | 3294 | 8.8 |
5.49 | 3692 | 8.3 |
5.46 | 334ο | 8.1 |
7.2ο | 4ο67 | 7.3 |
5.56 | 4436 | 7.2 |
1.8
3.5
1.3
2.9
3.4
89
3.5 32 126
1.6 14 94
111
69
Außer den verbesserten Festigkeitseigenschaften zeigen die
Beispiele der Tabelle IV ferner eine verbesserte Dauerstandsfestigkeit, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erreichbar ist, wie durch die angegebenen SCEF-Eigenschaften wiedergegeben wird. Die SCEF-Dauerstandsprüfvorrichtung ist
derart aufgebaut, daß sie Druck und Spannung auf Cord oder Monofile mittels einer Scherwirkung (shearing action) ausüben
kann, wie sie von Forster et. al in "A New Improved Tire Cord Fatigue Tester, Vol. ^2, Nr. 4, Rubber Chemistry and
Technology, September 1969, beschrieben wird. In diesem Versuch werden Monofile in Gummi gehärtet und sie werden danach
in einer Längsrichtung in einem entstehenden Versuchsetreifen angeordnet. Der Streifen wird danach angrenzend
an seinen mittigen Teil in einer Gleitklammer befestigt, die schwingbar angeordnet ist. Der Streifen wird in einem Winkel
von M50 in Bezug zur Schwingungsrichtung angeordnet. Die
äußeren Enden des Versuchsstreifens sind in stationären Blocks befestigt, und eine Schwingungsbelastung wird auf die
,Gleitklammer durch ein Federpaar ausgeübt. Die Gleitklammer
wird so lange hin- und herbewegt, bis das Monofil versagt, wobei das angegebene Versuchsergebnis die Minutenzeit bis zum
Versagen angibt.
Die in Tabelle IVangegebene Verbesserung des Biegevermögens bzw. der Dauerstandsfestigkeit, die sich aus der anfänglichen
Dampf-Verzugsbehandlung ergibt, reicht von ungefähr 29 bis
ungefähr 83 J, bezogen auf das Kontrollbeispiel E. Die größten Verbesserungen weisen die Beispiele B und D auf, die mit den
relativ hohen Schiingen-Festigkeitseigenschaften übereinstimmen, die in Übereinstimmung mit ihren besonderen Herstellungsbedingungen
vorgesehen werden. Es dürfte jedoch einleuchten, daß die verbesserte Dauerstandsfestigkeit (flex life) in
samtliehen Fällen gefunden wurde, wenn eine anfängliche Dampfverstreckung
eingesetzt wurde.
Die Beispiele der Tabelle IV wurden ferner in Hinsicht auf
709832/08,79
ihre Oberflächeriglätte nach der Herstellung untersucht. Die
Flächen der Monofile wurden mit einem Abtastelektronenmikroskop bei Vergrößerungen von 65 und 26o untersucht, um das Auftreten
von Verätzungen oder Oberflächenunregelmäßigkeiten zu bewerten. Die Glätte jedes Monofils wurde subjektiv bewertet, wie in der
Tabelle IV angegeben. Die Bezeichnung N (nicht geätzt) wurde denjenigen Monofil-Oberflachen zugeordnet, die im wesentlichen
keine Oberflächenätzungen oder Unregelmäßigkeiten aufwiesen. Die Monofil-Oberflachen, die im wesentlichen kontinuierlich
verätzt oder in Hinsicht auf ihre Flächenkontur-Veränderungen in der Höhe in der Größenordnung von o,ol mm unregelmäßig waren,
wurden mit der Bezeichnung HE (stark geätzt) versehen. Monofil-Oberflächen mit gelegentlichen Verätzungen oder Unregelmäßigkeiten,
die überwiegend durch eine kontinuierliche glatte Charakteristik gekennzeichnet sind, wurden mit der Bezeichnung
SE (schwach geätzt) versehen. Eine Monofilflache, die eine
bedeutende, aber nicht kontinuierliche Flächenverätzung oder unregelmäßige Beschaffenheit zeigt, wurde mit der Bezeichnung
ME (mäßig geätzt) versehen.
Die Monofile der Beispiele der Tabelle IV, außer Beispiel G, besaßen glatte Flächenbeschaffenheiten, die für das Haftvermögen
mit Elastomeren oder Gummimaterialien nicht nachteilig sind, wie weiter unten gezeigt wird. Das Monofil im
Beispiel G erwies sich als mäßig geätzt und spiegelt dadurch den relativ hohen Dampfdruck der Verzugsbedingungen wieder.
Bezüglich der Tabelle V ist das in den Beispielen A bis J verwendete Monofil identisch mit dem in Tabelle IV verwendeten.
In dieser Tabelle werden eine Anzahl von Abänderungen in der Herstellung untersucht, wie sie noch weiter unten im
einzelnen diskutiert werden.
709832/0879
Bei-1)Herstellung Bedingungen
spiel 1. Verzug 2. Verzug
2)
Gesamt- Längs- Schiin- Produkt- Dauer-3. Verzug ver- fe- genfe- biegung
zugs stig- stig- J6?;18" 45°
verh. Denier keit keit /2,α2\ (Min) Haftung
(g/d) (g/d) (g /d >
Oberfläche
A |
Trockenofen Trockenofen
428° C 25o° C Verzugsverh.. Verzugsverh. 3.90 1.4 |
Dampfdruck,
5,95 kg/cm* Verzugsverh. I.o5 |
5.46 | 4188 | 8.1 | 2.0 | 16 | |
B | η η |
Dampfdruck
6,3 kg/cnT Verzugsverh. I.o5 |
5.46 | 4390 | 8.0 | 2.8 | 2 | |
σ | C | η η |
Dampfdruck
8,4 kg/cm2 Verzugsverh. I.05 |
5.46 | 426e | 7.8 | 3-9 | 3o |
co CO |
D | μ η | keine | 5.46 | 4324 | 8.0 | 1.6 | 13 |
32/08 | E |
Dampfdruck Trockenofen
3,5 kg/cnr 428° C Vereugsverh. Verzugsverh. 3.25 1.77 |
Dampfdruck
2,8 cm/kg2 Verzugsverh. 0.96 |
5.76 | 3125 | 7.7 | 2.8 | 22 |
CD | F | 11 η V |
Dampfdruck
Verzugsverh. 0.96 |
5.76 | 3192 | 7.8 | 3.9 | 3o |
G | η η | keine | 5.76 | 3178 | 7.9 | 2.6 | 21 | |
H |
Dampfdruck Trockenofen
3,29 kg/cm2 428° C Verzugsverh. Verzugsverh. 3.20 2.26 |
keine | 7.24 | 3554 | 7.4 | 4.3 | 31 | |
I |
Dampfdruck Trockenofen
3,29 kg/cm2 428° C Verzugsverh. Verzugsverh. 3.50 2.00 |
keine | 7 .00 | 3745 | 8.8 | 2.8 | 24 | |
J |
Trockenofen Trockenofen
428° C 25oO C Verzugsverh. Verzugsverh. 3.9o 1.4o |
keine | 5.76 | 4122 | 7.8 | 1.0 | 8 |
67
65
61
loo
122
loo
loo
Q Pl
E O
SE
HE
ME
N N
N N
- a§ • J*.
Anmerkungen zu Tabelle V:
1) Bei allen Wasserdampfbehandlungen wurde direkt erzeugter Wasserdampf verwendet, der ungefähr 3 Gewichtsprozent
mitgerissenes Wasser in Tröpfchenform enthielt.
2) SCEF-Werte für nicht-eingetauchte Monofile und haftungsaktiviertes
Material.
Die Beispiele A bis C in Tabelle V zeigen die Wirkung einer Wasserdampf-Verzugsbehandlung, die auf übliche Ofen-Verzugsverfahren
des Standes der Technik folgt. Die Monofile der Beispiele A bis C wurden anfangs in mehrfachen Ofen-Verzugsschritten
mit einer Optimierung beim zweiten Verzug verzogen, und danach einer dritten Verzugsstufe unterworfen, bei der
das Verzugsverhältnis im wesentlichen bei einem l,o-Wert aufrechterhalten wurde. Der Wasserdampfdruck in der dritten
Verzugsstufe der Beispiele A bis C wurde progressiv, wie angegeben, gesteigert.
Wie durch die Beispiele A - C in der Tabelle V gezeigt wird, ergab die Verwendung einer nachfolgenden Wasserdampf-Verzugsstufe
keine ausgewählte Veränderung der Festigkeitseigenschaften, obwohl es sich herausgestellt hat, daß Steigerungen
in der Schiingenfestigkeit bei erhöhtem Dampfdruck auftreten. Die Steigerungen in den Schlingenfestigkeitswerten wurden
jedoch durch entsprechende Zunahme des Niveaus der Verätzung oder Unregelmäßigkeiten in den Monofil-Oberflachen begleitet.
Es hat sich herausgestellt, daß die Verätzung der Monofil-Oberfläche
mit der Haftung des Monofils auf dem Gummimaterial abnimmt. Ein T-Zußkrafthaftuncsversuch wurde verwendet, um
die Haftung eines nicht-eingetauchten Monofils der Beispiele A bis C mit dem haftenden aktivierten Gummimaterial mit dem
des Kontrollbeispiels D zu vergleichen. Im T-Zugkrafthaftungsversuch wird das Monofil in einem Gummiblock mit einer axialen
Durchdringung im Block von 0,^5 cm gehärtet. Der Gummiblock
709832/0879
N.
wird auf llo° C erwärmt und das Monoi'il wird danach seiner
Längsachse nach gezogen, bis es vom Gurnmiblock getrennt ist.
Dem Kontrollbeispiel D wurde ein Haftungsnivcau von loo zugeordnet und die Beispiele Λ bis C ergaben die entsprechend
angegebenen Werte, basierend auf ihrer Leistung im T-Zugkraftllaftungsversuch.
Die entsprechende Abnahme der Haftung mit
zunehmender Oberflächenverätzung oder Unregelmäßigkeit ist
offensichtlich und tritt besonders deutlich hinsichtlich Beispiel C hervor, bei dem das Biegevermögen bzw. die Dauerstandsfestigkeit
ebenfalls relativ stark abnimmt.
Die Beispiele K bis I der Tabelle V zeigen weiter die mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile. Die Beispiele H und 1 sind direkt mit dem Kontrollbeispiel J
vergleichbar und zeigen die Aufrechterhaitung von Haftung und Dauerstandsfestigkeitseigenschaften bei verbesserter
Schlirigenfestigkeit.
Die Gründe für die Abnahme der Haftung bei einer Zunahme des Ausmasses der OberflächenVerätzung oder der Unregelmäßigkeit
des Monofils sind nicht ohne weiteres zu verstehen.
Hinsichtlich der physikalischen Beschaffenheiten einer stark verätzten Monofil-Oberflache nimmt man an, οaft es schwieriger
für das Gummimaterial sein kann, mit dein die Haftung vorgenommen
wird, in Kontakt mit der gesamten Oberfläche des Monofils zu stehen. In bereichen, wo ein Leerraum zwischen
der Berührungsfläche /.wischen den Gummi- und f-ionof il-Oberflächen
vorhanden ist, würde eine Ausbreitung der Trennung während einer Beanspruchung leicht eingeleitet werden, so daß
ein relativ niedrig.es Ausmaß von Haftung sich dann ergibt. Liegen keine derartigen Leerräume vor, ist es notwendig,
größere Belastungskräfte zu erzeugen, um eine Trennung und das endgültige Versagen der Haftung zu bewirken. Ferner können
höhere Dampfdrucke, die während der wirksamen Dampfbehandlung des verzogenen Nylons verwendet werden, ein zu hohes Ausmaß
von Kristallinität auf der Faseroberfläche bewirken.
709832/0879
• 10'
In Verbindung mit Tabelle VI werden die Herstellungsbedingungen und physikalischen Eigenschaften von Monofilen
gezeigt, die aus einem Polycapr&lactam-Material hergestellt
worden sind, das eine relative Viskosität von 3,5 besitzt. Dabei werden hohe Festigkeiteeigenschaften und gutes Biegungsvermögen
(flex life) ohne Oberflächenätzurigen oder Unregelmäßigkeiten
erzielt. Zusätzlich zeigt der Vergleich mit deoi Kontrollbeispiel E, daß die eingesetzten Verzugsverfahren
des Standes der Techn Lk nicht dazu fähig sind,
die verbesserten Fest, igkeitseigenschaften zu erreichen. Dementsprechend
wird das erf indungsgem'iße Verfahren vorteilhaft
dazu eingesetzt, verbesserte Festigkeitseigenschaften
und deren Kombinationen, verbesserte biegungs- und llaftungseigenschaften
bei Polyamid-Monofilen mit erhöhter relativer
Viskosität, zu entwickeln.
709832/08 79
ORIGINAL INSPECTED
Herstellungs- bzw. Verarbeit'-nfjsbedingungcn
Beispiel 1. Verzug
2. Verzug
3. Verzug
Dampfdruck
3,92 kg/cm*
Verzugsverh.
2.52
Dampfdruck^
3,92 kg/cm
Verzugsverh.
3.38
Dampfdruck«
3,92 kg/cm
Verzugsverh.
3.00
Dampfdruck
3,5 kg/cm2
Verzugsverh.
3.I0
428° C
VerzugBverh.
428° C
Verzugsverh.
2.13
Trockenofen 4280 C
Verzugsverh.
1.81
Trockenofen 428° C
Verzugsverh.
I.80
428° C
Verzugsverh.
1.76
25οδ C
Verzugsverh.
1.4o
2600 C Verzugsverh.
0.96
265° C Verzugsverh.
0.96
269° C Verzugsverh.
0.93 keine
5.15 3000 7.7
5.88 3.000 I.7 3.2
5.18 3o5o 8.7
5.o7 295ο 9.2 3.7
5.45 3I00 6.7
31»
28
47
243 67.6
loo
7^.9
147 86.8
1ο7 Ι07.0
1) Bei sämtlichen Wasserdampfbehandlungen wurde direkt erzeugter Wasserdampf verwendet, der ungefähr 3
Gewichtsprozent mitgerissenes Wasser in Tropfche^form enthielt.
2) SCEF-Werte gelten für eingetauchte Monofilamente und für gleichmäßig mit einer dünnen Gummischicht überzogenes Material, das bei 71° C getestet wurde. Gummischicht übersogenc» Material
3) Haftung bei einem T-Zugkraftversuch, geprüft mit eingetauchten Monofilen und gleichmäßig mit einer dünnen
" - β-τ •it.
Weiter werden in Verbindung mit Tabelle VlI die Vorteile
ues vorliegenden Verfahrens hinsichtlich äquivalenter Monofil-Materialien und Abänderungen in den Verfahrensbedingungen aufgezeigt und mit den Verfahren des
Standes der Technik verglichen.
709832/0879
Beispiel 1. Verzug
2. Verzug
3. Verzug Gesamt- Längs- Schiin- VerVerzugs- festig-genfe- länverh.
Denier keit stig- ge-(g/d) keit rung (g/d) (X)
Dampfdruck 1,26 kg/cm Ofen looo° C Verzugsverhältnis 2Λ Verzugsverhältnis
5.3 195o 7.ο 2.5 11
Ofen 77o° C Ofen Io95° C
Verzugsverhältnis 3·3 Verzugsverhältnis
Dampfdruck 2,8-5,6
kg/cm Ofen 6oo C Ofen 6oo C
Verzugsverhältnis 1.6 Verzugsverhältnis 2.ο Verzugsverh.2.1
Ofen 6oo° C Ofen 6oo° C
Verzugsverhältnis 3·ο Verzugsverhältnis 2.ο
6.3 26i)o 5.2 o.
6.7 15oo 7-1 3·1»
6.0 1.429 7.5 1.3 11
In den Beispielen Λ und B der Tabelle VII ist das
Polyamid poly(trans-l,^-cyclohexylendimethyl· azelamid),
das eine relative Viskosität von 3»2 besitzt. Das Kontrollbeispiel B repräsentiert die Herstellung- bzw. Verarbeitungsverfahren des Standes der Technik.
Polyamid poly(trans-l,^-cyclohexylendimethyl· azelamid),
das eine relative Viskosität von 3»2 besitzt. Das Kontrollbeispiel B repräsentiert die Herstellung- bzw. Verarbeitungsverfahren des Standes der Technik.
Die Beispiele C und D der Tabelle VII zeigen getrennte
Verarbeitungsverfahren und die Verwendung einer ülhärtung (oil quench). Das in diesen Beispielen yerwendetePolyamid war Polycaprolactam, das eine relative Viskosität von 3,2 besitzt. Die Monofile wurden in einen üblichen Abschreckbehälter gesponnen und danach auf eine Spule gewickelt
und vor der weiteren Verarbeitung einen Tag lang aufbewahrt. Die Monofile wurden ebenfalls auf Spulen gewickelt und für Zeitspannen von einem Tag zwischen jedem der weiteren Verzugs- bzw. Verstreckungsschritte aufbewahrt. Das Kontrollbeispiel D zeigt die Daten der Verarbeitungsverfahren des Standes der Technik.
Verarbeitungsverfahren und die Verwendung einer ülhärtung (oil quench). Das in diesen Beispielen yerwendetePolyamid war Polycaprolactam, das eine relative Viskosität von 3,2 besitzt. Die Monofile wurden in einen üblichen Abschreckbehälter gesponnen und danach auf eine Spule gewickelt
und vor der weiteren Verarbeitung einen Tag lang aufbewahrt. Die Monofile wurden ebenfalls auf Spulen gewickelt und für Zeitspannen von einem Tag zwischen jedem der weiteren Verzugs- bzw. Verstreckungsschritte aufbewahrt. Das Kontrollbeispiel D zeigt die Daten der Verarbeitungsverfahren des Standes der Technik.
709832/0879
Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zum Verziehen bzw. Verstrecken von Polyamid-Monofilen zur Verbesserung ihrer Biegungs- und Festigkeitseigenschaften, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:a) teilweises Vorverziehen eines noch nicht zur Orientierung verzogenen dehnbaren ersponnenen Polyamid-Monofils, das eine relative Viskosität von mindestens 2,5 und einen Denier von 5oo bis 5o ooo besitzt, in einem Verzugsverhältnis von mindestens 2,ο : l,o und geringer als 1J,ο : l,o, während das Monofil mit einem Dampfmedium bei einer erhöhten Temperatur und Druck in Kontakt gebracht wird;b) Nachverziehen des Monofils in einem an a) anschließenden Verfahrensschritt des Verziehens bis zu einem Gesamtverzugsverhältnis von ungefähr 5,ο : l,o bis ungefähr 8,o : l,o.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verfahrensschritt des Nachverziehens durchgeführt wird, während das Monofil auf eine wirksame Temperatur von mindestens 5o C im Trockenen erhitzt wird.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verfahrensschritt des Verziehens durchgeführt wird, während das Monofil einem Dampfmedium ausgesetzt wird, das eine mitgerissene tröpfchenartige Flüssigkeit bei einer erhöhten Temperatur umfaßt.^. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfmedium mindestens 1 Gewichtspi'ozent der tröpfchen- U artigen Flüssigkeit umfaßt.709832/0879ORIGINAL INSPECTED5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfmedium direkt erzeugter Wasserdampf ist, der mindestens 1 Gewichtsprozent mitgerissenes Wasser in Tropfchenform umfaßt.6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß das Monofil dem direkt erzeugten Wasserdampf bei einem2 2Druck, von o,o7 kg/cm bis lo,5 kg/cm beim ersten Verfahrensschritt des Verziehens ausgesetzt wird.7. Verfahren nach Anspruch ύ , dadurch gekennzeichnet, daß das Monofil direkt erzeugtem Wasserdampf für eine geringere Zeitspanne als Io Sekunden beim ersten Verfahrensschritt des Verziehens ausgesetzt wird.8. Verfahren zum Behandeln eines Polycaprolactam-Monofils zur Verbesserung seiner Biegungs- und Festigkeitseigenschaften, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:a) teilweises Vorverziehen eines dehnbaren ersponnen Polyamid-Monofils, das einen kleineren Doppelbrechungswert als o,öl, eine relative Viskosität von mindestens 2,5 und einen Denier von 5oo bis bo ooo besitzt, in einem Verzugsverhältnis von mindestens 2,ο : l,o und geringer als ^,o : l,o, während das f:onofil mit direkt erzeugtem Wasserdampf bei erhöhter Temperatur und Druck in Kontakt gebracht wird, um die Temperatur des Monofils über die Ubergangstemperatur zweiter Ordnung zu erhöhen, jedoch unter der Schmelztemperatur (apparent melt temperature) des besonderen Polyamids zu halten;b) Nachverziehen des Monofils in einem an a) anschließenden zweiten Verfahrensschritt des Verziehens in einem Verzugsverhältnis von mindestens l,b : l,o und bis zu einem Gesamtverzugsverhältnis von ungefähr 5,ο : l,obis ungefähr 8,ο : l,o, wobei dadurch die Festigkeitbei Längsorientierung auf einein Wert von größer als 7,ο g/den709832/0879ORIGINAL INSPECTED*3.und die Schiingenfestigkeit auf einen Wert von größer als 2,o g/den erhöht wurde und das Produkt dieser Festigkeitswerte einen Wert von größer als 2o g /den besitzt.709832/0879
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US65535276A | 1976-02-05 | 1976-02-05 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|---|---|
DE19772702717 Pending DE2702717A1 (de) | 1976-02-05 | 1977-01-24 | Verfahren zum verziehen von polyamid- monofilen |
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