DE3404909A1

DE3404909A1 - Hochfeste modacrylfasern, deren herstellung und verwendung

Info

Publication number: DE3404909A1
Application number: DE19843404909
Authority: DE
Inventors: Theo Dr. Neukam; Ulrich Dr. 4047 Dormagen Reinehr; Günter Dr. Türck
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1984-02-11
Filing date: 1984-02-11
Publication date: 1985-08-14

Description

Hochfeste Modacrylfasern, deren Herstellung und Ver-
wendung Die Erfindung betrifft hochfeste Modacrylfasern, d.h.
Fasern aus Acrylnitrilcopolymerisaten mit Halogengehalten von 20 bis 30 Gew.-%, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung, insbesondere als Armierungsfasern in hydraulischen Bindemitteln.
Aus der US-PS 25 58 384 sind Fasern aus Copolymerisaten aus Acrylnitril und halogenhaltigen Monomeren, z.B.
Vinyl- und Vinylidenchlorid, sogenannte Modacrylfasern, bekannt, aus denen schwerbrennbare Dekorationsstoffe oder Feuerschutzbekleidung hergestellt werden können.
Für technische Einsatzgebiete scheiden diese Fasern wegen mangelnder Reißfestigkeit, zu niedrigem E-Modul und hoher Reißdehnung aus.
Aus DE-OS 31 15 571 ist bekannt, daß Polyacrylnitrilfasern in anorganischen Formkörpern aus hydraulischen Bindemitteln (z.B. Portlandzement) als Armierungsfasern eingesetzt werden können. Nachteilig ist jedoch die mangelnde Dimensionsstabilität dieser Fasern unter den Ab- bindebedingungen des hydraulischen Bindemittels.
Die dabei auftretenden Temperaturen bis zu 1000C bei pH-Werten von 11 - 14, führen zu einem Schrumpfprozeß, d.h. einer durch Hydrolyse und Quellung bedingten Störung der Faserstruktur, die sich in einem Abfall der Reißfestigkeit und des E-Moduls niederschlägt.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man Formkörper der genannten Art mit guten Eigenschaften herstellen kann, wenn man als Armierungsfasern halogenhaltige Polyacrylnitrilfasern mit Reißfestigkeiten über 2,5 cN/dtex, E-Moduli größer als 400 cN/tex und Reißdehnungen ' 20 % einsetzt.
Gegenstand der Erfindung sind daher halogenhaltige Acrylfasern aus Acrylnitrilcopolymerisaten mit mindestens 50 Gew.-% Acrylnitril und Halogengehalten von 20 bis 30 Gew.-%, gekennzeichnet durch Reißfestigkeiten 22,5 cN/dtex, E-Moduli zu 400 cN/tex und Reißdehnungen <20 t.
Bevorzugte Acrylnitrilcopolymerisate sind Copolymerisate aus Acrylnitril mit Vinyl- und/oder Vinylidenchlorid bzw. Mischungen aus Polyacrylnitrilhomopolymerisat und chlorhaltigen Acrylnitrilpolymeren. Die Copolymerisate werden durch Fällungspolymerisation in wäßrigem Medium hergestellt und besitzen K-Werte (Fikentscher, Cellulosechemie, 13, 58 (1932)) von 65 bis 100, vorzugsweise von 70 bis 85.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung dieser Modacrylfasern durch Trockenspinnen von Lösungen der genannten Copolymerisate in polaren Lösungsmitteln, wobei die Lösungen eine Viskosität bei 80"C von 160 bis 300 Pa.s aufweisen, Abziehen der Fäden am Ende des Spinnschachtes, Verstrecken in 80 bis 1000C heißen wäßrigen Bädern, Trocknen und gegebenenfalls Waschen vor dem Trocknen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsgeschwindigkeit 50 bis 300 m/min, vorzugsweise 60 bis 100 m/min, das Streckverhältnis mindestens 1:7, vorzugsweise 1:8 bis 1:12 beträgt und die Trocknung unter Spannung bei 1600C bis 1800C durchgeführt wird.
Bevorzugte Lösungsmittel sind Dimethylacetamid und insbesondere Dimethylformamid. Die Verstreckung kann ein-oder mehrstufig durchgeführt werden. Die Wäsche kann vor oder nach dem Strecken erfolgen.
Die erfindungsgemäßen Fasern besitzen vorzugsweise Festigkeiten von 3 bis 3,7 cN/dtex, E-Moduli von 600 bis 750 cN/tex und Reißdehnungen von 10 bis 18 %.
Der Titer beträgt 1 bis 4 dtex.
Die erfindungsgemäßen Fasern sind unter den Abbindebedingungen hydraulischer Bindemittel dimensionsstabil, das heißt, sie behalten ihren Ausgangstiter bei. Ferner verringern sich Reißfestigkeit und E-Modul unter diesen Bedingungen nicht. Zur Prüfung auf Dimensionsstabilität wurden die zu untersuchenden Fasern mit halogenfreien PAN-Vergleichsfasern 1 Stunde bei 90"C in einem Zementbrei aus Portlandzement 35 bei einem pH-Wert von 12 aufbewahrt, gewaschen und bei 600C getrocknet. Der Vorgang erfolgte 4 mal in gleicher Weise unter Bestimmung von Reißfestigkeit, Titer und E-Modul. Es zeigte sich, daß die erfindungsgemäßen Fasern nach dieser Behandlung keinerlei Änderung bezüglich Titer, Reißfestigkeit und E-Modul erfahren, im Gegensatz zu halogenfreien Vergleichsfasern.
Die erfindungsgemäßen Fasern lassen sich vorteilhaft als Armierungsfasern in hydraulischen Bindemitteln einsetzen.
Beispiel 1 a) Ein Modacrylpolymerisat vom K-Wert 76 aus Acrylnitril und Vinylidenchlorid mit einem Chlorgehalt von 29 Gew.-% wird zu einer 37-gew.-%igen Lösung (Viskosität 258 Pa.s bei 800C) in Dimethylformamid gelöst. Die Spinnlösung wird nach einer Vorwärmung auf 1150C durch eine Düse mit 240 Löchern trocken versponnen, wobei die Fäden mit einer Geschwindigkeit von 70 m/min abge-zogen werden.
Das Spinngut enthält noch 10 Gew.-% DMF, der Spinntiter beträgt 3700 dtex.
Das ersponnene Kabel wird in 980C heißem Wasser 1:8 verstreckt, mit einer antistatischen Avivage versehen und in einem kontinuierlichen Trockenaggregat bei 1700C unter Spannung getrocknet.
Die Eigenschaften der Faser sind: Titer: 1,9 dtex Reißfestigkeit: 3,1 cN/dtex Dehnung: 15 e E-Modul: 620 cN/tex.
b) Eine nach Beispiel 1 hergestellte, jedoch nur im Verhältnis 1:4 verstreckte Faser, unter Zulassung eines Schrumpfes von 15 % im Trockenaggregat liefert nachstehende Werte: Titer: 4,5 dtex Reißfestigkeit: 2,4 cN/dtex Dehnung: 49 % E-Modul: 300 cN/tex.
Prüfung der Hydrolysestabilität in einer Suspension aus Portlandzement 7 g der nach Beispiel 1 a hergestellten Faser werden in eine 900C erwärmte Suspension aus 1500 g Wasser und 160 g Portlandzement (PZ 35) eingetragen. Nach einer Stunde Verweilzeit wird filtriert, die Fasern werden zementfrei gewaschen und bei Raumtemperatur getrocknet.
Nach 4 Zyklen ist die Behandlung beendet. Nachstehende Tabelle zeigt die nach jedem Zyklus ermittelten mechanischen Werte.
Titer Reißfestigkeit E-Modul (dtex) (cN/dtex) (cN/tex) Ausgangswert 1,9 3,1 620 1. Zyklus 1,8 3,2 610 2. Zyklus 2,0 3,2 630 3. Zyklus 1,9 3,1 610 4. Zyklus 2,0 3,2 610 Die nach Beispiel 1 b hergestellte Faser liefert unter gleichen Bedingungen folgende Werte: Titer Reißfestigkeit E-Modul (dtex) (cN/dtex) (cN/tex) Ausgangswert 4,5 2,4 300 1. Zyklus 4,7 2,3 290 2. Zyklus 4,7 2,2 290 3. Zyklus 4,8 2,0 270 4. Zyklus 4,9 1,9 260 Als Kontrollfaser diente eine Acrylnitrilhomopolymerisatfaser mit einer Dehnung von 14 % aus einem Acrylnitrilhomopolymerisat vom K-Wert 91; sie wurde unter analogen Bedingungen auf Hydrolysestabilität getestet.
Ergebnis: Titer Reißfestigkeit E-Modul (dtex) (cN/dtex) (cN/tex) Ausgangswert 1,7 5,0 850 1. Zyklus 2,1 3,7 560 2. Zyklus 2,4 3,6 530 3. Zyklus 2,2 3,5 400 4. Zyklus 2,1 3,3 49Q Beispiel 2 Eine Mischung aus einem PAN-Hompolymerisat vom K-Wert 90 mit einem Copolymerisat aus Acrylnitril und Vinylchlorid (Chlorgehalt 43 Gew.-%) vom K-Wert 75 im Gew.-Verhältnis 1:1 wird zu einer 28 %igen Lösung in Dimethylformamid gelöst (Viskosität 184 Pa.s bei 800C). Die Spinnlösung wird nach einer Vorwärmung auf 125"C durch eine Düse mit 240 Löchern trocken versponnen, wobei die Fäden mit einer Geschwindigkeit von 90 m/min abgezogen werden.
Das Spinngut enthält noch 15 Gew.-% DMF, der Spinntiter beträgt 3600 dtex.
Die Nachbehandlung erfolgt analog Beispiel 1 mit einer Trockentemperatur von 1800C.
Die Eigenschaften der Faser sind: Titer: 1,9 dtex Reißfestigkeit: 3,7 cN/dtex Dehnung: 15 9s E-Modul: 700 cN/tex.
Die Prüfung auf Hydrolysestabilität erfolgt analog Beispiel 1 a.
Titer Reißfestigkeit E-Modul (dtex) (cN/dtex) (cN/tex) Ausgangswert 1,9 3,7 700 1. Zyklus 2,0 3,6 700 2. Zyklus 1,8 3,7 680 3. Zyklus 1,9 3,5 690 4. Zyklus 1,8 3,6 690

Claims

Patentansprüche 1. Halogenhaltige Acrylfasern mit mindestens 50 Gew.-% Acrylnitril und Halogengehalten von 20 bis 30 Gew.-%, gekennzeichnet durch Reißfestigkeiten > 2,5 cN/dtex, E-Moduli w 400 cN/tex und Reißdehnungen c 20 %.
2. Fasern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Reißfestigkeiten von 3 bis 3,7 cN/dtex, E-Moduli von 600 bis 750 cN/tex und Reißdehnungen von 10 bis 18 %.
3. Verfahren zur Herstellung von halogenhaltigen Acrylfasern gemäß Ansprüchen 1 und 2, durch Trockenspinnen von Lösungen der Copolymerisate in polaren Lösungsmitteln, wobei die Lösungen eine Viskosität bei 800C von 160 bis 300 Pa.s aufweisen, Abziehen der Fäden am Ende des Spinnschachtes, Verstrecken in 80 bis 1000C heißen wäßrigen Bädern, Trocknen und gegebenenfalls Waschen vor dem Trocknen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsgeschwindigkeit 50 bis 300 m/min, das Streckverhältnis mindestens 1:7 beträgt und die Trocknung unter Spannung bei 1600C bis 1800C durchgeführt wird.
4. Verwendung der halogenhaltigen Acrylfasern gemäß Ansprüchen 1 und 2 als Armierungsfasern in hydraulischen Bindemitteln.