DE2747690A1 - Hochleistungs-polyesterfilamentgarn - Google Patents

Description

VON KREISLER SCHDNWALD MEYER EISHCLD FUES VONKREISLER KELLER SELTIN&7 4 7 6

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.

SKOLNI 24. Oktober 1977

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

CELANESE CORPORATION,

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

ORIGMNAL INSPECTED

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.

177

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

—: 144447

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 = Xf_c Δη + (1-X) f_a Δη_& + An_f (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:

f_c * 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

- &O434

27A7690 11

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-

809817/0967

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-

809817/0967

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.

809817/0967

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.

809817/0967

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)

A_t = Fläche, die von der Schreibfeder beim Skalenendwert der Belastung für eine Minute erzeugt wird.

809817/0907

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

Wt_T = 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-

809817/0967

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

809817/0967

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

ÖQ9817/0987

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

Endlosfäden werden im allgemeinen gebildet. Der

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-

809817/0967

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

809817/0967

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

809817/0987

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-

«09817/0967

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-

809817/0967

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

609817/0967

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-

609817/0987

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,

809817/0967

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

•09117/0907

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

809817/0967

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.

Fig. 5 veranschaulicht die apparative Anordnung, mit der

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-

809817/0967

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

Arbeitsverlust

= 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

Tabelle

	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

Tabelle

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

Beispiel 3

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

Tabelle III

	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

Beispiel 4

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

Tabelle IV Anschließende thermische Behandlung

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

1,1 +0,161 5,0 0,0164 14,1 1148 50,3 0,381 0,970

Vergleichsbeispiele

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

Tabelle V (Vergleichsbeispiele)

	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

Tabelle VI (Vergleichsbeispiele)

	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)

Patentansprüche\

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.

$09817/0967