DE2747690A1 - Hochleistungs-polyesterfilamentgarn - Google Patents
Hochleistungs-polyesterfilamentgarnInfo
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- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
- D01F6/62—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyesters
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Description
PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler + 1973
Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, JC*»n
Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. AIeIc von Kreisler, Köln
Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selling, Köln
Ke/Ax/To.
DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF
Avenue of the Americas, New York, N.Y. 10036 (V.St.A.)
Hochleistungs-Polyesterfilamentgarn
609817/0967
Telefon: (02 21) 23 45 41 - 4 ■ Telex: 8882307 dopa d ■ Telegramm: Dompolcnt Köln
Hochleistungs-Polyesterfilamentgarn
Polyäthylenterephthalatfäden von hoher Festigkeit sind bekannt und werden weitgehend für technische Zwecke verwendet.
Diese Fäden können sich von den üblichen textlien Polyesterfasern durch ihre höhere Bruchfestigkeit
und höhere Modulwerte und häufig durch einen höheren Titer pro Faden unterscheiden. Beispielsweise haben
technische Polyesterfasern gewöhnlich eine Bruchfestigkeit von wenigstens 7,5 (z.B. 8+) g/den und einen Einzeltiter
von etwa 3 bis 15 den, während textile PoIyesterfasern
im allgemeinen eine Bruchfestigkeit von etwa 3,5 bis 4,5 g/den und einen Einzeltiter pro Faden
von etwa 1 bis 2 den haben. Technische Polyesterfasern werden im allgemeinen für die Herstellung von Reifencord,
Förderbändern, Sicherheitsgurten, Keilriemen,
15 Schläuchen, Nähgarn, Teppichen usw. verwendet.
Wenn Polyäthylenterephthalat als Ausgangsmaterial verwendet wird, wird zur Herstellung von Textilfasern ein
Polymerisat mit einer Grenzviskosität von etwa 0,6 bis 0,7 dl/g und für die Herstellung von technischen Fasern
ein Polymerisat mit einer Grenzviskosität von etwa 0,7 bis 1,0 dl/g verwendet. Sowohl mit hoher Spannung als
auch mit niedriger Spannung arbeitende Spinnverfahren (high stress and low stress spinning processes) werden
für die Herstellung von Polyesterfasern angewandt. Als repräsentative Spinnverfahren, die bisher vorgeschlagen
wurden und mit höherer als üblicher Spannung des Spinngutes arbeiten, sind beispielsweise die in den
US-PSen 2 604 667, 2 604 689, 3 946 100 und in der
—_ _—8
GB-PS 1 375 151 beschriebenen Verfahren zu nennen. Polyesterfasern wurden jedoch bisher häufiger unter An-
\ wendung einer verhältnismäßig niedrigen Spannung herge-
; stellt, wobei ein Fadenmaterial mit verhältnismäßig niedriger Doppelbrechung (d.h. Unter etwa +2 χ 10~ )
! erhalten wird, das sich insbesondere zur starken Heißvers tr eckung eignet, wodurch schließlich die erforderlichen Festigkeitswerte ausgebildet werden. Diese
frisch gesponnenen Polyesterfasern werden gewöhnlich anschließend heiß verstreckt. Diese Verstreckung kann
im Rahmen des Spinnprozesses zur Herstellung von Textilfasern sowie technischen Fasern vorgenommen werden,
um die erforderlichen Festigkeitseigenschaften auszu-
! bilden.
15 Die bekannten Polyäthylenterephthalatfasern von hoher
Festigkeit (z.B. wenigstens 7,5 g/den) schrumpfen im allgemeinen stark (z.B. um wenigstens 10 %), wenn sie
erhitzt werden. Ferner wurde bei Verwendung dieser j technischen Polyesterfasern im Kautschuk von Luftrei-
2O fen festgestellt, daß die Fasern während des Rollens
des Reifens während der Fahrt während jeder Umdrehung ι des Reifens abwechselnd in einem sehr geringen Maße
gereckt und entspannt werden. Genauer gesagt, der innere Luftdruck beansprucht die FaserverStärkung des
Reifens, und die Drehung des Reifens unter axialer Belastung ruft dauernde Änderungen
der Be- und Entlastungen hervor. Da während des Verstreckens der Fasern mehr Energie verbraucht
als während der Entspannung der Fasern zurückgewonnen wird, wird der Unterschied in der Energie als Wärme
verzehrt und kann als Hysteresis- oder Arbeitsverlust bezeichnet werden. Daher wird ein starker Temperaturanstieg bei rollenden Reifen während der Fahrt beobachtet. Dieser Temperaturanstieg ist wenigstens teilweise diesem Faserhysteresiseffekt zuzuschreiben.
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Durch langsamere Wärmeerzeugung in Luftreifen werden die Betriebstemperaturen gesenkt, höhere Modulwerte in der
Verstärkungsfaser aufrecht erhalten und die Lebensdauer
der Fasern durch Herabsetzung des Abbaues in der Verstärkungsfaser
und in der Gummimatrix auf ein Minimum verlängert. Der Einfluß von Kautschuken mit niedrigerer
Hysteresis ist bereits erkannt worden. Hierzu wird beispielsweise auf Rubber Chem. Technol., 45 (1972), 1,
von P. Kainradl und G. Kaufmann verwiesen, über Hysteresisdifferenzen
in Verstärkungsfasern, insbesondere Hysteresisdifferenzen zwischen verschiedenen Polyesterfasern,
ist jedoch wenig veröffentlicht worden. Hierzu wird beispielsweise auf die US-PS 3 553 307 verwiesen.
Gegenstand des Patents (Patentanmeldung
P vom gleichen Tage entsprechend der
US-Patentanmeldung 735 849) der Anmelderin ist ein neues Verfahren, nach dem das Garn gemäß der Erfindung hergestellt
werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Hochleistungs-Polyestergarn
von hoher Festigkeit, das sich besonders gut für technische Zwecke eignet, eine ungewöhnlich
stabile innere Struktur und eine ungewöhnlich geringe Schrumpfung bei erhöhten Temperaturen (d.h. verbesserte
Maßhaltigkeit) aufweist, als Faserverstärkung in Luftreifen besonders gut geeignet ist und bedeutend
niedrigere Hysteresiswerte (d.h. Wärmeerzeugung) aufweist als die bekannten Polyesterfasermaterialien.
Die Erfindung umfaßt ferner einen Luftreifen, in dem das Hochleistungs-Filamentgarn gemäß der Erfindung als Faserverstärkung
dient, die an die Stelle der bisher verwendeten verstärkenden Polyesterfasern tritt.
Das verbesserte Hochleistungs-Polyesterfilamentgarn ge-
—.-'. 809617/0967
maß der Erfindung enthält wenigstens 85 Mol-% Polyäthylenterephthalat, hat einen Titer pro Einzelfaden von
1 bis 20 den, zeigt keine wesentliche Neigung, sich bei Einwirkung von Wärme selbst zu kräuseln, und weist eine
ungewöhnlich stabile innere Struktur auf, wie die folgende neue Kombination von Eigenschaften zeigt:
a) Ein Doppelbrechungswert von +0,160 bis +0,189,
b) ein Stabilitätsindexwert von 6 bis 45, ermittelt durch Bildung des reziproken Wertes des Produkts,
das erhalten worden ist durch Multiplizieren der
Schrumpfung bei 175°C an der Luft in Prozent mit dem
Arbeitsverlust bei 150°C, wenn das Garn zwischen einer Spannung von 0,6 g/den und 0,05 g/den wechselt,
gemessen bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit von
12,7 mm/Minute in inch-pounds an einer 25,4 cm langen Garnprobe, die zu derjenigen eines Filamentgarns
mit einem Gesamttiter von 1000 den normalisiert worden ist, und
c) ein Festigkeitsindexwert von mehr als 825, der bei 25°C gemessen und durch Multiplizieren der in g/den
ausgedrückten Bruchfestigkeit mit dem in g/den ausgedrückten Anfangsmodul ermittelt wird.
Es wurde ferner gefunden, daß ein verbessertes Hochleistungs-Polyesterfilamentgarn wenigstens 85 Mol-% PoIy-
äthylenterephthalat enthält, einen Einzeltiter pro Faden von 1 bis 20 den hat und keine wesentliche Neigung,
sich bei Einwirkung von Wärme von selbst zu kräuseln, und eine ungewöhnlich stabile innere Struktur aufweist,
wie die folgende neue Kombination von Eigenschaften
30 zeigt:
6Q
a) Eine Kristallinität von 45 bis 55 %,
b) eine kristalline Orientierungsfunktion von wenigstens 0,97,
c) eine amorphe Orientierungsfunktion von 0,37 bis 0,60,
d) eine Schrumpfung von weniger als 8,5 % an der Luft bei 175°C,
e) einen Anfangsmodul von wenigstens 110 g/den bei 25°C,
f) eine Bruchfestigkeit von wenigstens 7,5 g/den bei 25°C und
10 g) ein Arbeitsverlust von 0,0046 bis 0,023 cmkg
(0.004 bis 0.02 inch-pounds), wenn das Garn zwischen einer Spannung von 0,6 g/den und 0,05 g/den bei
150C wechselt, gemessen bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit von 12,7 cm/Minute an einer 25,4 cm
langen Garnprobe, die zu derjenigen eines Filamentgarns mit einem Gesamttiter von 1000 den normalisiert
worden ist.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine dreidimensionale Darstellung, in der die Doppelbrechung (+0,160 bis +0,189), der Stabilitätsindex
wert (6 bis 45) und der Festigkeitsindexwert (830 bis 2500) eines verbesserten Polyesterfilamentgarns gemäß
der Erfindung mit einer ungewöhnlich stabilen inneren Struktur, die die genannte neuartige Kombination von
Eigenschaften zeigt, aufgetragen sind. Auf diese Eigenschaften des Filamentgarns wird nachstehend ausführlicher
eingegangen.
Fig. 2 zeigt eine repräsentative Hysteresisschleife (Arbeitsverlust) für ein übliches Reifencordgarn des
Standes der Technik aus Polyäthylenterephthalat mit
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einem Titer von TOOO den bei einer Länge von 25,4 cm.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine repräsentative Anordnung von Haschinen und Apparaturen für die Durchführung eines
Verfahrens, nach dem das Polyesterfilamentgarn gemäß der
Erfindung hergestellt wird.
Das erfindungsgemäße Polyesterfilamentgarn von hoher
Festigkeit weist eine ungewöhnlich stabile innere Struktur auf, die nachstehend beschrieben wird, und enthält
wenigstens 85 Mol-%, vorzugsweise wenigstens 90 Mol-%,
Polyäthylenterephthalat. Bei einer besonders bevorzugten
Ausführungsform besteht der Polyester im wesentlichen
vollständig aus Polyäthylenterephthalat. Es ist auch möglich, daß der Polyester als Copolymereinheiten geringe
Mengen Einheiten enthält, die von einem oder mehreren esterbildenden Bestandteilen außer Äthylenglykol
und Terephthalsäure oder ihren Derivaten abgeleitet sind. Beispielsweise kann der Polyester 85 bis
1OO Mol-% (vorzugsweise 9O bis 100 Mol-%) Strukturein- ; heiten aus Polyäthylenterephthalat und 0 bis 15 Mol-%
20 (vorzugsweise 0 bis 1O Mol-%) andere copolymerisierte
Estereinheiten als Polyäthylenterephthalat enthalten, Als Beispiele anderer esterbildender Bestandteile, die
! mit den Polyäthylenterephthalateinheiten copolymerisiert sein können, sind Glykole, z.B. Diäthylenglykol, Tri-25
methylenglykol, Tetramethylenglykol und Hexamethylenglykol, und Dicarbonsäuren, z.B. Isophthalsäure, Hexahydroterephthalsäure,
Dibenzoesäure, Adipinsäure, Sebacinsäure und Azelainsäure, zu nennen.
Das Filamentgarn gemäß der Erfindung hat im allgemeinen einen Titer pro Faden von etwa 1 bis 20 den (z.B. etwa
3 bis 15 den) und besteht gewöhnlich aus etwa 6 bis 600 Endlosfäden (z.B. etwa 20 bis 400 Endlosfäden). Der
Einzeltiter pro Faden und die Zahl der im Garn vorhan-
309017/0967
denen Endlosfäden kann, wie für den Fachmann offensichtlich ist, in weiten Grenzen variieren.
Das Filamentgarn eignet sich besonders für technische Anwendungen, bei denen bisher Polyesterfasern von hoher
Festigkeit verwendet wurden. Die (nachstehend erläuterte] neuartige Innenstruktur des Fadenmaterials erwies sich
als ungewöhnlich stabil und macht die Fasern besonders gut geeignet für die Verwendung in Umgebungen, wo erhöhte
Temperaturen (beispielsweise 80° bis 1800C) auf- j
treten. Für ein Fasermaterial von hoher Festigkeit zeigti
das Fadenmaterial nicht nur eine verhältnismäßig geringe Schrumpfung, sondern es zeigt auch einen ungewöhnlich
niedrigen Grad von Hysteresis oder Arbeitsverlust während des Einsatzes in Umgebungen, in denen es häufig
15 aufeinanderfolgend gereckt und entlastet wird.
Das Filamentgarn ist nicht selbstkräuselnd und zeigt bei Einwirkung von Wärme keine wesentliche Neigung, sich
selbst zu kräuseln. Die Neigung des Garns zur Selbstkräuselung kann in einfacher Weise ermittelt werden, indem
es in einem Heißluftofen auf eine Temperatur oberhalb seiner Einfriertemperatur, z.B. auf 1000C erhitzt
wird, während es der ungehinderten Schrumpfung überlassen wird. Ein selbstkräuselndes Garn nimmt spontan eine
regellose, nicht-lineare Gestalt an, während ein nicht selbstkräuselndes Garn seine ursprüngliche geradlinige
Form beibehält, während es möglicherweise eine gewisse Schrumpfung erfährt.
Die ungewöhnlich stabile innere Struktur des Fadenmaterials wird aus der folgenden neuartigen Kombination
von Eigenschaften deutlich:
a) Ein Doppelbrechungswert von +0,160 bis +0,189,
b) ein Stabilitätsindexwert von 6 bis 45, erhalten durch
Bildung des reziproken Wertes des Produkts, das durch Multiplizieren der in Prozent bei 175°C an der Luft
gemessenen Schrumpfung mit dem Arbeitsverlust bei 150°C zwischen einem Spannungszyklus von 0,6 g/den
und 0,05 g/den, gemessen bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit von 12,7 mm/Minute in inch-pounds an
einer 25,4 cm langen Garnprobe, die zu derjenigen eines Filamentgarns mit einem Gesamttiter von 10OO
normalisiert worden ist, und
c) ein Festigkeitsindexwert (tensile index value) von mehr als 825 (z.B. 830 bis 2500 oder 830 bis 1500),
gemessen bei 25°C und ermittelt durch Multiplizieren der in g/den ausgedrückten Bruchfestigkeit mit dem
15 in g/den ausgedrückten Anfangsmodul.
Fig. 1 ist eine dreidimensionale Darstellung, in der die Doppelbrechung, der Stabilitätsindexwert und der Festigkeitsindexwert
eines verbesserten Polyestergarns gemäß der Erfindung aufgetragen sind.
Mit anderen Worten, die ungewöhnlich stabile innere Struktur des Fadenmaterials wird durch die folgende
neuartige Kombination von Eigenschaften deutlich:
a) Eine Kristallinität von 45 bis 55 %,
b) eine kristalline Orientierungsfunktion von wenigstens
0,97,
c) eine amorphe Orientierungsfunktion von 0,37 bis 0,60,
d) eine Schrumpfung von weniger als 8,5 % an der Luft bei 175°C,
e) ein Anfangsmodul von wenigstens 110 g/den bei 25°C
30 (z.B. 110 bis 150 g/den), 680
f) eine Bruchfestigkeit von wenigstens 7,5 g/den bei
25 C (z.B. 7,5 bis 10 g/den), vorzugsweise wenigstens 8 g/den bei 25°C, und
g) ein Arbeitsverlust von 0,0046 bis 0,023 cmkg (0,004
bis 0,02 inch-pounds) zwischen einem Spannungszyklus von 0,6 g/den und 0,05 g/den bei 15O°C, gemessen bei
konstanter Dehnungsgeschwindigkeit von 12,7 mm/Minute an einer 25,4 cm langen Garnprobe, die zu derjenigen
eines Filamentgarns mit einem Gesamttiter von 1000 den normalisiert worden ist.
Wie dem Fachmann bekannt ist, wird die Doppelbrechung des Produkts an repräsentativen Einzelfäden des Filament
garns gemessen. Sie ist eine Funktion des kristallinen Teils des Fadens und des amorphen Teils des Fadens. Siehe
beispielsweise die Veröffentlichung von Robert J.
Samuels in J. Polymer Science, A2, 10 (1972), 781. Die
Doppelbrechung kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Δη = Xfc Δη + (1-X) fa Δη& + Anf (1)
20 ^n = Doppelbrechung
X = kristalline Fraktion ^c = kristalline Orientierungsfunktion
Δη = Intrinsic Doppelbrechung des Kristalls
c
(0,220 bei Polyäthylenterephthalat) 25 f_ = amorphe Orientierungsfunktion
/\n = Intrinsic Doppelbrechung des amorphen Teils
a
(0,275 für Polyäthylenterephthalat) /\n = Form Doppelbrechung (form birefringence)
(Die Werte sind so klein, daß sie in diesem System vernachlässigbar sind.)
Die Doppelbrechung des Produkts kann unter Verwendung eines Berek-Kompensators, der in einem Polarisationsmikroskop
angeordnet ist, bestimmt werden. Sie drückt den Unterschied im Brechungsindex parallel und senkrecht
zur Faserachse aus. Die kristalline Fraktion X kann durch übliche Dichtemessungen bestimmt werden. Die
kristalline Orientierungsfunktion f kann aus dem
durchschnittlichen Orientierungswinkel Θ, der durch Weitwinkel-Röntgenbeugung bestimmt werden kann, berechnet
werden. Fotografien des Beugungsbildes können zur Ermittlung der durchschnittlichen Winkelbreite der
(010)- und (lOO)-Beugungsbögen ausgewertet werden, wobei
der durchschnittliche Orientierungswinkel θ erhalten wird. Die kristalline Orientierungsfunktion f kann
aus der folgenden Gleichung berechnet werden:
fc * 1/2(3COS2S - 1) (2)
Sobald Δη, X und f bekannt sind, kann f aus Gleichung
(1) berechnet werden. Δη und Δη sind naturgegebene
Eigenschaften einer gegebenen chemischen Struktür und ändern sich etwas mit einer Änderung der chemischen
Konstitution des Moleküls, d.h. durch Copolymerisation usw.
Der Doppelbrechungswert von +0,160 bis +0,189 (z.B.
+0,160 bis +0,185) pflegt niedriger zu sein als bei im Handel erhältlichen Reifencordgarnen aus Polyäthylenterephthalat,
die nach einem unter verhältnismäßig niedriger Spannung durchgeführten Spinnprozeß mit anschließendem
starkem Verstrecken außerhalb des Spinnschachts hergestellt worden sind. Beispielsweise haben handelsübliche
Reifencordgarne aus Polyäthylenterephthalat gewöhnlich einen Doppelbrechungswert von etwa +0,190 bis
+0,205. Wie in derUS-PS 3 946 100 der Anmelderin angegeben, weist das Produkt dieses Verfahrens, bei dem
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eine Konditionierzone unmittelbar unter der Abschreckzone bei fehlender Spannungsisolierung verwendet wird,
einen wesentlich niedrigeren Doppelbrechungswert auf als die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten
Fäden. Beispielsv/eise haben Polyäthylenterephthalatfäden,
die nach dem Verfahren der US-PS 3 946 hergestellt werden, einen Doppelbrechungswert von etwa
+0,100 bis +0,140.
Da die Kristallinität und die Werte der Kristallorientierungsfunktion
(f ) im wesentlichen die gleichen wie bei handelsüblichen Reifencordgarnen aus Polyäthylenterephthalat
zu sein pflegen, ist es offensichtlich, daß das Garn gemäß der Erfindung ein im wesentlichen
vollständig verstrecktes kristallisiertes Fasermaterial ist. Der Wert der amorphen Orientierungsfunktion (f )
(0,37 bis 0,60) ist jedoch niedriger als bei handelsüblichen Reifencordgarnen aus Polyäthylenterephthalat
mit gleichwertigen Festigkeitseigenschaften (d.h. Bruchfestigkeit und Anfangsmodul). Beispielsweise zeigen
handelsübliche Reifencordgarne Werte der amorphen Orientierung von wenigstens 0,64 (beispielsweise 0,8).
Die hier genannten Charakterisierungsparameter außer Doppelbrechung, Kristallinität, Kristallorientierungsfunktion
und amorpher Orientierungsfunktion können in einfacher Weise durch Prüfung des Filamentgarns, das
im wesentlichen aus parallelen Fäden besteht, bestimmt werden. Das ganze Filamentgarn kann geprüft werden,
oder ein aus einer großen Zahl von Fäden bestehendes Garn kann in ein repräsentatives Multifilamentbündel
mit einer geringeren Zahl von Fäden geteilt und geprüft werden, wobei sich die entsprechenden Eigenschaften
des ganzen größeren Bündels ergeben. Die Zahl der Fäden, die im Multifilamentgarnbündel vorhanden sind,
das geprüft wird, kann zweckmäßig etwa 20 betragen.
Die im Garn vorhandenen Fäden werden während der Prüfung zurückgedreht.
Die äußerst guten Festigkeitswerte (wenigstens 7,5 g/den) und Anfangsmodulwerte (wenigstens 110 g/den) des Garns
gemäß der Erfindung sind den entsprechenden Parametern, die handelsübliche Reifencordgarne aus Polyethylenterephthalat
aufweisen, überlegen. Die hier genannten Festigkeitseigenschaften können mit Hilfe einer Instron-Zugprüfmaschine
(Modell TM) unter Verwendung einer Meßlänge von 85 mm und einer Dehnungsgeschwindigkeit von
60 %/Minute gemäß ASTM D2256 bestimmt werden. Die Fasern werden vor der Prüfung 48 Stunden bei 210C und 65 % relativer
Feuchtigkeit gemäß ASTM D1776 bestimmt werden.
Das erfindungsgemäße Filamentgarn von hoher Festigkeit
weist eine innere Morphologie auf, die eine ungewöhnlich geringe Neigung zu Schrumpfung von weniger als 8,5 %,
vorzugsweise von weniger als 5 %, gemessen an der Luft bei 175°C, erkennen läßt. Beispielsweise schrumpfen
Fäden von handelsüblichen Reifencordgarnen aus PoIyäthylenterephthalat
im allgemeinen um etwa 12 bis 15%,
wenn sie an der Luft bei 175°C geprüft werden. Diese
Schrumpfwerte können mit Hilfe eines thermomechanischen Analysators (DuPont Thermomechanical Analyzer (Modell
941)) bestimmt werden, der mit einer angewandten BeIastung von Null und einer Aufheizgeschwindigkeit von
10°C/Minute betrieben wird, wobei die Meßlänge konstant bei 12,7 mm gehalten wird. Diese verbesserte dimensioneile
Stabilität ist von besonderer Bedeutung, wenn das Produkt als FaserverStärkung in Radialreifen dient.
Außer an einer für ein Fasermaterial von hoher Festigkeit verhältnismäßig geringen Neigung zu Schrumpfung ist die
ungewöhnlich stabile innere Struktur des Garns gemäß der Erfindung weiterhin an seinem geringen Arbeitsver-
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lust oder seinen niedrigen Hysteresis-Werten (d.h. geringe Wärmeerzeugung) erkennbar. Das Garn gemäß der Erfindung
zeigt einen Arbeitsverlust von 0,0046 bis 0,02 3 cmkg (0,004 bis 0,02 inch-pounds), wenn es zwisehen
einer Spannung von 0,6 g/den und 0,05 g/den bei 150°C wechselt, gemessen bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit
von 12,7 mm/Minute an einer 25,4 cm langen Garnprobe, die zu derjenigen eines Filamentgarns mit
einem Gesamttiter von 1000 den normalisiert wird, wie nachstehend beschrieben. Im Gegensatz hierzu beträgt
dieser Arbeitsverlust von handelsüblichem Reifencordgarn aus Polyäthylenterephthalat (das zunächst unter verhältnismäßig
niedriger Spannung von etwa 0,002 g/den unter Bildung eines frisch gesponnenen Garns mit einer Doppelbrechung
von +1 bis +2 χ 10 gesponnen und anschließend zur Ausbildung der gewünschten Festigkeitseigenschaften
verstreckt wurde) etwa 0,052 bis 0,1152 cmkg (0,045 bis 0,1 inch-pounds) unter den gleichen Bedingungen. Der
hier genannte Arbeitsverlust oder Dämpfungsverlust kann mit Hilfe des mit langsamer Geschwindigkeit durchgeführten
Tests bestimmt werden, der in "A Technique for Evaluating the Hysteresis Properties of Tire Cords"
von Edward J. Powers in Rubber Chem. and Technol., 47, Nr. 5, Dezember 1974, Seiten 1053 bis 1065, und zusätz-
25 lieh nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Während der Drehung von Diagonalreifen werden die als Faserverstärkung dienenden Cordfäden in schnellem Wechsel
belastet (siehe R.G. Patterson, Rubber Chem. Technol., 42 (1969), 812). Typischerweise wird bei der
Belastung (Reckung) eines Materials mehr Arbeit aufgewendet als während der Entlastung (Entspannung) zurückgewonnen
wird. Der Arbeitsverlust oder Hysteresis-Verlust ist von Entwicklung von Wärme begleitet, die die
Temperatur des im schnellen Wechsel deformierten Materials erhöht (T. AIfrey "Mechanical Behavior of High
■η
Polymers", Interscience Publishers, Inc., New York, 1948, Seite 200; J.D. Ferry "Viscoelastic Properties
of Polymers", John Wiley and Sons, Inc., New York, 1970, Seite 607; E.H. Andrews in "Testing of Polymers"
4, W.E. Brown, Ed., Interscience Publishers, New York, 1969, Seiten 248 bis 252).
Wie in der vorstehend genannten Arbeit von Edward J. Powers beschrieben, wird der Arbeitsverlusttest, der
die genannten Arbeitsverlustwerte ergibt, dynamisch durchgeführt. Er simuliert die wechselnden Beanspruchungen,
die in einem Fahrzeugreifen, in dem die Polyesterfasern als Faserverstärkung dienen, während des Betriebs
auftreten. Die Methode der wechselnden Beanspruchung wurde auf der Grundlage von Ergebnissen gewählt, die von
Patterson (Rubber Chem. Technol., 42 (1969), 812) gewählt, wobei die Cordfäden Spitzenbelastungen durch den
Luftdruck des Reifens unterworfen wurden und die Entlastung in den durch einen Reifenfußabdruck gehenden
Cordfäden stattfand. Bei mit langsamer Geschwindigkeit durchgeführten Vergleichsversuchen an Garnen wurde eine
Spitzenbeanspruchung von 0,6 g/den und eine kleinste Beanspruchung von 0,05 g/den als im Bereich der bei
Reifen auftretenden Werte liegend ausgewählt. Eine Prüftemperatur von 150°C wurde gewählt. Dies würde eine starf
ke Temperaturbeanspruchung des Reifens im Betrieb sein, die jedoch repräsentativ für das Verhalten von Reifencordfäden
in bezug auf Arbeitsverlust bei hoher Temperatur ist. Gleiche Garnlängen (25,4 cm) wurden in gleicher
Weise geprüft. Die Arbeitsverlustwerte werden auf diejenigen eines Garns mit einem Gesamttiter von 1000 normalisiert.
Da der Titer ein Maß der Masse pro Längeneinheit ist, stellt das Produkt aus Länge und Titer
eine spezifische Materialmasse dar, die ein geeigneter Normalisierungsfaktor für Vergleichsdaten ist.
8Q
Allgemein ermöglicht die mit niedriger Geschwindigkeit durchgeführte Prüfmethode die Einstellung der maximalen
und minimalen Belastungen und die Messung der Arbeit. Auf einen Registrierstreifen wird die Belastung (d.h. die
auf das Garn einwirkende Kraft oder Spannung) in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen, wobei die Laufgeschwindigkeit
des Registrierstreifens mit der Klemmengeschwindigkeit der zur Durchführung des Tests verwendeten
Zugprüfmaschine synchronisiert ist. Die Zeit kann demgemäß in den Verformungsweg des der Prüfung unterworfenen
Garns umgerechnet werden. Durch Messen der Fläche unter der Kraft-Verformungsweg-Kurve des Registrierstreifens
der Zugprüfmaschine ergibt sich die auf das Garn zur Einwirkung kommende Arbeit, die die Formänderung
hervorruft. Zur Ermittlung des Arbeits- oder Dämpfungsverlustes wird die Fläche unter der Entlastungskurve
(Entspannungskurve) von der Fläche unter Belastungskurve (Spannungskurve) subtrahiert. Wenn die
Entlastungskurve um 180° um eine Linie gedreht wird,
die senkrecht vom Schnittpunkt der Belastungs- und Entlastungskurven gezogen wird, ergibt sich eine typische
Hysteresis-Schleife. Der Arbeits- oder Dämpfungsverlust ist das Kraft-Verformungsweg-Integral innerhalb der
Hysteresis-Schleife. Diese Schleifen würden direkt er-5 zeugt, wenn die Richtung des Schreibstreifens der Zugprüfmaschine
synchron mit den Richtungen der Belastung und Entlastung der ziehenden Klemme der Zugprüfmaschine
umgekehrt würde. Dies ist jedoch in der Praxis nicht zweckmäßig, und die Fläche innerhalb der Hysteresis-
30 Schleife kann arithmetisch bestimmt werden.
Wie bereits erwähnt, lassen Vergleiche der Ergebnisse der mit niedriger Geschwindigkeit durchgeführten Methode
zur Bestimmung des Arbeitsverlustes erkennen, daß chemisch identische Filamentgarne aus Polyäthylenterephthalat,
die durch unterschiedliche Art der Verarbeitung her-
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gestellt worden sind, ein erheblich unterschiedliches Verhalten in bezug auf Arbeitsverlust aufweisen. Diese
unterschiedlichen Prüfergebnisse können den starken Schwankungen in der inneren Morphologie der Garne zugeschrieben
werden. Da der Arbeits- oder Dämpfungsverlust in Wärme umgewandelt wird, bietet der Test ein Maß für
die wärmeerzeugende Charakteristik, die vergleichbare Garne oder Cordfäden während der Formänderungen ähnlich
denjenigen, die in einem belasteten rollenden Reifen auftreten, aufweisen. Wenn die Morphologie eines gegebenen
Cordfadens oder Garns der Art ist, daß es weniger Hitze pro Zyklus, d.h. bei einer Umdrehung des Reifens
erzeugt, ist seine Geschwindigkeit der Wärmeerzeugung bei höheren Verformungsfrequenzen, d.h. bei höheren
Reifengeschwindigkeiten niedriger, und die sich bei ihm einstellende Temperatur ist niedriger als bei einem
Garn oder Cord, der mehr Hitze pro Zyklus erzeugt.
Fig. 2 und Fig. 3 veranschaulichen repräsentative Hysteresis-Schleifen (d.h. Dämpfungsverlustschleifen)
für 25,4 cm lange Reifencordgarne von hoher Festigkeit aus Polyäthylenterephthalat mit einem Titer von 1000 den
die durch unterschiedliche Verfahren, bei denen Produkte mit unterschiedlichen inneren Strukturen erhalten
werden, hergestellt worden sind. Fig. 2 ist repräsentativ für die Hysteresis-Kurve eines üblichen Reifencordgarns
aus Polyäthylenterephthalat, dessen Fadenmaterial
zunächst unter verhältnismäßig niedriger Spannung von etwa 0,002 g/den unter Bildung eines frisch gesponnenen
Garns mit einer Doppelbrechung von +1 bis +2 χ 10~ gespönnen
und anschließend zur Ausbildung der gewünschten Festigkeitseigenschaften verstreckt worden ist. Fig. 3
veranschaulicht eine repräsentative Hysteresis-Schleife für ein Reifencordgarn aus Polyäthylenterephthalat, dessen
Fäden nach dem Verfahren gemäß der Erfindung herge-
35 stellt worden ist.
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Nachstehend folgt eine ausführliche Beschreibung einer mit niedriger Geschwindigkeit arbeitenden Prüfmethode zur|
Bestimmung des Hysteresis-Verlustwerts für ein Filamentgarn unter Verwendung einer Instron-Zugprüfmaschine,
Modell TTD, mit Ofen, Belastungszelle und Registrierstreifen.
A. Der Ofen wird auf 15O°C erhitzt.
B. Der Titer des zu prüfenden Garns wird bestimmt.
C. Die Apparatur wird geeicht.
Hierzu wird die dem Skalenendwert entsprechende Belastung eingestellt, durch die das Garn bei vollem
Skalenausschlag unter eine Spannung von 1 g/den gebracht wird. Die Geschwindigkeit der ziehenden Klemme
wird auf 12,7 mm/Minute eingestellt.
15 D. Einspannen der Probe
Während die Apparatur sich bei der Prüftemperatur befindet,
wird das Garn in die obere Klemme eingespannt und beim Einspannen in die untere Klemme unter einer
Spannung von 0,01 g/den gehalten. Hierbei ist darauf zu achten, daß das Garn schnell eingespannt und übermäßig
starke Schrumpfung der Probe vermieden wird. Die Meßlänge des zu prüfenden Garns sollte 25,4 cm
betragen.
E. Versuchsdurchführung
1. Der Registrierstreifen wird eingeschaltet.
2. Die ziehende Klemme wird nach unten in Gang gesetzt.
3. Bei einer Belastung, die eine Spannung von
0,6 g/den ergibt, wird die Laufrichtung der ziehenden Klemme umgesteuert.
4. Bei einer Belastung, die eine Spannung von
0,5 g/den ergibt, wird die Bewegungsrichtung der ziehenden Klemme umgesteuert.
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5. Die Belastung wird viermal zwischen 0,6 und 0,5 g/den gewechselt.
6. Bei der nächsten Bewegung der ziehenden Klemme nach oben wird die Bewegung der ziehenden Klemme
5 bei O,4 g/den umgekehrt.
7. Die Spannung wird viermal zwischen 0,6 g/den und 0,4 g/den gewechselt.
8. Bei der nächsten Aufwärtsbewegung der ziehenden Klemme wird ihre Bewegung bei 0,3 g/den umgekehrt.
9. Man verfährt weiter in dieser Weise, v/obei man in vier Zyklen zwischen 0,6 g/den und 0,3 g/den, dann
in vier Zyklen zwischen 0,6 g/den und 0,2 g/den, dann in vier Zyklen zwischen 0,6 g/den und
0,1 g/den und abschließend in vier Zyklen zwischen
15 o,6 g/den und 0,05 g/den wechselt.
F. Prüfbericht
Für die Ermittlung des Arbeitsverlustes pro Zyklus pro,
25,4 cm Garnlänge, normalisiert auf ein Garn mit einem Gesamttiter von TOOO den, kann die folgende Formel
verwendet werden. Hierbei werden nur die Werte aus den vierten Zyklus des Belastungswechsels zwischen
O,6 g/den und 0,05 g/den verwendet, wenn der hier genannte
Arbeits- oder Dämpfungsverlust bestimmt wird.
w = A χ PSL x CHS „ 1000
c A. Garntiter in den
25W= Arbeit (inch-pounds/Zyklus/1000 den -25,4 cm
A = Fläche unter der Kurve (belastet oder unbec
lastet)
FSL = Belastung beim Skalenendwert (pounds) CHS = Geschwindigkeit der ziehenden Klemme
(crosshead speed) (mm /Minute)
At = Fläche, die von der Schreibfeder beim Skalenendwert
der Belastung für eine Minute erzeugt wird.
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27A7690 OJSL
Arbeitsverlust = W-W
W = zur Belastung der Probe aufgewendete Arbeit
W = während der Entlastung zurückgewonnene Arbeit
Die Flächen A und A können nach beliebigen Methoden,
z.B. durch Zählen von kleinen Quadraten oder unter Ver- j wendung eines Polarplanimeters, ermittelt werden. j
Es ist ferner möglich, eine Kopie der Kurve anzufertigen, die Kurven auszuschneiden und das Papier zu wiegen. Hier-t
bei muß jedoch darauf geachtet werden, daß man das Papier einen reproduzierbaren Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt
erreichen läßt. Bei dieser Methode wird aus der vorstehenden Formel zur Bestimmung der Arbeit die folgend
de Gleichung:
Wt χ FSL χ CHS 1000
W = —£
Wt,p Garntiter in den
. W = Arbeit (inch-pounds/Zyklus/1000 den -25,4 cm)
Wt = Gewicht der ausgeschnittenen Kurve
(z.B. in g)
20 FSL = siehe oben CHS = siehe oben
WtT = Gewicht der Papierfläche, die durch den Skalenendwert
der Belastung während einer Minute gebildet wurde (z.B. in g)
Die vorstehende Formel für die Ermittlung des Hysteresis Verlustes ist die gleiche. Es ist zu bemerken, daß der
Test automatisiert und die Zusammenstellung der Daten durch Koppelung eines Digitalintegrators mit der Instron
Zugprüfmaschine erleichtert werden kann, wie in dem vorstehend
genannten Artikel von Edward J. Powers beschrie-
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ben.
In der Literatur besteht keine Übereinstimmung hinsichtlich
der relativen Prozentsätze der in einem Reifen durch die Cordfäden, den Kautschuk, die Straßenreibung
usw. erzeugten Gesamtwärme. Siehe F.S. Conant, Rubber Chem. Technol., 44 (1971), 297; P. Kainradl und
G. Kaufmann, Rubber Chem. Technol., 45 (1972), 1; N.M. Trivisonno "Thermal Analysis of a Rolling Tire",
SAE Paper 7004 4, (1970); P.R. Willett, Rubber Chem.
Technol., 46 (1973), 425 und J.M. Collins, W.L. Jackson
und P.S. Oubridge, Rubber Chem. Technol., 38 (1965) 400.
Die Cordeinlagen sind jedoch das die Belastung tragende Element oder der Festigkeitsträger in Luftreifen, und
mit ihrer Erwärmung ergeben sich mehrere unerwünschte Folgerungen. Mit steigender Temperatur steigt im allgemeinen
die durch den Cord pro Zyklus erzeugte Wärme. Es ist allgemein bekannt, daß die Geschwindigkeiten des
chemischen Abbaues mit steigender Temperatur zunehmen. Es ist ebenso bekannt, daß die Fasermodule mit steigenden
Cordtemperaturen abnehmen, wodurch größere Dehnungen im Reifen möglich sind und damit die im Kautschuk erzeugte
Wärme zunimmt. Alle diese Faktoren bewirken eine noch weitere Erhöhung der Temperatur der Cordeinlagen, und
wenn die Steigerungen groß genug sind, kann Zerstörung des Reifens eintreten. Es ist offensichtlich, daß optimale
Leistung des Cords, insbesondere bei kritischen Anwendungen, bei Cordeinlagen erzielt werden, die minimale
Wärme erzeugen (d.h. minimalen Arbeitsverlust pro Zyklus pro Mengeneinheit Cord aufweisen).
Es wurde ferner gefunden, daß das Garn gemäß der Erfindung eine stark verbesserte 'Ermüdungsfestigkeit im Vergleich
zu den üblicherweise zur Herstellung von Reifencord verwendeten Polyäthylenterephthalatfasern hoher
Festigkeit aufweist. Diese Ermüdungsfestigkeit ermöglicht
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es der in den Kautschuk eingebetteten Faserverstärkung, Biege-, Verdrehungs-, Scher- und Zusammendrückungsbeanspruchungen
besser zu widerstehen. Die überlegene Ermüdungsfestigkeit des Produkts gemäß der Erfindung kann
durch Anwendung (1) des Goodyear Mallory Fatigue Test (ASTM-D-885-59T) oder (2) des Firestone-Shear-Compression
Extension Fatigue Test (SCEF) (Scher-, Zusammendrückungsund Dehnungsermüdungstest) nachgewiesen werden. Beispielsweise
wurde gefunden, daß bei Anwendung des Goodyear Mallory Fatigue-Tests, der Zusammendrückung
mit innerer Erwärmung kombiniert, das Produkt gemäß der Erfindung etwa 5- bis lOmal länger als der zum Vergleich
dienende übliche Polyester-Reifencord ermüdungsfest bleibt und die Testreifen etwa 28°C kühler bleiben
als die Vergleichsprobe. Beim Firestone-Shear-Zusammendrückungs- und Dehnungsermüdungstest, der die Biegung
der Seitenwand simuliert, übertraf das Produkt gemäß der Erfindung den als Vergleichsprobe verwendeten üblichen
Polyester-Reifencord um etwa 400 % bei gleichem
20 Drall.
Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben, das es ermöglicht, das vorstehend beschriebene verbesserte Polyestergarn
gemäß der Erfindung herzustellen. Es ist jedoch zu bemerken, daß das nachstehend beschriebene Garnprodukt
nicht durch die Parameter der folgenden Beschreibung begrenzt ist.
Der als Ausgangsmaterial zur Herstellung des Garns nach dem nachstehend beschriebenen Verfahren verwendete Polyester
(der vorstehend beschrieben wurde), kann eine Grenzviskosität von etwa 0,5 bis 2,0 dl/g, vorzugsweise
eine verhältnismäßig hohe Grenzviskosität von 0,8 bis 2,0 dl/g (z.B. 0,8 bis 1 dl/g) haben, wobei eine Grenzviskosität
von 0,85 bis 1 dl/g (z.B. 0,9 bis 0,95 dl/g) besonders bevorzugt wird. Die Grenzviskosität des
schmelzspinnbaren Polyesters kann zweckmäßig nach der
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Gleichung
lim In» r c —^ ο c
bestimmt werden. Hierin ist Tl r die "relative Viskosität" , die ermittelt wird durch Dividieren der Viskosität
einer verdünnten Lösung des Polymerisats durch die Viskosität des verwendeten Lösungsmittels (z.B. o-Chlor-
phenol), gemessen bei der gleichen Temperatur, und c die Konzentration des Polymerisats in der Lösung in
g/100 ml. Das Ausgangsmaterial weist zusätzlich im allgemeinen einen Polymerisationsgrad von 140 bis 420, vorzugsweise von etwa 140 bis 180 auf. Das als Ausgangs
material dienende Polyäthylenterephthalat hat im allgemeinen eine Einfriertemperatur von etwa 75° bis 80°C
und einen Schmelzpunkt von etwa 250° bis 265°C, beispielsweise etwa 26O°C.
Die Spinndüse ist mit einer Vielzahl von öffnungen versehen. Geeignet sind die üblicherweise zum Schmelzspinnen von Fadenmaterialien verwendeten Spinndüsen.
Die Zahl der öffnungen in der Spinndüse kann in weiten Grenzen liegen. Eine konische Standard-Spinndüse mit
6 bis 600 Löchern (z.B. 20 bis 400 Löchern) mit einem Durchmesser von etwa 0,127 bis 1,27 mm (z.B. 0,254 bis
0,762 mm), wie sie.Üblicherweise zum Schmelzspinnen von Polyäthylenterephthalat verwendet wird, kann für das
Verfahren verwendet werden. Garne aus etwa 20 bis 400
schmelzspinnbare Polyester wird der Spinndüse bei einer
Temperatur zugeführt, die über seinem Schmelzpunkt und unter der Temperatur liegt, bei der das Polymerisat
stark abgebaut wird.
Ein geschmolzener Polyester, der hauptsächlich aus Polyäthylenterephthalat besteht , befindet sich beim Durchtritt durch die Spinndüse vorzugsweise bei einer Tem-
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peratur von etwa 270° bis 325°C, insbesondere bei einer Temperatur von etwa 280° bis 32O°C.
Nach dem Auspressen durch die Spinndüse wird das geschmolzene Polyesterfadenmaterial in Längsrichtung durch
eine Erstarrungszone mit einem Eintrittsende und einem Austrittsende geführt, wo das geschmolzene Fadenmaterial
gleichmäßig gekühlt und in ein festes Fadenmaterial umgewandelt wird. Die angewandte Kühlung ist gleichmäßig
in dem Sinne, daß Differentialkühlen oder asymmetrisches Kühlen nicht vorgesehen ist. Die genaue Beschaffenheit
der Erstarrungszone ist für die Durchführung des Verfahrens nicht entscheidend wichtig, vorausgesetzt, daß
eine im wesentlichen gleichmäßige Kühlung erreicht wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
besteht die Erstarrungszone aus einer Gasatmosphäre, die bei der erforderlichen Temperatur gehalten wird. Diese
Gasatmosphäre der Erstarrungszone kann bei einer Temperatur unterhalb von etwa 80°C gehalten werden. Innerhalb
der Erstarrungszone geht das geschmolzene Material aus der Schmelze in eine halbfeste Konsistenz und aus
der halbfesten Konsistenz in die feste Konsistenz über. Während der Anwesenheit in der Erstarrungszone erfährt
das Material eine wesentliche Orientierung, während es sich im halbfesten Zustand befindet. Hierauf wird später
ausführlich eingegangen. Die Gasatmosphäre in der Erstarrungszone wird vorzugsweise umgewälzt, um einen
wirksameren Wärmeübergang zu erzielen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Gasatmosphäre
in der Erstarrungszone bei einer Temperatur
von etwa 10° bis 60°C (z.B.
10° bis 50°C), insbesondere
bei etwa 10° bis 400C (z.B. bei Raumtemperatur oder etwa
25°C) gehalten. Die chemische Zusammensetzung der Gasatmosphäre ist für die Durchführung des Verfahrens nicht
entscheidend wichtig, vorausgesetzt, daß sie mit dem polymeren Fadenmaterial nicht übermäßig reaktionsfähig
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1st. Bel einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
Verfahrens dient Luft als Gasatmosphäre der Erstarrungszone. Als weitere repräsentative Gasatmosphären, die in
der Erstarrungszone verwendet werden können, kommen beispielsweise Helium, Argon und Stickstoff in Frage.
Wie bereits erwähnt, trifft die Gasatmosphäre der Erstarrungszone so auf das ausgepreßte Polyestermaterial
auf, daß sich eine gleichmäßige Kühlung ergibt, bei der keine radiale !Inhomogenität oder disproportionale
Orientierung über die Produktlänge vorliegt. Die Gleichmäßigkeit der Kühlung kann durch Prüfen des erhaltenen
Fadenmaterials, daß es keine wesentliche Neigung zu Selbstkräuselung bei Einwirkung von Wärme hat, bestätigt
werden. Beispielsweise kräuselt sich ein Garn, das un
gleichmäßige Kühlung im hier gebrauchten Sinne des Wor
tes erfahren hat, von selbst und spontan, wenn es auf eine Temperatur oberhalb seiner Einfriertemperatur erhitzt wird, während es ungehindert schrumpfen kann.
Die Erstarrungszone ist vorzugsweise unmittelbar unter
der Spinndüse angeordnet, und das ausgepreßte polymere Material ist, während es darin axial hängt, während
einer Verweilzeit von etwa 0,0015 bis 0,75 Sekunden, vorzugsweise von etwa 0,065 bis 0,25 Sekunden, darin
vorhanden. Im allgemeinen hat die Erstarrungszone eine Länge von etwa 7,6 cm bis 6,1 m, vorzugsweise eine Länge
von 0,30 bis 2,13 m. Die Gasatmosphäre wird ferner vorzugsweise am unteren Ende der Erstarrungszone eingeführt
und längs ihrer Seite mit dem laufenden endlosen polymeren Material, das von oben nach unten von der Spinndüse hindurchgeführt wird, abgezogen. Eine Kühlung durch
einen zentralen Gasstrom oder nach beliebigen anderen Methoden, mit denen die gewünschte Kühlung erreicht
werden kann, kann ebenfalls angewandt werden.
I
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Das feste Fadenmaterial wird anschließend aus der Erstarrungszone abgezogen, während es unter einer wesentlichen
Spannung von 0,015 bis 0,150 g/den, vorzugsweise von 0,015 bis 0,1 g/den (z.B. 0,015 bis 0,06 g/den) gehalten
wird. Die Spannung wird an einer Stelle unmittelbar unter dem Austrittsende der Erstarrungszone gemessen
Beispielsweise kann die Spannung durch Aufsetzen eines Spannungsmessers auf das Fadenmaterial bei seinem Austritt
aus der Erstarrungszone gemessen werden. Wie dem Fachmann bekannt ist, wird die genaue Spannung, unter
der das Fadenmaterial gehalten wird, durch das Molekulargewicht des Polyesters, die Temperatur des geschmolzenen
Polyesters während des Spinnens, die Größe der Spinndüsenbohrungen, den Durchsatz des Polymerisats während
des Schmelzspinnens, die Kühltemperatur und die Geschwindigkeit, mit der das frisch gesponnene Fadenmaterial
aus der Erstarrungszone abgezogen wird, beeinflußt. Im allgemeinen wird das frisch gesponnene Fadenmaterial
aus der Erstarrungszone abgezogen, während es sich unter der wesentlichen Spannung befindet, die sich
durch eine Laufgeschwindigkeit von etwa 500 bis 3000 m/Minute (z.B. 1000 bis 2000 m/Minute) ergibt.
Bei dem mit verhältnismäßig hoher Spannung durchgeführten Schmelzspinnverfahren gemäß der Erfindung weist das
ausgepreßte Fadenmaterial zwischen dem Punkt, an dem er seine maximale Querschnittsfläche durch Quellen am
Düsenaustritt hat, und seinem Abzugspunkt aus der Erstarrungszone gewöhnlich eine starke Einschnürung oder
Querschnittsverminderung auf. Beispielsweise kann das frisch gesponnene Fadenmaterial ein Einschnürungsverhältnis
von etwa 100:1 bis 3000:1 und in den meisten Fällen von etwa 500:1 bis 2000:1 aufweisen. Der oben
gebrauchte Ausdruck "Einschnürungsverhältnis" wird definiert als das Verhältnis der maximalen Querschnittsfläche
bei der Quellung am Düsenaustritt zur Quer-
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Z3
schnittsfläche des Fadenmaterials beim Austritt aus der
Erstarrungszone. Eine solche wesentliche Änderung der Querschnittsfläche findet fast ausschließlich in der
Erstarrungszone vor vollständigem Kühlen statt.
Das frisch gesponnene Fadenmaterial hat beim Austritt aus der Erstarrungszone im allgemeinen einen Einzeltiter
von etwa 4 bis 80 den.
Das frisch gesponnene Fadenmaterial wird in seiner Längs richtung vom Austrittsende der Erstarrungszone einer
ersten Spannungsisoliervorrichtung zugeführt, über die
Länge des Fadenmaterials zwischen der Strangpreßdüse und der ersten Spannungsisoliervorrichtung findet keine
Isolierung der Spannung statt. Die erste Spannungsisoliervorrichtung kann verschiedene Formen annehmen, die
bekannt sind. Beispielsweise kann die erste Spar.nungsisoliervorrichtung
zweckmäßig die Form eines Schrägwalzenpaares haben. Das frisch gesponnene Fadenmaterial
kann in mehreren Windungen um die Schrägwalzen geführt werden. Dies dient dazu, die Spannung des Fadenmaterials
während es auf die Walzen aufläuft, von der Spannung des Fadenmaterials beim Verlassen der Walzen zu isolieren.
Als weitere repräsentative Vorrichtung, die dem gleichen Zweck dienen können, sind Luftdüsen, Bremsstäbe, Keramikstäbe
usw. zu nennen.
Die verhältnismäßig hohe Spannung des Fadenmaterials beim Spinnen ergibt ein Fadenmaterial mit verhältnismäßi
hoher Doppelbrechung. Beispielsweise hat das Fadenmaterial beim Auflaufen auf die erste Spannungsisoliervorrichtung
eine Doppelbrechung von +9 χ 10*" bis
+70 χ 1O~3(z.B. +9 χ 10~3 bis +40 χ 1O~3), vorzugsweise
von +9 χ 10~3 bis +&>
χ to"3 (z.BL, +9 χ 10~3 bis +25 χ 10~" ) . Zur Bestimmung der Doppelbrechung des Fadenmaterials
an dieser Stelle des Verfahrens kann ein-
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fach eine repräsentative Probe an der ersten Spannungsisoliervorrichtung
genommen und nach üblichen Methoden an einer Stelle außerhalb der Spinnmaschine analysiert
werden. Beispielsweise kann die Doppelbrechung der Fäden unter Verwendung eines Berek-Kompensators, der in ein
Polarisationsmikroskop eingesetzt ist, bestimmt werden, wobei die Differenz im Brechungsindex parallel und senkrecht
zur Faserachse ausgedrückt wird. Die Höhe der erreichten Doppelbrechung ist direkt proportional der auf
das Fadenmaterial ausgeübten Spannung, wie bereits erläutert. Die bekannten Verfahren zur Herstellung von
frisch gesponnenen Polyesterfadenmaterialien, die für textile oder technische Endverwendungen vorgesehen sind,
werden normalerweise unter verhältnismäßig niedriger Spannung während des Spinnens durchgeführt und führen zu
einem frisch gesponnenen Fadenmaterial mit erheblich niedrigerer Doppelbrechung (z.B. mit einer Doppelbrechung
von etwa +1 χ 10~ bis +2 χ 10 ).
Das frisch gesponnene Fadenmaterial wird kontinuierlich in seiner Längsrichtung von der ersten Spannungsisoliervorrichtung
zu einer ersten Verstreckungszone geführt,
wo es kontinuierlich verstreckt wird, während es die erste Verstreckungszone unter Längsspannung durchläuft.
Während der Verweilzeit in der ersten Verstreckungszone wird das frisch gesponnene Fadenmaterial vorzugsweise
mit wenigstens 50 % seines maximalen Verstreckverhältnisses (z.B. etwa 50 bis 80 % des maximalen Verstreckverhältnisses)
verstreckt. Das "maximale Verstreckverhältnis" des frisch gesponnenen Fadenmaterials wird definiert
als das maximale Verstreckverhältnis, bis zu dem das frisch gesponnene Fadenmaterial auf praktischer und
reproduzierbarer Basis verstreckt werden kann, ohne daß ein Bruch des Fadenmaterials eintritt. Beispielsweise
kann das maximale Verstreckverhältnis des frisch gesponnenen Fadenmaterials bestimmt werden, indem es in
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mehreren Stufen bei von Stufe zu Stufe höheren Temperaturen verstreckt und empirisch die praktische obere Grenze für das Gesamtverstreckverhältnis für alle Stufen
beobachtet wird, wobei die erste Verstreckungsstufe ohne Unterbrechung unmittelbar nach dem Spinnen durchgeführt
wird.
Das in der ersten Verstreckungszone angewandte Verstreck
verhältnis liegt im Bereich von 1,01:1 bis 3,0:1, vorzugsweise von 1,4:1 bis 3,0:1 (z.B. 1,7:1 bis 3,0:1).
Diesen Verstreckverhältnissen liegen die Oberflächengeschwindigkeiten der Galetten unmittelbar vor und nach
der Verstreckungszone zugrunde. Die niedrigeren Verstreckverhältnisse innerhalb dieses Bereichs werden im
allgemeinen, aber nicht unbedingt in Verbindung mit
frisch gesponnenen Fäden mit den genannten höheren Werten der Doppelbrechung und die höheren Verstreckverhältnisse mit den genannten Werten der niedrigeren Doppelbrechung angewandt. Die Apparatur, die für den erforderlichen Grad des Verstreckens in der ersten Verstreckungs
zone verwendet wird, kann sehr unterschiedlich sein.
Beispielsweise kann die erste Verstreckungszone zweckmäßig durchgeführt werden, indem das Fadenmaterial in
Längsrichtung durch eine Dampfdüse geführt wird, während
es sich unter Längsspannung befindet. Andere Verstreck
vorrichtungen, die bei den bekannten Verfahren für Poly
ester verwendet werden, sind ebenfalls geeignet. Bei Beendigung der ersten Verstreckungsstufe hat das beim Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Fadenmaterial
im allgemeinen eine Bruchfestigkeit von etwa 3 bis
30 5 g/den, gemessen bei 25°C.
Nach der ersten Verstreckungsstufe wird das Fadenmaterial bei einer Temperatur, die über der Temperatur der
ersten Verstreckungszone liegt, einer thermischen Behandlung unterworfen, während es unter Längsspannung gehal-
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ten wird. Die thermische Behandlung kann kontinuierlich unmittelbar im Prozeß direkt im Anschluß an den Austritt
aus der ersten Verstreckungszone durchgeführt werden, oder das Fadenmaterial kann nach dem Durchgang durch die
erste Verstreckungszone aufgewickelt und zu einem späteren Zeitpunkt der abschließenden thermischen Behandlung
unterworfen werden. Die thermische Behandlung wird vorzugsweise in mehreren Stufen bei von Stufe zu Stufe
steigenden Temperaturen durchgeführt. Beispielsweise kann die thermische Behandlung in zwei, drei, vier oder
mehr Stufen durchgeführt werden. Die Art der Wärmeübertra gungsmedien während der thermischen Behandlung kann in
weiten Grenzen variieren. Beispielsweise kann als Wärmeübertragungsmedium ein erhitztes Gas oder eine erhitzte
Kontaktfläche, beispielsweise ein oder mehrere heiße Kontaktplatten
oder heiße Walzen, verwendet werden. Die Längsspannung, unter der das Fadenmaterial gehalten wird,
genügt vorzugsweise, um Schrumpfen während jeder Stufe der Wärmebehandlung zu verhindern. Nicht jede Stufe muß
jedoch eine Verstreckungsstufe sein. Eine oder mehrere Stufen werden bei im wesentlichen konstanter Länge durch
geführt. Während der thermischen Behandlung wird das Fadenmaterial so verstreckt, daß wenigstens 85 %, vorzugsweise
wenigstens 90 % des (vorstehend erläuterten) maximalen Verstreckungsverhältnisses erreicht werden.
Durch die thermische Behandlung wird dem Fadenmaterial eine Bruchfestigkeit von wenigstens 7,5 g/den, vorzugsweise
von wenigstens 8 g/den, gemessen bei 25 C, verliehen.
Der letzte Teil der Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 90°C unter der mit dem
Differentialabtastkalorimeter gemessenen maximalen Schmelztemperatur des Fadenmaterials bis unterhalb der
Temperatur, bei der benachbarte Fäden verschmelzen,
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durchgeführt. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform des
Verfahrens wird der abschließende Teil der thermischen Behandlung bei einer Temperatur im Bereich von 6O0C
unterhalb der mit dem Differentialabtastkalorimeter gemessenen
maximalen Schmelztemperatur bis unterhalb der Temperatur, bei der benachbarte Fäden verschmelzen,
durchgeführt. Bei einem Polyesterfadenmaterial, das im
wesentlichen ausschließlich aus Polyäthylenterephthalat besteht, beträgt die mit dem Differentialabtastkalorimeter
gemessene maximale Schmelztemperatur des Fadenmaterials im allgemeinen etwa 26O0C. Der abschließende
Teil der thermischen Behandlung wird im allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 220° bis 25O°C durchgeführt,
ohne daß benachbarte Fäden verschmelzen.
Gegebenenfalls wird wahlweise eine Schrumpfung vorgenommen,
bei der man das aus der vorstehend beschriebenen thermischen Behandlung kommende Fadenmaterial leicht
schrumpfen läßt, wodurch seine Eigenschaften leicht verändert werden. Beispielsweise kann man das erhaltene
Fadenmaterial bis zu etwa 1 bis 10 % (vorzugsweise 2 bis 6 %) durch Erhitzen auf eine Temperatur, die über
der Temperatur des abschließenden Teils der Wärmebehandlung liegt, schrumpfen lassen, während es sich zwischen
laufenden Walzen befindet, deren Verhältnis der Oberflächengeschwindigkeiten
so eingestellt ist, daß die gewünschte Schrumpfung stattfinden kann. Durch diese wahlweise
vorgenommene Schrumpfung wird die Restschrumpfung weiter vermindert und die Dehnung des Endprodukts erhöht
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele unter Bezugnahme auf Fig. 4 und Fig. 5 beschrieben.
Als Ausgangsmaterial wurde Polyäthylenterephthalat mit einer Grenzviskosität von 0,9 dl/g gewählt. Die Grenzviskosität
wurde an einer Lösung von 0,1 g Polymerisat
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in 100 ml o-Chlorphenol bei 25°C bestimmt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung wurde das Polyäthylenterephthalat in feinteiliger Form in den
Trichter 1 gefüllt und mit der Förderschnecke 4 der Spinndüse 2 zugeführt. Durch den Erhitzer 6 wurden die
Polyäthylenterephthalatteilchen unter Bildung einer homogenen Phase geschmolzen, die mit Hilfe der Pumpe 8
weiter zur Spinndüse 2 gefördert wurde. Die Spinndüse wies einen üblichen konischen Eintritt und einen Ring
von Spinnbohrungen mit einem Durchmesser von je 254 um auf.
Das ausgepreßte Polyäthylenterephthalat 10 lief unmittelbar von der Spinndüse 2 durch die Erstarrungszone
Die Erstarrungszone 12 hatte eine Länge von 1,83 m und war senkrecht angeordnet. Luft von 100C wurde kontinuierlich
in die Erstarrungszone 12 bei 14 aus einer Leitung 16 mit Gebläse 18 eingeführt. Die Luft wurde aus
der Erstarrungszone 12 kontinuierlich durch eine langgestreckte Leitung 20 abgezogen, die senkrecht angeordnet
und mit der Wand der Erstarrungszone 12 in Verbindung stand, und von dort kontinuierlich durch die Leitung
22 abgezogen. Beim Durchgang durch die Erstarrungszone wurde das gesponnene Polyäthylenterephthalat
gleichmäßig gekühlt und in ein endloses, frisch gesponnenes Polyathylenterephthalatgarn umgewandelt. Das
polymere Material wurde zuerst aus einer geschmolzenen in eine halbfeste Konsistenz und dann aus der halbfesten
Konsistenz in die feste Konsistenz überführt, während es die Erstarrungszone 12 durchlief.
Nach dem Verlassen des Austrittsendes der Erstarrungszone 12 berührte das Fadenmaterial leicht die Gleitmittelauftragvorrichtung
24 und wurde kontinuierlich zu einer ersten Spannungsisoliervorrichtung, die aus
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einem Paar von Schrägwalzen 26 und 28 bestand, geführt und In vier Hindungen um diese Walzen gelegt. Das Fadenmaterial wurde von den Schrägwalzen 26 und 28 einer
ersten Verstreckungszone zugeführt, die aus einer Dampfdüse 32 bestand, durch die Dampf tangential aus einer
einzelnen öffnung auf das laufende Fadenmaterial gerichtet wurde. Hochdruckdampf von 1,8 atü wurde zunächst dem
überhitzer 34 zugeführt, dort auf 25O°C erhitzt und dann
der Dampfdüse 32 zugeführt. Das Fadenmaterial wurde bei :
der Berührung mit dem Dampf und während des Verstreckensi
in der ersten Verstreckungszone auf eine Temperatur von etwa 85°C erhitzt. Die Längsspannung, die genügte, um
das Verstrecken in der ersten Verstreckungszone vorzunehmen, wurde durch Einstellen der Geschwindigkeit eines
zweiten Paares von Schrägwalzen 36 und 38, um die das
Fadenmaterial in vier Windungen gelegt wurde, eingestell
Das Fadenmaterial wurde anschließend bei 40 aufgewickelt.
die anschließende thermische Behandlung durchgeführt wurde. Der erhaltene Garnkörper 40 wurde anschließend
abgewickelt und in vier Windungen um Schrägwalzen 82 und 84 gelegt, die als Spannungsisoliervorrichtung
dienten. Von den Schrägwalzen 82 und 84 wurde das Fa
denmaterial in gleitender Berührung über die heiße
Kontaktplatte 86, die eine Länge von 61 cm hatte und als zweite Verstreckungszone diente, gezogen und unter
Längsspannung gehalten, die von Schrägwalzen 88 und 90 ausgeübt wurde, um die das Fadenmaterial viermal ge
schlungen wurde. Die Kontaktplatte 86 wurde bei einer
Temperatur über der Temperatur, der das Fadenmaterial in der ersten Verstreckungszone ausgesetzt war, gehalten. Nach dem Weitertransport von den Schrägwalzen 88
und 90 wurde das Fadenmaterial in gleitendem Kontakt
über eine heiße Kontaktplatte 92 gezogen, die eine Län-
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ge von 61 cm hatte und als Zone diente, in der der abschließende
Teil der thermischen Behandlung durchge- j führt wurde. Die Schrägwalzen 94 und 96 hielten das über j
die heiße Kontaktplatte 92 laufende Fadenmaterial unter Längsspannung. Das Fadenmaterial nahm im wesentlichen
die gleiche Temperatur wie die heißen Kontaktplatten 86 und 92 an, während es mit ihnen in gleitendem Kontakt
war. Die mit dem Differentialabtastkalorimeter gemessene maximale Schmelztemperatur des Fadenmaterials betrug in
jedem Beispiel 26O°C, und kein Verschmelzen von Fäden
fand während der in Fig. 5 veranschaulichten thermischen Behandlung statt. Weitere Einzelheiten der durchgeführten
Versuche werden in den folgenden Beispielen beschrieben.
1 ς Beispiel 1
Die Spinndüse 2 wies 20 Bohrungen auf. Das Polyäthylenterephthalat
hatte während des Spinnens eine Temperatur von etwa 316°C. Der Polyesterdurchsatz durch die Spinndüse
2 betrug 12 g/Minute und der Druck im Spinnpack 109 atü.
Die verhältnismäßig hohe Spannung, unter die das Fadenmaterial am Austrittsende der Erstarrungszone 12 kam,
betrug 0,019 g/den, gemessen an der Stelle 30. Das frisch gesponnene Fadenmaterial lief mit einer Geschwindigkeit
von 500 m/Minute um Schrägwalzen 26 und 28 und zeigte an dieser Stelle des Prozesses eine verhältnismäßig
hohe Doppelbrechung von +9,32 χ 10 und einen Gesamttiter von 216 den. Das maximale Verstreckverhältnis
für das frisch gesponnene Fadenmaterial vor dem Eintritt in die erste Verstreckungszone betrug etwa 4,2:1.
Die folgende Tabelle I gibt zusätzliche Parameter und Ergebnisse für mehrere Versuche an, bei denen die Bedingungen
(1) des ersten Verstreckens, (2) des zweiten
809817/0967
Verstreckens und (3) dee abschließenden Teils der ther- j
mischen Behandlung durch Einstellung der Relativgeschwin-:
digkeiten der Schrägwalzen 36 und 38, 62 und 84, 88 und
90 und 94 und 96 sowie der Temperaturen der heißen Kontaktplatten 86 und 92 verändert wurden.
In der Tabelle I sowie in den später folgenden Tabellen werden die folgenden Abkürzungen und Ausdrücke verwendet:
DR
10
TEN
IM MAX. DR
DPF Schrumpfung
= Verstreckverhältnis (:1) auf Basis
des Verhältnisses der Oberflächengeschwindigkeiten der Galetten
* Zugfestigkeit des Garns in g/den, gemessen bei 25°C
= Dehnung des Garns in Prozent, gemessen bei 25°C
« Anfangsmodul des Garns in g/den, gemessen bei 25°C
- maximales Verstreckverhältnis (:1), bis zu dem. das frisch gesponnene
Garn auf praktischer und reproduzierbarer Basis ohne Bruch verstreckt werden kann
- Einzeltiter des Faden in den
= Längsschrumpfung, gemessen bei 175°C
an der Luft in Prozent
= Arbeitsverlust bei 150°C beim Wechsel des Garns zwischen einer Spannung von 0,6 g/den und 0,05 g/den,
genessen bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit von 12,7 mm/Minute in
009817/0967
Stabilitätsindex =
Festigkeitsindex
Kristallinität
fa
fc
inch-pounds an einer 25,4 cm langen Garnprobe und normalisiert auf den
Wert für ein Multifilamentgarn mit einem Gesamttiter von 1000 den in der hier beschriebenen Weise
reziproker Wert des Produkts aus der Multiplikation der Schrumpfung mit
dem Arbeitsverlust
Produkt, das durch Multiplikation der Zugfestigkeit mit dem Anfangsmodul erhalten wird
Kristallinität in Prozent ausgedrückt
= amorphe Orientierungsfunktion
= kristalline Orientierungsfunktion
809817/0967
Ver | Erste | Verstreckung | E | +O1 | IM | 7 | Anschließende | DR | DT TEN | - | E | ,8 |
Arbeits
verlust cmkg |
IM | thermische | ! Behandlung | ,8 | 1118 | E | IM |
Gesamt-
DR |
,4 | 0,580 | auf ..% | W690 | |
such
Nr. |
DR '. | ΓΕΝ | 40,0 | +O1 | 95, | 7 | Zweite Verstreckung | 1,36 | 180 8,02 | 8, | ,15 | ,5 | 0,0218 | 129 |
Letzter
mischen |
,4 | 1061 | 7,64 | 132 | 3,86 | ,7 | 0,522 |
des max
DR ver streckt |
|||
1 | 2,70 4 | ,45 | 40,0 | +O1 | 95, | 7 | 1,36 | 180 8,02 | 8, | -15 | ,2 | 0,0169 | 129 | DR DT |
Teil der ther-
Behandlung |
,6 | 1082 | 8,13 | 134 | 4,04 | ,6 | 0,522 | 92 | |||
2 | 2,70 4 | ,45 | 40,0 | +0, | 95, | 7 | 1 ,36 | 200 7,87 | 8, | ,42 | ,0 | 0,0185 | 126 | 1,05 220 | TEN | ,7 | 1263 | 1,02 | 132 | 3,82 | ,7 | 0,598 | 96 | |||
«D | 3 | 2,70 4 | ,45 | 40,0 | +0, | 95, | 6 | 1,36 | 200 7,87 | 8, | ,42 | ,4 | 0,02 | 126 | 1,10 240 | 8,47 | ,3 | 1079 | 7,36 | 144 | 4,04 | ,6 | 0,577 | 91 | ||
O (D |
4 | 2,70 4 | ,45 | 45,5 | 88, | 1,45 | 190 8,05 | 7( | ,97 | 0,0217 | 131 | 1,04 220 | 7,92 | 7,67 | 128 | 3,89 | 96 | |||||||||
β» —* |
5 | 2,53 4 | ,27 | ,1866 | Weitere Eigenschaften | des | 1,10 240 | 8,20 | 93 | |||||||||||||||||
Einzel-. Doppel-
titer, brechung den. |
,1780 |
Schrump
fung |
1,06 230 | 8,77 |
Kristall!- fa
nität |
|||||||||||||||||||||
CO |
Ver
such Nr. |
3,1 | ,1816 | Produkts | 8,43 | 18, | fc | |||||||||||||||||||
σ> | 1 | 3,1 | ,1887 | 48, | 0,979 | |||||||||||||||||||||
2 | 3,1 | ,1862 |
Stabili- Festigkeits-
tätsindex index |
48, | 0,974 | |||||||||||||||||||||
3 | 3,0 | 47 | 0,970 | |||||||||||||||||||||||
4 | 3,1 | 48 | 0,979 | |||||||||||||||||||||||
5 | 0,979 | |||||||||||||||||||||||||
7 | ||||||||||||||||||||||||||
5 | ||||||||||||||||||||||||||
7 | ||||||||||||||||||||||||||
6 | 6, | |||||||||||||||||||||||||
6 | 12, | |||||||||||||||||||||||||
8, | ||||||||||||||||||||||||||
9, | ||||||||||||||||||||||||||
8 | ||||||||||||||||||||||||||
Beispiel 2 ι
Die Spinndüse 2 war mit 20 Bohrungen versehen. Das PoIyäthylenterephthalat
hatte beim Spinnen eine Temperatur von etwa 312°C. Der Polyesterdurchsatz durch die Spinndüse
2 betrug 12 g/Minute. Der Druck am Spinnpack betrug 134 atü. I
Die verhältnismäßig hohe Spannung, die auf das Fadenmaterial am Austritt der Erstarrungszone zur Einwirkung
kam, betrug 0,041 g/den. Das frisch gesponnene Fadenmaterial wurde um die Schrägwalzen 26 und 28 mit einer
Geschwindigkeit von 1000 m/Minute geführt und hatte an dieser Stelle eine verhältnismäßig hohe Doppelbrechung
von +20 χ 10~ und einen Gesamttiter von 108 den. Das maximale Verstreckverhältnis für das frisch gesponnene
Fadenmaterial vor dem Eintritt in die erste Verstreckungszone betrug etwa 3,2:1.
In Tabelle II sind zusätzliche Parameter und die Ergebnisse angegeben, die bei mehreren Versuchen erzielt
wurden, bei denen die Bedingungen 1) der ersten Verstrekkung, 2) der zweiten Verstreckung und 3) des letzten
Teils der thermischen Behandlung durch Veränderung der Relativgeschwindigkeiten der Galetten 36 und 38, 82 und
84, 88 und 90 sowie 94 und 96 und der Temperaturen der heißen Kontaktplatten 86 und 92 verändert wurden.
809817/0967
II
Ver | Erste | Verstreckung | 20 41,67 | IM | DF | Anschließende | t | DT TEN | 8, | E |
Arbeits
verlust cmkg |
IM | thermische Behandlung | r6 | 1245 | E | IM |
Gesamt-
DR |
,8 | 0,562 | auf ..% | |
such
Nr. |
DR | TEN E | 20 41,67 | 76 | 1 | Zweite Verstreckung | ,38 | 180 7,72 | 8 | 20 | 0,0046 | 116 | r4 | 1289 | 7,43 | 147 | 3,09 | ,2 | 0,536 |
des max.
DR ver streckt |
||
1 | 2,11 | 4, | 20 41,67 | 76 | 1 | ,38 | 180 7,72 | 8 | ,20 | 0,0141 | 116 |
Letzter Teil der ther
mischen Behandlung |
,3 | 1235 | 7,34 | 151 | 3,09 | rO | 0,557 | 97' | ||
2 | 2,11 | 4, | 20 41,67 | 76 | 1 | r38 | 200 8,02 | 8 | ,28 | 0,0161 | 113 | DR DT TEN | ,3 | 1221 | 7,37 | 146 | 3,09 | ,4 | 0,545 | 97 | ||
OO | 3 | 2,11 | 4, | 56 36,62 | 76 | 1 | f38 | 200 8,02 | 8 | ,28 | 0,0131 | 113 | 1,06 220 8,47 | ,2 | 1211 | 7,43 | 148 | 3,09 | ,8 | 0,538 | 97 | |
O α> |
4 | 2.11 | 4. | 81 | 1 | ,34 | 190 8,01 | ,07 | 0,0161 | 120 | 1,06 240 8,54 | 7,51 | 145 | 3,19 | ||||||||
OD | 5 | 2,25 | 4, |
Doppel
brechung |
Weitere Eigenschaften | des | 1,06 220 8,46 | 97 | ||||||||||||||
«ή. | +0,1815 | Schrump fung % ■ |
1,06 240 8,25 |
Kristalli- fa
nität |
100 i |
|||||||||||||||||
O <Ο |
Ver
such Nr. |
Einzel-
titer, den. |
+0,1785 | 5,6 | 1,06 230 8,35 | 45, | ||||||||||||||||
r | 2,1 | +0,1827 | 5,0 | Produkts | 46 | fc | ||||||||||||||||
2 | 2,1 | +0,1823 | 5,8 |
Stabili- Festigkeits-
tätsindex index |
48 | 0,S70 | ||||||||||||||||
3 | 2,2 | +0,1819 | 4,8 | 49 | 0,976 | |||||||||||||||||
4 | 2,2 | 5,4 | 50 | 0,976 | ||||||||||||||||||
5 | 2,2 | 0,979 | ||||||||||||||||||||
0,976 | ||||||||||||||||||||||
44 | ||||||||||||||||||||||
16 | ||||||||||||||||||||||
12 | ||||||||||||||||||||||
18 | ||||||||||||||||||||||
13 | ||||||||||||||||||||||
Die Spinndüse hatte eine Lochzahl von 20, und das PoIyäthylenterephthalat
hatte während des Spinnens eine Temperatur von etwa 316 C. Der Polyesterdurchsatz durch
die Spinndüse 2 betrug 12 g/Minute und der Spinnpackdruck 105 atü.
Die verhältnismäßig hohe Spannung, die auf das Fadenmaterial am Austrittsende der Erstarrungszone 12 ausgeübt
wurde, wurde beim Punkt 30 gemessen und betrug 0,058 g/ den. Das frisch gesponnene Fadenmaterial wurde mit einer
Geschwindigkeit von 1150 m/Minute um Schräggaletten 26
und 28 geführt und hatte an dieser Stelle eine verhältnismäßig hohe Doppelbrechung von +30 χ 10 und einen
Gesamttiter von 94. Das maximale Verstreckverhältnis für das frisch gesponnene Fadenmaterial vor dem Eintritt in
die erste Verstreckungszone betrug etwa 2,6:1.
In der folgenden Tabelle III sind zusätzliche Parameter und die Ergebnisse genannt, die bei mehreren Versuchen
erhalten wurden, bei denen die Bedingungen 1) der ersten Verstreckung, 2) der zweiten Verstreckung und 3) des
abschließenden Teils der thermischen Behandlung durch Veränderung der Relativgeschwindigkeiten der Galetten
36 und 38, 82 und 84, 88 und 90 sowie 94 und 96 und der
Temperatur der heißen Kontaktplatten 86 und 92 verändert
25 wurden.
809817/0967
Ver | Erste | Verstreckung | 85 | E | IM | Anschließende | DR | DT TEN | 7( | E |
Arbeits
verlust cmkg |
IM | thermische | i Behandlung | ,3 | 1122 | E IM |
Gesamt-
DR |
0,417 | auf .. % | |
such
Nr. |
DR | TEN | 85 | 121 | 33 | Zweite Verstreckung | 1,95 | 180 7,54 | 1, | ,54 | 0,0137 | 125 |
Letzter
mischen |
Teil der ther-
Behandlung |
,0 | 1157 | 7,26 128 | 2,37 | 0,385 |
des max.
DR ver streckt |
|
1 | 1,17 | 2, | 85 | 121 | 33 | 1,95 | 180 7,54 | 7( | -54 | 0,0137 | 125 | DR DT | TEN | ,2 | 1200 | 7,60 131 | 2,37 | 0,428 | 91 | ||
2 | 1,17 | 2, | 85 | 121 | 33 | 2,03 | 200 8,49 | 7, | ,40 | 0,0168 | 126 | 1,04 220 | 8,77 | ,7 | 1221 | 7,21 133 | 2,42 | 0,485 | 91 | ||
3 | 1,17 | 2, | 70 | 121 | 33 | 2,03 | 200 8,49 | 8 | r40 | 0,0141 | 126 | 1,04 240 | 8,83 | ,8 | 987 | 7,29 134 | 2,45 | 0,415 | 93 | ||
CO | 4 | 1,17 | 2, | 134 | 30 | 2,01 | 190 7,51 | ,30 | 0,0137 | 119 | 1,02 220 | 9,02 | 8,33 132 | 2,32 | 94 | ||||||
00 | 5 | 1,17 | '2, | Weitere Eigenschaften | des | 1,03 240 | 9,11 | 89 ^ | |||||||||||||
Doppel
brechung |
Schrump
fung % |
1,04 230 | 7,48 |
Kristall!- fa
nitat |
|||||||||||||||||
O co |
Ver
such Nr. |
Einzel-
titer, den. |
+0, | 5,5 | Produkts | 48,2 | fc | ||||||||||||||
*#*
«4 |
1 | 2,0 | +0, | 4,2 |
Stabili- Festigkeits-
tätsindex index |
51,4 | 0,979 | ||||||||||||||
2 | 2,0 | +0, | 5,6 | 47,5 | 0,981 | ||||||||||||||||
3 | 2,0 | +0, | 4,9 | 48,1 | 0,981 | ||||||||||||||||
4 | 2,0 | +0, | 5,0 | 49,6 | 0,978 ^ | ||||||||||||||||
5 | 2,1 | 0,978 Jj | |||||||||||||||||||
,1632 |
-J
GD |
||||||||||||||||||||
,1625 | |||||||||||||||||||||
,1643 | 15, | ||||||||||||||||||||
,1707 | 20, | ||||||||||||||||||||
,1643 | 12, | ||||||||||||||||||||
16, | |||||||||||||||||||||
16 | |||||||||||||||||||||
Die Lochzahl der Spinndüse betrug 34, und das PoIyäthylenterphthalat
hatte während des Spinnens eine Temperatur von etwa 325°C. Der Polyesterdurchsatz durch
5' die Spinndüse 2 betrug 13 g/Minute und der Spinnpackdruck 53 atü.
Die verhältnismäßig hohe Spannung, die auf das Fadenmaterial am Austrittsende der Erstarrungszone 12 ausgeübt
wurde, betrug 0,076 g/den, gemessen am Punkt 30.
Das frisch gesponnene Fadenmaterial wurde mit einer Geschwindigkeit von 1300 m/Minute um die Schräggaletten
26 und 28 geführt und hatte an dieser Stelle eine verhältnismäßig hohe Doppelbrechung von +38 χ 10 und einen
Gesamttiter von 90 den. Das maximale Verstreckverhältnis für das frisch gesponnene Fadenmaterial vor dem Eintritt
in die erste Verstreckungszone betrug etwa 2,52:1.
In der folgenden Tabelle IV sind zusätzliche Parameter und die erhaltenen Ergebnisse angegeben.
809817/0967
Letzter Teil der ther-
Erste Verstreckung Zweite Verstreckung mischen Behandlung auf ..%
des max.
DR TEN E IM DR DT TEN E IM DR DT TEN E IM Gesamt- DR ver-
DR streckt
1,75 4,14 33,8 79 1,35 190 7,94 7,13 128 1,07 230 8,76 6,75 131 2,52 100
*° Weitere Eigenschaften des Produkts
*"* Einzel- Doppel- Schrump- Arbeits- Stabili- Festigkeits- Kristall!- fa fc
titer, brechung fung verlust tätsindex index nität
den. % cmkg
den. % cmkg
1,1 +0,161 5,0 0,0164 14,1 1148 50,3 0,381 0,970
Es hat sich gezeigt, daß das verbesserte Polyestergarn gemäß der Erfindung nicht erhalten wird, wenn Segmente
eines im Handel erhältlichen Reifencordgarns aus Polyäthylenterephthalat von hoher Festigkeit den nachstehend
beschriebenen thermischen Nachbehandlungen unterworfen werden. Das Ausgangsmaterial für die Versuche wurde durch
Schmelzspinnen unter der üblichen niedrigen Spannung hergestellt. Das frisch gesponnene Fadenmaterial hatte eine
Doppelbrechung von etwa +1 χ 10 .Es wurde in mehreren Stufen, die im Rahmen des Spinnprozesses nach dem Schmelzspinnen
durchgeführt wurden, bis etwa 85% seines maximalen Verstreckverhältnisses heißverstreckt und der Entspannung
um etwa 6% überlassen. Die thermische Nachbehandlung, der das handelsübliche Reifencordgarn von hoher Festigkeit
unterworfen wurde, bestand darin, daß das Garn über eine (bei verschiedenen Temperaturen gehaltene) heiße Kontaktplatte
geführt wurde, während es unter Längsspannung gehalten wurde (die unterschiedlich stark war, um die
genannten Verstreckverhältnisse zu erhalten).In der folgenden Tabelle V sind die Eigenschaften des Ausgangsmaterials,
die während der thermischen Nachbehandlung angewandte Temperatur der Kontaktplatte, das bei der thermischen Nachbehandlung
angewandte Verstreckverhältnis und die Eigenschaften des Fadenmaterials nach der thermischen Nachbehandlung
angegeben. Die gebrauchten Ausdrücke und Abkürzungen haben die bereits genannten Bedeutungen.
809817/0967
Versuch | Thermische | _ | Doppel brechung |
Eigenschaften des | Arbeits verlust, cmkg |
Produkts | IM | Stabili tätsindex |
Festigkeits index |
|
Nr. | Nachbehandlung DR DT |
220 | +0,1892 | Schrump fung , % |
0,0933 | TEN | 110 | 1,1 | 913 | |
Kon trolle |
- | 220 | +0,1889 | 11,4 | 0,083 | 8,3 | 126 | 1,0 | 1046 | |
1 | 1,1 | 220 | +0,1885 | 13,6 | 0,097 | 8,3 | 112 | 1,1 | 918 | |
e» ο |
2 | 1,0 | 240 | +0,1727 | 11,2 | 0,114 | 8,2 | 60 | 1,2 | 396 |
co OO |
3 | 0,9 | 200 | +0,1789 | 8,2 | 0,062 | 6,6 | 102 | 2,3 | 806 |
4 | 1,0 | 210 | +0,1830 | 8,0 | 0,096 | 7,9 | 104 | 1,2 | 832 | |
co | 5 | 1,0 | 230 | +0,1920 | 10,2 | 0,094 | 8,0 | 126 | 0,92 | 1046 |
o> | .6 | 1,05 | 230 | +0,1900 | 13,3 | 0,089 | 8,3 | 130 | 1,0 | 1118 |
7 | 1,05 | 210 | +0,1811 | 12,5 | 0,097 | 8,6 | 92 | 1,8 | 708 | |
8 | 0,95 | +0,1770 | 6,6 | 0,09 | 7,7 | 89 | 1,8 | 685 | ||
9 | 0,95 | 7,2 | 7,7 |
CT) CO O
Es hat sich ferner gezeigt, daß das verbesserte Polyestergarn gemäß der Erfindung nicht erhalten wird, wenn ein
übliches Verfahren zur Herstellung von Reifencordgarn hoher Festigkeit nach der ersten Verstreckungsstufe
beendet wird und Segmente des erhaltenen Fadenmaterials anschließend verschiedenen Heißverstreckbehandlungen unterworfen
werden. Das Ausgangsmaterial für die Versuche wurde durch Schmelzspinnen unter der üblichen niedrigen
Spannung hergestellt. Das frisch gesponnene Fadenmaterial hatte eine Doppelbrechung von etwa +1 χ 10 .Es wurde
bei einem Verstreckverhältnis von 3,65 : 1 im Rahmen des Herstellungsprozesses nach dem Schmelzspinnen in einer
einzigen Stufe verstreckt und dann aufgewickelt. Die anschließende Heißverstreckung wurde durchgeführt, indem
das Ausgangsgarn unter Längsspannung (die unterschiedlich stark war, um die genannten Verstreckverhältnisse zu
erhalten) über eine (bei verschiedenen Temperaturen gehaltene) heiße Kontaktplatte geführt wurde. In der
folgenden Tabelle VI sind die Eigenschaften des Ausgangsmaterials, die Temperatur der Kontaktplatte, die während
des anschließenden Heißverstreckens angewandt wurde, das während des anschließenden Heißverstreckens angewandte
Verstreckverhältnis und die Eigenschaften des Fadenmaterials nach dem anschließenden Heißverstrecken angegeben.
Die gebrauchten Ausdrücke und Abkürzungen haben die bereits genannten Bedeutungen.
Ö09817/09S7
Versuch | Thermische | 160 | Doppel brechung |
Eigenschaften des | Arbeits verlust, c mkg |
Produkts | IM | Stabili tätsindex |
Festigkeits index |
|
Nr. | Nachbehandlung DR DT |
160 180 |
+0,1428 +0,1846 |
Schrump fung , % |
0,151 | TEN | 65 105 |
0,33 | 234 693 |
|
Kon
trolle 1 |
1,31 | 180 | +0,1804 +0,1930 |
16 23 |
0,12 0,147 |
3,6 6,6 |
101 111 |
0,46 0,41 |
515 888 |
|
B O 981 |
2
3 |
1,21 1,62 |
200 200 |
+0,1809 | 21 19,2 |
0,136 | 5,1 8,0 |
100 | 0,40 | 610 |
4 | 1,80 | 180 | +0,1884 +0,1830 |
21,2 | 0,132 0,134 |
6,1 | 110 103 |
0,49 0,51 |
902 639 |
|
O " €0 σ> |
5
6 |
1,63 1,91 |
220 | +0,1927 | 17,6 17,0 |
0,151 | 8,2 6,2 |
124 | 0,39 | 1079 |
7 | 1,7 | 220 | +0,1945 | 19,7 | 0,098 | 8,7 | 118 | 1,1 | 1015 | |
β | 1,8 | 220 | +0,1917 | 13,5 | 0,088 | 8,6 | 117 | 1,1 | 901 | |
9 | 1,6 | +0,1802 | 14,4 | 0,086 | 7,7 | 98 | 1,0 | 647 | ||
10 | 1,4 | 13,3 | 6,6 |
Bezüglich weiterer Vergleichsbeispiele wird auf die Beispiele 1 bis 13 der DT-PS (Patentanmeldung :
P 24 45 528.5) der Anmelderin verwiesen. Diese Beispiele veranschaulichen die verhältnismäßig niedrigen Werte
der Zugfestigkeit, des Anfangsmoduls und des Festigkeitsindex, die im allgemeinen erzielt werden, wenn PoIyäthylenterephthalatfasern
nach verschiedenen anderen Verfahren als dem hier beschriebenen Verfahren einschließlich
anderer Verfahren, bei denen mit verhältnismäßig hoher Spannung gesponnen wird, hergestellt werden.
809817/0967
Claims (8)
1. Hochleistungs-Polyesterfilamentgarn, das wenigstens
85 Mol-% Polyäthylenterephthalat enthält, einen Einzeltiter von 1 bis 20 den hat, keine wesentliche Neigung
zeigt, sich bei Einwirkung von Wärme selbst zu kräuseln,
und eine ungewöhnlich stabile innere Struktur aufweist, \ wie die folgende neuartige Kombination von Eigenschaften
erkennen läßt:
a) ein Doppelbrechungswert von +0,160 bis +0,189,
b) ein Stabilitätsindexwert von 6 bis 45, ermittelt durch
Bildung des reziproken Wertes des Produkts, das erhalten worden ist durch Multiplizieren der Schrumpfung
bei 175°C an der Luft in Prozent mit dem Arbeitsverlust bei 150°C, wenn das Garn zwischen einer Spannung
von 0,6 g/den und 0,05 g/den wechselt, gemessen bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit von 12,7 mm/Minute
in inch-pounds an einer 25,4 cm langen Garnprobe, ' die zu derjenigen eines Filamentgarns mit einem
Gesamttiter von JOOO den normalisiert worden ist, und
c) ein Festigkeitsindexwert von mehr als 825, der bei
25°C gemessen und durch Multiplizieren der in g/den ausgedrückten Zugfestigkeit mit dem in g/den ausgedrückten
Anfangsmodul ermittelt wird. ;
2. Polyesterfilamentgarη nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch die folgende neuartige Kombination von Eigenschaften: '
a) eine Kristallinität von 45 bis 55%, j
b) eine kristalline Orientierungsfuntkion von wenigstens
0,97,
c) eine amorphe Orientierungsfunktion von 0,37 bis 0,60, j
d) eine Schrumpfung von weniger als 8,5% an der Luft
bei 175°C,
e) ein Anfangsmodul von wenigstens 110 g/den bei 25 C,\
809817/0967
f) eine Zugfestigkeit von wenigstens 7,5 g/den bei 25°C und
g) ein Arbeitsverlust von 0,0046 bis 0,023 cmkg (0,004
bis 0,02 inch-pounds), wenn das Garn zwischen einer Spannung von 0,6 g/den und 0,05 g/den bei 1500C
wechselt, gemessen bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit von 12,7 mm/Minute an einer 25,4 cm langen
Garnprobe, die zu derjenigen eines Filamentgarns mit einem Gesamttiter von 1000 den normalisiert worden
ist.
3. Polyesterfilamentgarn nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Polyester zu wenigstens 90 Mol-% aus Polyäthylenterephthalat besteht.
4. Polyesterfilamentgarn nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Polyester im wesentlichen vollständig aus Polyäthylenterephthalat besteht.
5. Polyesterfilamentgarn nach Anspruch 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fäden des Garns einen Einzeltiter
von 3 bis 15 den haben.
6. Polyesterfilamentgarn nach Anspruch 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß es aus etwa 6 bis 600 Endlosfäden besteht.
7.Polyesterfilamentgarn nach Anspruch 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß es einen Festigkeitsindexwert von 830 bis 1500 hat, der bei 25°C gemessen und durch Multiplizieren
der Zugfestigkeit in g/den mit dem Anfangsmodul in g/den erhalten worden ist.
8. Verwendung des Polyesterfilamentgarns nach Anspruch
1 bis 7 als Faserverstärkung von Luftreifen.
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