DE60112954T2

DE60112954T2 - Dehnbare polymerfasern, spinndüsen zu ihrer herstellung und daraus hergestellte artikel

Info

Publication number: DE60112954T2
Application number: DE60112954T
Authority: DE
Inventors: Daniel Garret FIGULY; J. Anthony SOROKA
Original assignee: Invista Technologies SARL USA
Current assignee: Invista Technologies SARL USA
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: WO2002027082A1; ATE302865T1; TW580527B; CN1466636A; AU2002213026A1; CN1216191C; MXPA03002753A; DE60112954D1; KR100760797B1; EP1322802A1; KR20040005826A; EP1322802B1; JP2004514797A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine streckbare synthetische Polymerfaser mit einem axialen Kern, der ein thermoplastisches, elastomeres Polymer und eine Mehrzahl von an dem äußeren Umfang des Kerns angebrachten und radial beabstandeten Flügeln, die ein thermoplastisches, nichtelastomeres Polymer aufweisen. Mindestens eines der Flügelpolymere oder das Kernpolymer ragt in das andere Polymer hinein, um die Haftung der Flügel an dem Kern zu verbessern. Die Erfindung betrifft ebenfalls Verfahren zum Herstellen derartiger Fasern und einen zur Erzeugung der Fasern verwendbaren Spinndüsenstapel. Die Erfindung betrifft ebenfalls aus den Fasern erzeugte Artikel, einschließlich Garne, Kleidungsstücke und dergleichen.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN GEBIETS
Bei vielen Produkten, die aus Synthesefasern erzeugt sind, wie beispielsweise verschiedene Kleidungsstücke, z.B. Sportkleidung und Wirkwaren, ein Streckvermögen zu vermitteln. Wie im "Stand der Technik" der US-P-4 861 660 von Ishii offenbart wird, sind zahlreiche Verfahren bekannt, synthetischen Filamenten ein Streckvermögen zu vermitteln. In einem der Verfahren werden die Fasern zwei- oder dreidimensional gekräuselt. In einem anderen derartigen Verfahren werden streckbare Filamente aus elastischen Polymeren erzeugt, wie beispielsweise Natur- oder Synthesekautschuk oder ein synthetisches Elastomer, wie beispielsweise ein Polyurethan-Elastomer. Dieser Typ des streckbaren Filaments ist insofern von Nachteil, dass Elastomerfilamente aus Kautschuk oder Polyurethan von sich aus über ein sehr schlechtes Verhalten bei Gebrauch und Verarbeitbarkeit beim Wirken sowie über schlechte Färbeeigenschaften verfügt. Der Nachteil von Kautschuk- oder Polyurethan-Elastomerfilamenten wird daher dadurch vermieden, dass das Kautschuk- oder Elastomerfilament mit einem anderen Filament-Typ überzogen wird, das über eine zufriedenstellende Verarbeitbarkeit und Färbeneigenschaft verfügt.
Allerdings gibt es Nachteile in Verbindung mit derartigen überzogenen Elastomerfilamenten. Ishii versucht diese Nachteile dadurch zu überwinden, indem den Filamenten, die aus zwei Polymeren erzeugt werden, Asymmetrie verliehen wird. Nichtsdestoweniger sind diese Fasern oftmals einem schwerwiegenden Mangel insofern ausgesetzt, dass die zwei Polymere sich oftmals leicht voneinander während der Verarbeitung trennen. Die resultierende aufgespaltene Faser hat eine geringe Reißlänge und kann zu textilen Flächengebilden führen, die einen geringeren Glanz und Wärmeleitfähigkeit haben, als vorgesehen ist. Siehe hierzu auch die US-P-3 017 686 von Breen et al., in der Fasern offenbart werden, die aus zwei verschiedenen, nichtelastomeren Polymeren erzeugt werden und die diese Nachteile haben.
So wird in der US-P-3 418 200 von Tanner erkannt, dass, wenn das Kernpolymer in das Flügelpolymer hineinragt, dieses sehr wohl dazu führt, dass der Abschnitt des Flügels, der aus einem anderen Polymer als der Kern erzeugt ist, sowie die herausragenden Abschnitte der Flügel leichter von den herausragenden Abschnitten trennbar ist. Im Gegenteil kann es gelegentlich wünschenswert sein, die Haftung der zwei unterschiedlichen Polymere in einem Filament entsprechend der Offenbarung in der US-P-3 458 390 zu verbessern, wo eine Art des mechanischen Arretierens angewendet worden ist, um zwei Polymere mit hohem Modul und geringer Elastizität miteinander zu verbinden. Wie auch die bei Breen und bei Tanner offenbarten Polymere verfügen diese Polymere aufgrund ihrer geringen Elastizität über unzureichende Streck- und Erholungseigenschaften für die gegenwärtig angestrebten Kleidungsstücke mit hoher Streckung.
Fasern, die zwei Polymere enthalten, lassen sich mit Spinndüsen verspinnen, wie sie in den US-P-3 418 200 und 5 344 297 offenbart wurden. Die Spinndüsen dieser Patentschriften zeigen jedoch eine Polymer-Migration, wenn mehrfache Polymerströme in Zuführkanälen wesentlich vor der Spinndüse vereint werden. Diese Probleme wurden beschrieben in "Journal of Polymer Science" (Physik-Ausgabe), Bd. 13(5), S. 863, 1975 und wurden speziell erst vor kurzem in dem "International Fiber Journal" (1998), Bd. 13(5), S. 48 bei einem anderweitigen Verspinnen nach dem Stand der Technik einer trilobalen Faser mit Spitzen gezeigt, die zum Abspalten von dem Kern konzipiert waren.
Es besteht daher immer noch ein Mangel an Fasern und Artikeln daraus, die über ein hervorragendes Streckvermögen und Erholung verfügen und die ihre Reißlänge während der Verarbeitung und Verwendung bewahren, und ein Mangel an leichtem Verfahren zum Erzeugen derartiger Fasern und Artikel. Es besteht ebenfalls ein Mangel an Spinndüsen zum Verspinnen von zwei Polymeren, mit denen die Probleme in der Polymer-Migration eliminiert werden, wenn mehrfache Polymerströme in Zuführkanälen wesentlich vor der Spinndüsenöffnung vereint werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist jetzt festgestellt worden, dass das Abspalten (Delamination) im Inneren einer streckbaren Zwei-Polymerfaser wesentlich verringert oder eliminiert werden kann, wenn eines der zwei Polymere das andere Polymer durchdringt, d.h. mindestens ein Abschnitt eines Flügelpolymers von einem oder mehreren Flügeln in das Kernpolymer hineinragt oder mindestens ein Abschnitt des Kernpolymers in ein Flügelpolymer hineinragt. Ein derartiges Verhalten war unerwartet, da davon ausgegangen wurde, dass das elastomere Polymer unter Belastung sich leicht verformen und aus der sich durchdringenden Verbindung mit dem nichtelastomeren Polymer herausziehen würde, was besonders angesichts der Lehren von Tanner, supra, gilt.
Im Sinne dieser Ergebnisse gewährt die vorliegende Erfindung eine streckbare synthetische Polymerfaser, einschließend einen axialen Kern, aufweisend ein thermoplastisches, elastomeres Polymer und eine Mehrzahl von an dem Kern angebrachten Flügeln und aufweisend ein thermoplastisches, nichtelastomeres Polymer, wobei mindestens eines der Flügelpolymere oder Kernpolymere in das andere Polymer herausragt. In einer der Ausführungsformen hat der axiale Kern einen Außenradius R₁, einen Innenradius R₂, wobei R₁/R₂ größer ist als etwa 1,2.
In einer anderen Ausführungsform gewährt die Erfindung eine streckbare synthetische Polymerfaser, einschließend einen axialen Kern, aufweisend ein erstes Polymer, und eine Mehrzahl von an dem Kern angebrachten Flügeln, aufweisend ein zweites Polymer, worin die Faser eine Delaminierungsbewertung von weniger als etwa 1 und eine Abkochstreckung von mindestens 20% hat.
Darüber hinaus ist es mit dem Spinndüsenstapel der vorliegenden Erfindung möglich, direkt mehrkomponentige Polymerströme an speziellen Stellen an dem rückseitigen Eintritt der fasererzeugenden Düse in der Spinndüsenplatte zu dosieren. Damit werden die Probleme bei der Polymer-Migration eliminiert, wenn mehrfache Polymerströme in Zuführkanälen wesentlich vor der Spinndüsenöffnung vereint werden.
Damit wird ferner gemäß der vorliegenden Erfindung ein Spinndüsenstapel für die Schmelzextrusion einer Mehrzahl von synthetischen Polymeren zur Erzeugung von Fasern gewährt, aufweisend: eine Dosierplatte, die eine erste Reihe von Bohrungen enthält, die zur Aufnahme einer ersten Polymerschmelze ausgelegt sind, und eine zweite Reihe von Bohrungen enthält, die zur Aufnahme einer zweiten Polymerschmelze ausgelegt sind; eine Spinndüsenplatte, die ausgerichtet ist und sich im Kontakt befindet mit der Verteilerplatte, wobei die Spinndüsenplatte durch sie hindurch gehende Kapillaren hat und eine Länge der Senkung von weniger als 60% der Länge der Spinndüsenkapillaren; eine Spinndüsenträgerplatte mit Bohrungen, die größer als die Kapillaren sind und ausgerichtet sind und sich in Kontakt befinden mit der Spinndüsenplatte; worin die Platten so ausgerichtet sind, dass die Mehrzahl von Polymerbeschickungen zu der Dosierungsplatte durch die Spinndüsenplatte und die Spinndüsenträgerplatte unter Erzeugung einer Faser hindurchgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung im Querschnitt einer erfindungsgemäßen Faser mit dem in dem Kern herausragenden Flügelpolymer;
2 ist eine Darstellung im Querschnitt einer erfindungsgemäßen Faser mit dem in dem Flügel herausragenden Kernpolymer;
3 ist eine Darstellung im Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faser, bei der das herausragende Polymer, beispielsweise das Flügelpolymer, in das penetrierte Polymer herausragt, z.B. das Kernpolymer, wie beispielsweise die Wurzeln eines Zahns;
4 ist eine Darstellung im Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faser, bei der das herausragende Polymer, z.B. das Kernpolymer, so weit in das penetrierte Polymer herausragt, z.B. das Flügelpolymer, dass das penetrierende Polymer einem Keilnabenprofil ähnlich ist;
5 ist eine Darstellung im Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faser, bei der das Kernpolymer in das Flügelpolymer herausragt und einen abgewandten vergrößerten Endabschnitt einschließt sowie einen verringerten Verstreckungsabschnitt, der an den Endabschnitt des Restes des Kernpolymers angrenzt, um mindestens einen verstreckten Abschnitt darin zu bilden;
6 ist eine Darstellung im Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faser, bei der der Kern einen Abschnitt der Seite eines oder mehrerer Flügel umgibt, so dass ein Flügel den Kern penetriert;
7 ist das Verfahrensschema eines Apparates, das zu Erzeugung der Fasern der vorliegenden Erfindung anwendbar ist;
8 ist eine Darstellung einer Baugruppe der Spinndüsenstapelplatte in Seitenansicht, die zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Fasern angewendet werden kann;
8A ist eine Darstellung einer Düsenplatte A in Draufsicht in 90° zu der in 8 gezeigten Baugruppe der Spinndüsenstapelplatte und quer zu der Linie 8A-8A von 8;
8B ist eine Darstellung einer Düsenplatte B in Draufsicht in 90° zu der in 8 gezeigten Baugruppe der Spinndüsenstapelplatte und quer zu der Linie 8B-8B von 8;
8C ist eine Darstellung einer Düsenplatte C in Draufsicht in 90° zu der in 8 gezeigten Baugruppe der Spinndüsenstapelplatte und quer zu der Linie 8C-8C von 8;
9A zeigt eine Darstellung im freigelegten Querschnitt einer Spinndüsenplatte bekannter Ausführung;
9B und 9C zeigen eine Darstellung im freigelegten Querschnitt von zwei Spinndüsenplatten der Erfindung;
10 ist eine Darstellung der Baugruppe einer Spinndüsenstapelplatte in Seitenansicht, die zur Ausführung einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faser angewendet werden kann;
10A, 10B und 10C zeigen jeweils eine alternative Ausführungsform einer Spinndüsenplatte, Verteilerplatte und Dosierplatte in Draufsicht in 90° zu der Baugruppe der Spinndüsenstapelplatte von 10, die jeweils in einer erfindungsgemäßen Spinndüsenstapel-Baugruppe zur Erzeugung einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faser angewendet werden können;
11A, 11B und 11C zeigen jeweils eine andere alternative Ausführungsform einer Spinndüsenplatte, Verteilerplatte und Dosierplatte in Draufsicht in 90° zu der Baugruppe der Spinndüsenstapelplatte von 10, die jeweils in einer erfindungsgemäßen Spinndüsenstapel-Baugruppe zur Erzeugung einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faser angewendet werden können;
12 ist eine Darstellung im Querschnitt der erfindungsgemäßen Faser, wie sie in Beispiel 6 exemplifiziert wird;
13 ist eine Darstellung im Querschnitt der erfindungsgemäßen Faser, wie sie in Beispiel 7 exemplifiziert wird;
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung gewährt eine streckbare synthetische Polymerfaser, die im Allgemeinen mit 10 in den 1, 2, 3, 4, 5, 6, 11 und 12 dargestellt wird. Die Faser der vorliegenden Erfindung schließt einen axialen Kern ein, der in den 1 und 2 mit 12 gezeigt wird, sowie eine Mehrzahl von Flügeln, die in den 1 und 2 mit 14 gezeigt werden. Der axiale Kern weist ein thermoplastisches, elastomeres Polymer auf, das an dem Kern angebracht ist. Vorzugsweise ist das thermoplastische, nichtelastomere Polymer permanent streckbar.
Der hierin verwendete Begriff "Faser" ist mit dem Begriff "Filament" austauschbar. In dem Begriff "Garn" sind Garne aus einem einzelnen Filament einbezogen. Der Begriff "Multifilamentgarn" bezieht sich allgemein auf Garne aus zwei oder mehreren Filamenten. Der Begriff "thermoplastisch" bezieht sich auf ein Polymer, das wiederholt in der Schmelze verarbeitet werden kann (beispielsweise durch Schmelzspinnen). Unter "elastomeres Polymer" wird ein Polymer verstanden, das in Form einer Monokomponentenfaser vorliegt, frei ist von Streckmitteln, eine Reißdehnung von mehr als 100% hat und beim Strecken auf das 2-fache seiner Länge und Halten für eine Minute und anschließendem Freigeben sich auf weniger als das 1,5-fache seiner ursprünglichen Länge innerhalb von einer Minute nach dem Freigeben zusammenzieht. Die elastomeren Polymere in der erfindungsgemäßen Faser können einen Biegemodul von weniger als etwa 96.500 kPa (etwa 14.000 "pounds per square inch") haben und noch typischer weniger als etwa 58.600 kPa (etwa 8.500 "pounds per square inch"), wenn es in einer Mehrkomponentenfaser vorliegt, die nach dem Standard ASTM D790, "Biegeeigenschaften bei Raumtemperatur oder 23°C" versponnen worden ist sowie unter den Bedingungen, wie sie im Wesentlichen hierin beschrieben werden. Wie hierin verwendet wird, bedeutet "nichtelastomeres Polymer" jedes beliebige Polymer, bei dem es sich nicht um ein elastomeres Polymer handelt. Diese Polymere könne auch als Polymere mit "geringer Elastizität", als "hart" sowie "mit hohem Modul" bezeichnet werden. Unter "permanent streckbar" wird verstanden, dass das Polymer eine Fließgrenze hat und, wenn über diese Grenze hinaus gestreckt wird, es seine ursprüngliche Länge nicht wieder annimmt.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung werden bezeichnet als "Bikonstituentenfasern", sofern sie mindestens zwei Polymere aufweisen, die aneinander entlang der Länge der Faser adhäriert sind, jedes Polymer zu einer anderen generischen Klasse gehört, z.B. Polyamid, Polyester oder Polyolefin. Wenn die elastischen Eigenschaften der Polymere ausreichend verschieden sind, können Polymere der gleichen generischen Klasse verwendet werden und die resultierende Faser ist eine "Bikomponentenfaser". Derartige Bikomponentenfasern liegen ebenfalls innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung.
Nach der Erfindung ragen mindestens das eine des Flügelpolymers und des Kernpolymers in das jeweils andere Polymer hinein. 1 zeigt das in das Kernpolymer herausragende Flügelpolymer und 2 zeigt das in das Flügelpolymer herausragende Kernpolymer. Die Penetration von Kern- und Flügelpolymeren kann mit Hilfe jedes beliebigen Verfahrens erreicht werden, das zur Verringerung der Aufspaltung der Faser geeignet ist. Beispielsweise kann man in einer der Ausführungsformen das penetrierende Polymer (z.B. das Flügelpolymer) in das penetrierte Polymer (z.B. das Kernpolymer) in Form von Wurzeln eines Zahns hineinragen, so dass eine Mehrzahl von Vorsprüngen gebildet werden (siehe 3). In einer anderen Ausführungsform kann das penetrierende Polymer (z.B. das Kernpolymer) so weit in das penetrierte Polymer hineinragen (z.B. das Flügelpolymer), dass das penetrierende Polymer einem Keilnabenprofil ähnlich ist (siehe 4). Ein Keilnabenprofil hat einen im Wesentlichen gleichförmigen Durchmesser. In einer noch anderen Ausführungsform kann das mindestens eine Polymer mindestens einen vorstehenden Abschnitt von einem einzelnen Flügel in den Kern oder einen Kern in den Flügel haben, was einen abgewandten vergrößerten Endabschnitt einschließt und einen verringerten Verstreckungsabschnitt, der an den Endabschnitt des Restes des mindestens einen Polymers unter Erzeugung mindestens eines verstreckten Abschnittes darin angrenzt. 5 zeigt das in das jeweilige Flügelpolymer herausragende Kernpolymer, das über einen derartigen abgewandten vergrößerten Endabschnitt 16 und einen verringerten Verstreckungsabschnitt 18 verfügt. Flügel und Kern, die aneinander mit Hilfe eines derartigen vergrößerten Endabschnittes und eines verringerten verstreckten Abschnittes verbunden sind, werden bezeichnet als "mechanisch verblockt". Zur leichteren Herstellung und wirksameren Haftung zwischen Flügeln und Kern wird die letztgenannte Ausführungsform, die über einen verringerten verstreckten Abschnitt verfügt, oftmals bevorzugt. Aus der Sicht des Fachmannes auf dem Gebiet können andere Methoden für Vorsprünge in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann der Kern, wie er in 6 zu sehen ist, einen Teil der Seite von einem oder mehreren Flügeln umgeben, so dass ein Flügel den Kern penetriert.
Die Faser der vorliegenden Erfindung schließt einen axialen Kern mit einem Außenradius und einem Innenradius ein (z.B. "R₁" bzw. "R₂" in 1 und 2). Der Außenradius ist der eines Kreises, der die äußersten Abschnitte des Kerns umgibt, während der Innenradius derjenige eines Kreises ist, der die innersten Abschnitte der Flügel einbeschreibt. In den erfindungsgemäßen Fasern ist R₁/R₂ im Allgemeinen größer als etwa 1,2. Vorzugsweise liegt R₁/R₂ im Bereich von etwa 1,3 bis etwa 2,0. Bei kleineren Verhältnissen kann die Beständigkeit gegenüber Delaminierung abnehmen, während bei höheren Verhältnissen die hohen Mengen an elastomerem Polymer in den Flügel (oder nichtelastomerem Polymer in dem Kern) das Streckvermögen und die Erholung der Faser verringern können. Wenn der Kern im Inneren des Flügels ein Keilnabenprofil bildet, nähert sich R₁/R₂ dem Wert 2 an. Im Gegensatz dazu nähert sich in einer Faser, wo eines der Flügel- oder Kernpolymere nicht in das andere Polymer herausragt, R₁ dem Wert von R₂ an, so dass weder Flügel noch Kern das jeweils andere Polymer penetrieren. In Fällen, in denen unter der Mehrzahl von Flügeln das Polymer in einigen Flügeln das Kernpolymer penetriert, während das Polymer in anderen Flügeln von dem Kernpolymer penetriert wird, werden R₁ und R₂ lediglich als Paare entsprechend dem jeweiligen Flügel, wie in 2 veranschaulicht wird, bestimmt, und jedes Verhältnis R₁/R₂ und R₁'/R₂' ist in der Regel größer als etwa 1,2 und liegt bevorzugt im Bereich von 1,3 bis 2,0. In einer anderen Ausführungsform können einige Flügel vom Kernpolymer penetriert werden, während angrenzende Flügel nicht penetriert werden und R₁ und R₂ durch die Beziehung zu den penetrierten Flügeln bestimmt werden, während in ähnlicher Weise R₁ und R₂ in Beziehung zu den penetrierenden Flügeln bestimmt werden, wenn lediglich einige Teile des Kerns von Flügelpolymer penetriert werden. Es kann jede beliebige Kombination von Kern-in-Flügel, Flügel-in-Kern und aber auch keine Penetration für die Flügel so lange verwendet werden, wie mindestens ein Flügel einen Kern penetriert oder von einem Kern penetriert wird.
Die Faser der vorliegenden Erfindung wird um ihre Längsachse ohne wesentlichen zwei- oder dreidimensionale Kräuselungs-Charakteristik verdrillt. (Bei einem solchen höherdimensionalen Kräuseln nimmt die Längsachse einer Faser selbst eine Zick-Zack- oder schraubenförmige Konfiguration an und solche Fasern liegen nicht im Schutzumfang der Erfindung). Die Faser der vorliegenden Erfindung lässt sich dadurch kennzeichnen, dass sie über eine im Wesentlichen spiralige Verdrillung und über eine eindimensionale Drehungslinie verfügt. "Weitgehend spiralige Verdrillung" schließt sowohl eine Drehungslinie ein, die vollständig um den elastomeren Kern geht, als auch eine Drehungslinie, die lediglich teilweise um den Kern geht, da festgestellt worden ist, dass eine vollständige Drehungslinie um 360° nicht erforderlich ist, um die angestrebten Streckeigenschaften in der Faser zu erreichen. Die im Wesentlichen spiralige Verdrillung kann entweder fast geschlossen peripher sein oder sie kann fast vollständig nicht peripher sein. Eine "eindimensionale" Verdrillung bedeutet, dass, obgleich die Flügel der Faser weitgehend spiralig sein können, die Achse der Faser selbst bei einer geringen Spannung im Wesentlichen gerade ist im Gegensatz zu den Fasern, die über eine zwei- oder dreidimensionale Kräuselung verfügen. Allerdings liegen Fasern, die über eine gewisse Welligkeit verfügen, innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung.
Das Vorhandensein oder Fehlen einer zwei- oder dreidimensionalen Kräuselung läßt sich anhand des Umfanges der Streckung ermessen, die erforderlich ist, um die Faser im Wesentlichen gerade zu ziehen (indem alle möglichen Nichtlinearitäten ausgezogen werden) und ist ein Maß der radialen Symmetrie der Fasern, die über eine spiralige Verdrillung verfügen. Die erfindungsgemäße Faser kann weniger als etwa 10% Streckung und noch typischer weniger als etwa 7% Streckung und beispielsweise etwa 4% bis etwa 6% erfordern, um die Faser weitgehend gerade zu ziehen.
Die Faser der vorliegenden Erfindung hat einen im Wesentlichen radial-symmetrischen Querschnitt, wie aus den 1 und 2 entnommen werden kann. Unter einem "weitgehend radial-symmetrischen Querschnitt" wird ein Querschnitt verstanden, in dem die Flügel so angeordnet sind und solche Abmessungen haben, dass eine Rotation der Faser um ihre Längsachse um 360/n Grad, worin "n" eine ganze Zahl ist und die "n-fache" Symmetrie der Fasern darstellt, im Wesentlichen den gleichen Querschnitt wie vor der Rotation ergibt. Der Querschnitt ist im Wesentlichen symmetrisch hinsichtlich der Größe, hinsichtlich des Polymers und des Winkelabstandes um den Kern. Dieser im Wesentlichen radialsymmetrische Querschnitt vermittelt eine unerwartete Kombination von hohem Streckvermögen und hoher Gleichförmigkeit ohne signifikante Beträge einer zwei- oder dreidimensionalen Kräuselung. Eine solche Gleichförmigkeit ist im Hochleistungsverarbeiten von Fasern von Vorteil, wie beispielsweise durch Führungen und Wirknadeln hindurch, sowie bei der Erzeugung von glatten "nicht feinen" textilen Flächengebilden und speziell bei durchscheinenden Geweben, wie beispielsweise Strumpfwaren. Fasern, die einen im Wesentlichen radial-symmetrischen Querschnitt haben, besitzen kein Potential zur Selbstkräuselung, d.h. sie verfügen über keine signifikanten zwei- oder dreidimensionalen Kräuselungseigenschaften. Siehe hierzu allgemein "Textile Research Journal", Juni 1967, S. 449.
Bei einem Maximum an radialer Querschnittsymmetrie kann der Kern einen weitgehend kreisrunden oder regelmäßigen Polyederquerschnitt haben, wie man beispielsweise in den 1 und 2 sieht. Unter "weitgehend kreisrund" wird das Verhältnis der Längen zweier einander im Winkel von 90° im Mittelpunkt des Faserquerschnittes kreuzenden Achsen von nicht mehr als etwa 1,2:1 landen. Die Verwendung eines weitgehend kreisrunden oder regelmäßigen Polyederkerns kann im Gegensatz zu den Kernen der US-P-4 861 660 das Elastomer vor dem Kontakt mit den Walzen, Führungen, usw., schützen, wie später unter Bezugnahme auf die Zahl der Flügel beschrieben wird. Die Mehrzahl von Flügeln kann in jeder beliebigen gewünschten Weise um den Kern herum angeordnet werden, beispielsweise entsprechend der Darstellung in den 1 und 2 ist kontinuierlich, d.h. das Flügelpolymer bildet keinen zusammenhängenden Mantel auf dem Kern, oder mit angrenzendem angrenzenden Flügel(n), die sich an der Kernoberfläche treffen, wie beispielsweise in den 4 und 5 der US-P-3 418 200 veranschaulicht wird. Die Flügeln können die gleiche Größe oder können unterschiedliche Größen unter der Voraussetzung haben, dass eine im Wesentlichen radiale Symmetrie bewahrt bleibt. Darüber hinaus kann jeder Flügel aus einem anderen Polymer von den anderen Flügeln sein, und zwar wiederum so lange eine weitgehend radiale Symmetrie gewahrt bleibt und die Symmetrie der Polymerzusammensetzung erhalten bleibt. Aus Gründen der Einfachheit der Herstellung und weil es leichter ist, eine radiale Symmetrie zu erhalten, haben die Flügel jedoch vorzugsweise ungefähr die gleichen Abmessungen und sind aus dem gleichen Polymer oder Blend von Polymeren gefertigt. Ebenfalls wird bevorzugt, dass die Flügel den Kern zur leichteren Herstellung in einer unterbrochenen Form umgeben.
Obgleich der Faserquerschnitt hinsichtlich der Größe, hinsichtlich des Polymers und des Biegeabstandes um den Kern weitgehend symmetrisch ist, gilt als selbstverständlich, dass geringfügige Abweichungen von einer perfekten Symmetrie in der Regel bei jedem beliebigen Spinnprozess in Folge von Faktoren auftreten, wie ungleichförmiges Abkühlen oder unvollständiger Polymerschmelzfluss oder fehlerhafte Spinndüsen. Es gilt als selbstverständlich, dass derartige Abweichungen unter der Voraussetzung zulässig sind, dass sie nicht so groß sind, dass sie die Aufgaben der Erfindung nicht mehr erfüllen, sowie das Bereitstellen von Fasern mit erwünschter Streckung und Erholung über einer eindimensionalen spiraligen Verdrillung, während zwei- und dreidimensionale Kräuselungen auf ein Minimum herabgesetzt sind. Das bedeutet, dass die Faser vorsätzlich nicht asymmetrisch ausgeführt wird wie in der US-P-4 861 660.
Die Flügel ragen von dem Kern, an dem sie angefügt sind, nach außen und bilden eine Mehrzahl von Spiralen mindestens in einem Abstand um den Kern speziell nach einer erfolgten Erhitzung. Die Steigung solcher Spiralen kann größer werden, wenn die Faser gestreckt wird. Die erfindungsgemäße Faser verfügt über eine Mehrzahl von Flügeln und bevorzugt verfügt sie über 3 bis 8 und mehr bevorzugt über 5 oder 6. Die Zahl der zur Anwendung gelangenden Flügel kann von anderen Merkmalen der Fasern und von den Bedingungen abhängen, unter denen sie erzeugt werden und zur Anwendung kommen. Beispielsweise können 5 oder 6 Flügel verwendet werden, sofern ein Monofilament erzeugt wird, und speziell bei höheren Streckverhältnissen und Faserspannungen. In diesem Fall kann der Flügelabstand um den Kern in einer ausreichenden Folgezahl sein, dass das Elastomer gegenüber dem Kontakt mit Walzen, Führungen und dergleichen geschützt ist und dadurch weniger anfällig gegenüber Rissen, Walzenverwerfungen und Verschleiß ist als bei Verwendung von weniger Flügeln. Die Wirkung der höheren Streckverhältnisse und Faserspannungen besteht darin, die Faser härter gegen Walzen und Führungen zu drücken und dadurch die Flügel auszuspreizen und den elastomeren Kern in Kontakt mit der Walze oder der Führung zu bringen, wobei eine Präferenz für mehr als zwei Flügel bei hohen Streckverhältnissen und Faserspannungen besteht. In Monofilamenten werden oftmals fünf oder sechs Flügel für eine optimale Kombination einer leichten Herstellung und eines verringerten Kernkontaktes bevorzugt. Sofern ein Mehrfachgarn angestrebt wird, lassen sich bis herab zu zwei oder drei Flügel verwenden, was darauf zurückzuführen ist, dass die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes zwischen dem Elastomerkern und den Walzen oder Führungen durch das Vorhandensein der anderen Fasern verringert ist.
Da die Flügel wegen der leichteren Herstellung den Kern vorzugsweise in unterbrochener Weise umgeben, kann in dem Kern auf seiner Außenseite ein Mantel aus einem nichtelastomeren Polymer zwischen den Stellen einbezogen werden, wo sich die Flügel mit dem Kern berühren. Die Manteldicke kann im Bereich von etwa 0,5% bis etwa 15% des größten Radius des Faserkerns liegen. Der Mantel kann die Adhäsion der Flügel an dem Kern unterstützen, indem mehr Kontaktstellen zwischen den Kern- und Flügelpolymeren bereitgestellt werden, was ein brauchbares Merkmal dann ist, wenn die Polymere in der Bikonstituentenfaser aneinander nicht ohne weiteres haften. Der Mantel kann ferner den abrasiven Kontakt zwischen dem Kern und den Walzen, Führungen und dergleichen verringern und speziell dann, wenn die Faser eine geringe Zahl von Flügeln hat.
Der Kern und/oder die Flügel des mehrflügeligen Querschnittes der vorliegenden Erfindung können massiv sein oder Löcher oder Hohlräume enthalten. Im typischen Fall sind sowohl Kern als auch Flügel massiv. Darüber hinaus können die Flügel jede beliebige Form annehmen, wie beispielsweise ovale Formen, T-, C- oder S-Formen (siehe beispielsweise 4). Beispiele für verwendbare Flügelformen finden sich in der US-P-4 385 886. T-, C- oder S-Formen können dazu beitragen, den Elastomerkern gegenüber dem Kontakt mit Führungen und Walzen zu schützen, wie bereits früher beschrieben wurde.
Das Gewichtsverhältnis des gesamten Flügelpolymers im Bezug auf das Kernpolymer kann variiert werden, um den gewünschten Mix von Eigenschaften aufzuprägen, z.B. die angestrebte Elastizität von dem Kern und andere Eigenschaften, wie beispielsweise eine geringe Klebrigkeit von dem Flügelpolymer. Beispielsweise läßt sich ein Gewichtsverhältnis von etwa 10/90 bis etwa 70/30 und bevorzugt etwa 30/70 bis etwa 40/60 von Flügel zu Kern anwenden. Bei hoher Haltbarkeit in Kombination mit hohem Streckvermögen bei Anwendungen, in denen die Faser nicht mit einem begleitenden Garn verwendet werden muss (z.B. Strumpfwaren), wird häufig ein Flügel/Kern-Gewichtsverhältnis im Bereich von etwa 35/65 bis etwa 50/50 bevorzugt. Für eine beste Adhäsion zwischen dem Kern und den Flügeln können im typischen Fall etwa 5 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% des Gesamtgewichts der Faser nichtelastomeres Polymer sein, das den Kern penetriert, oder elastisches Kernpolymer, das die Flügel penetriert.
Wie vorstehend ausgeführt, kann der Kern der erfindungsgemäßen Faser aus einem thermoplastischen, elastomeren Polymer erzeugt werden. Beispiele für verwendbare Elastomere schließen thermoplastische Polyurethane ein, thermoplastische Polyester-Elastomere, thermoplastische Polyolefine, thermoplastische Polyesteramid-Elastomere und thermoplastische Polyetheresteramid-Elastomere.
Verwendbare thermoplastische Polyurethan-Kernelastomere schließen solche ein, die hergestellt werden aus polymerem Glykol, einem Diisocyanat und mindestens einem Diol- oder Diamin-Kettenverlängerer. Diol-Kettenverlängerer werden bevorzugt, da die damit hergestellten Polyurethane geringere Schmelzpunkte haben als bei Verwendung eines Diamins als Kettenverlängerer. Polymere Glykole, die in der Herstellung der elastomeren Polyurethane verwendbar sind, schließen ein: Polyetherglykole, Polyesterglykole, Polycarbonatglykole und Copolymere davon. Beispiele für derartige Glykole schließen ein: Poly(ethylenether)glykol, Poly(tetramethylenether)glykol, Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol, Poly(ethylen-co-1,4-butylenadipat)glykol, Poly(ethylen-co-1,2-propylenadipat)glykol, Poly(hexamethylen-co-2,2-dimethyl-1,3-propylenadipat)glykol, Poly(3-methyl-1,5-pentylenadipat)glykol, Poly(3-methyl-1,5-pentylennonanoat)glykol, Poly(2,2-dimethyl-1,3-propylendodecanoat)glykol, Poly(pentan-1,5-carbonat)glykol und Poly(hexan-1,6-carbonat)glykol. Verwendbare Diisocyanate schließen ein: 1-Isocyanato-4-[(4-isocyanatophenyl)methyl]benzol, 1-Isocyanato-2-[(4-isocyanatophenyl)methyl]benzol, Isophorondiisocyanat, 1,6-Hexandiisocyanat, 2,2-Bis(4-isocyanatophenyl)propan, 1,4-Bis(p-isocyanato), alpha,alpha-Dimethylbenzyl)benzol, 1,1'-Methylen-bis(4-isocyanatocyclohexan) und 2,4-Tolylendiisocyanat. Verwendbare Diol-Kettenverlängerer schließen ein: Ethylenglykol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propylendiol, Diethylenglykol und Mischungen davon. Bevorzugte polymere Glykole sind: Poly(tetramethylenether)glykol, Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol, Poly(ethylen-co-1,4-butylenadipat)glykol und Poly(2,2-dimethyl-1,3-propylendodecanoat)glykol. Ein bevorzugtes Diisocyanat ist 1-Isocyanato-4-[(4-isocyanatophenyl)methyl]benzol. Bevorzugte Diol-Kettenverlängerer sind 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol. Um das Molekulargewicht des Polymers zu steuern, lassen sich monofunktionelle Kettenabbrecher zusetzen, wie beispielsweise 1-Butanol und dgl.
Verwendbare thermoplastische Polyester-Elastomere schließen die Polyetherester ein, die durch die Reaktion eines Polyetherglykols mit einem niedermolekularen Diol hergestellt werden, z.B. mit einem Molekulargewicht von weniger als etwa 250; sowie Dicarbonsäure oder ein Diester davon, z.B. Terephthalsäure oder Dimethylterephthalat. Verwendbare Polyetherglykole schließen ein: Poly(ethylenether)glykol, Poly(tetramethylenether)glykol, Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol (deriviert von der Copolymerisation von Tetrahydrofuran und 3-Methyltetrahydrofuran) sowie Poly(ethylen-co-tetramethylenether)glykol. Verwendbare niedermolekulare Diole schließen ein: Ethylenglykol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propylendiol sowie Mischungen davon; 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol sind dabei bevorzugt. Verwendbare Dicarbonsäuren schließen Terephthalsäure wahlweise mit geringen Mengen von Isophthalsäure und Diester davon ein (z.B. < 20 Mol.-%).
Verwendbare thermoplastische Polyesteramid-Elastomere, die bei der Herstellung des Kerns der erfindungsgemäßen Fasern verwendet werden können, schließen solche ein, wie sie in der US-P-3 468 975 beschrieben wurden. Beispielsweise können derartige Elastomere mit Polyester-Segmenten hergestellt werden, die erzeugt werden durch Reaktion von Ethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,10-Decandiol, 1,4-Di(methylol)cyclohexan, Diethylenglykol oder Triethylenglykol mit Malonsäure, Succinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, 2-Methyladipinsäure, 3-Methyladipinsäure, 3,4-Dimethyladipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure oder Dodecandionsäure oder Ester davon. Beispiele von Polyamid-Segmenten in derartigen Polyesteramiden schließen solche ein, die hergestellt werden durch Reaktion von Hexamethylendiamin oder Dodecamethylendiamin mit Terephthalsäure, Oxalsäure, Adipinsäure oder Sebacinsäure sowie durch die Ringöffnungspolymerisation von Caprolactam.
Thermoplastische Polyetheresteramid-Elastomere sind solche, wie sie in der US-P-4 230 838 beschrieben wurden, die auch verwendet werden können, um den Faserkern herzustellen. Derartige Elastomere können beispielsweise hergestellt werden, indem ein mit Dicarbonsäure terminiertes Polyamid-Prepolymer aus einem niedermolekularen (z.B. etwa 300 bis etwa 15.000) Polycaprolactam, Polyoenantholactam, Polydodecanolactam, Polyundecanolactam, Poly(11-aminoundecanonsäure), Poly(12-aminododecanonsäure), Poly(hexamethyelnadipat), Poly(hexamethylenazelat), Poly(hexamethylensebacat), Poly(hexamethylenundecanoat), Poly(hexamethylendodecanoat), Poly(nonamethylenadipat) oder dg. und Succinsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Undecandionsäure, Terephthalsäure, Dodecandionsäure oder dergleichen hergestellt werden. Das Prepolymer lässt sich anschließend umsetzen mit einem Hydroxy-terminierten Polyether wie z.B. Poly(tetramethylenether)glykol, Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol, Poly(propylenether)glykol, Poly(ethylenether)glykol oder dgl.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, können die Flügel aus jedem beliebigen nichtelastomeren oder harten Polymer erzeugt werden. Beispiele für derartige Polymere schließen nichtelastomere Polyester, Polyamide und Polyolefine ein.
Verwendbare thermoplastische, nichtelastomere Flügel-Polyester schließen ein: Poly(ethylenterephthalat) ("2G-T") und Copolymere davon, Poly(trimethylenterephthalat) ("3G-T"), Polybutylenterephthalat ("4G-T") und Polyethylen-2,6-naphthalat), Poly(1,4-cyclohexylendimethylenterephthalat), Poly(lactid), Poly(ethylenazelat), Polyethylen-2,7-naphthalat), Poly(glykolsäure), Poly(ethylensuccinat), Poly(alpha,alpha-dimethylpropiolacton), Poly(p-hydroxybenzoat), Poly(ethylenoxybenzoat), Poly(ethylenisophthalat), Poly(tetramethylenterephthalat), Poly(hexamethylenterephthalat), Poly(decamethylenterephthalat), Poly(1,4- cyclohexandimethylenterephthalat)(trans), Polyethylen-1,5-naphthalat), Polyethylen-2,6-naphthalat), Poly(1,4-cyclohexylidendimethylenterephthalat)(cis) und Poly(1,4-cyclohexylidendimethylenterephthalat)(trans).
Bevorzugte nichtelastomere Polyester schließen ein: Poly(ethylenterephthalat), Poly(trimethylenterephthalat) und Poly(1,4-butylenterephthalat) sowie Copolymere davon. Sofern relativ hoch schmelzende Polyester, wie beispielsweise Poly(ethylenterephthalat) verwendet werden, kann in dem Polyester ein Comonomer eingearbeitet werden, so dass es bei herabgesetzten Temperaturen versponnen werden kann. Derartige Comonomere können lineare, cyclische und verzweigte aliphatische Dicarbonsäuren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen (z.B. Pentandionsäure) einschließen; aromatische Dicarbonsäuren außer Terephthalsäure mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen (z.B. Isophthalsäure); lineare, cyclische und verzweigte aliphatische Diole mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen (z.B. 1,3-Propandiol, 1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol und 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol) sowie aliphatische und araliphatische Etherglykole mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen (z.B. Hydrochinon-bis(2-hydroxyethyl)ether). Das Comonomer kann in dem Polyester in einer Menge im Bereich von etwa 0,5% bis 15 Mol.-% vorliegen. Wegen ihrer leichten kommerziellen Verfügbarkeit und weil sie kostengünstig sind, sind bevorzugte Comonomere für Poly(ethylenterephthalat) Isophthalsäure, Pentandionsäure, Hexandionsäure, 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol.
Der/die Flügelpolyester können auch geringe Mengen anderer Comonomere unter der Voraussetzung enthalten, dass diese Comonomere keinen nachteiligen Einfluss auf die Fasereigenschaften haben. Derartige andere Comonomere schließen 5-Natriumsulfoisophthalat ein, beispielsweise mit einer Menge im Bereich von etwa 0,2% bis 5 Mol.-%. Sehr geringe Mengen von beispielsweise etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% bezogen auf die gesamten Inhaltsstoffe von trifunktionellen Comonomeren, z.B. Trimellithsäure, können zur Steuerung der Viskosität eingearbeitet werden.
Verwendbare thermoplastische, nichtelastomere Flügelpolyamide schließen ein: Poly(hexamethylenadipamid) (Nylon 6,6); Polycaprolactam (Nylon 6); Polyenanthamid (Nylon 7); Nylon 10; Poly(12-dodecanolactam) (Nylon 12); Polytetramethylenadipamid (Nylon 4,6); Polyhexamethylensebacamid (Nylon 6,10); Poly(hexamethylendodecanamid) (Nylon 6,12); das Polyamid von Dodecamethylendiamin und n-Dodecandionsäure (Nylon 12,12), PACM-12-Polyamid, deriviert von Bis(4-aminocyclohexyl)methan und Dodecandionsäure, das Copolyamid aus 30% Hexamethylendiammoniumisophthalat und 70% Hexamethylen-diammoniumadipat, das Copolyamid aus bis zu 30% Bis(p-amidocyclohexyl)methylen und Terephthalsäure und Caprolactam, Poly(4-aminobutansäure) (Nylon 4), Poly(8-aminooctansäure) (Nylon 8), Poly(heptamethylenpimelamid) (Nylon 7,7), Poly(octamethylensuberamid) (Nylon 8,8), Poly(nonamethylenazelamid) (Nylon 9,9), Poly(decamethylenazelamid) (Nylon 10,9), Poly(decamethylensebacamid) (Nylon 10,10), Poly[bis(4-aminocyclohexyl)methan-1,10-decandicarboxamid], Poly(m-xyloladipamid), Poly(p-xylolsebacamid), Poly(2,2,2-trimethylhexamethylenpimelamid), Poly(piperazinsebacamid), Poly(11-aminoundecansäure) (Nylon 11), Polyhexamethylenisophthalamid, Polyhexamethylenterephthalamid und Poly(9-aminononansäure) (Nylon 9), Polycaproamid. Copolyamide können ebenfalls zur Anwendung gelangen, wie beispielsweise Poly(hexamethylen-co-2-methylpentamethylenadipamid), in dem der Hexamethylen-Teil mit bis zu etwa 75% bis 90 Mol.-% der gesamten von Diamin derivierten Teile vorliegen kann.
Verwendbare Polyolefine schließen ein: Polypropylen, Polyethylen, Polymethylpentan und Copolymere sowie Terpolymere von einem oder mehreren von Ethylen oder Propylen mit anderen ungesättigten Monomeren. Beispielsweise liegen Fasern, die nichtelastomere Polypropylen-Flügel und einen elastomeren Polypropylen-Kern aufweisen, innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung, wobei diese Fasern Bikomponentenfasern sind.
Kombinationen von elastomeren und nichtelastomeren Polymeren können einschließen: ein Polyetheramid, z.B. ein Polyetheresteramid, ein Elastomer-Kern mit Polyamid-Flügeln und ein Polyetherester-Elastomer-Kern mit Polyesterflügeln. Beispielsweise kann ein Flügelpolymer Nylon 6,6 aufweisen sowie Copolymere davon, z.B. Poly(hexamethylen-co-2-methylpentamethylenadipamid) worin der Hexamethylen-Teil mit etwa 80 Mol.-% wahlweise gemischt mit etwa 1% bis zu etwa 15 Gew.-% Nylon-12 vorliegt und wobei ein Kernpolymer ein elastomeres segmentiertes Polyetheresteramid aufweisen kann. "Segmentiertes Polyetheresteramid" bedeutet ein Polymer, das weiche Segmente (langkettiger Polyether) kovalent gebunden (über die Ester-Gruppen) an harten Segmenten (kurzkettige Polyamide) hat. Ähnliche Definitionen entsprechen dem segmentierten Polyetherester, segmentierten Polyurethan und dergleichen. Das Nylon 12 kann die Haftung des Flügels an dem Kern verbessern und speziell dann, wenn der Kern auf PEBAX^TM 3533SN von Atofina beruht. Ein anderes bevorzugtes Flügelpolymer kann einen nichtelastomeren Polyester aufweisen, der ausgewählt ist aus der Gruppe von Poly(ethylenterephthalat) und Copolymeren davon, Poly(trimethylenterephthalat) und Poly(tetramethylenterephthalat); ein elastomerer Kern, der zur Verwendung damit geeignet ist, kann einen Polyetherester aufweisen, der das Reaktionsprodukt eines Polyetherglykols aufweist (ausgewählt aus der Gruppe von Poly(tetramethylenether)glykol und Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol mit Terephthalsäure oder Dimethylterephthalat und ein niedermolekulares Diol, das ausgewählt ist aus der Gruppe von 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol.
Ein elastomerer Polyetherester-Kern kann ebenfalls mit nichtelastomeren Polyamid-Flügeln verwendet werden und speziell dann, wenn ein die Haftung förderndes Additiv verwendet wird, wie hierin an anderer Stelle beschrieben wird. Beispielsweise können die Flügel einer solchen Faser ausgewählt sein aus der Gruppe von: (a) Poly(hexamethylenadipamid) und Copolymeren davon mit 2-Methylpentamethylendiamin und (b) Polycaprolactam; und der Kern einer solchen Faser kann ausgewählt sein aus der Gruppe von (a) Polyetheresteramid und (b) den Reaktionsprodukten von Poly(tetramethylenether)glykol oder Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol mit Terephthalsäure oder Dimethylterephthalat, und ein Diol, ausgewählt aus der Gruppe von 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol.
Verfahren zum Herstellen der vorstehend beschriebenen Polymere sind auf dem Fachgebiet bekannt und können die Verwendung von Katalysatoren, Cokatalysatoren und Mitteln zur Kettenverzweigung einschließen, wie sie auf dem Fachgebiet bekannt sind.
Die hohe Elastizität des Kerns macht es ihm möglich, Druckkräfte und Dehnungskräfte zu absorbieren, wenn durch die angefügten Flügel verdrillt wird, wenn die Faser gestreckt und relaxiert wird. Diese Kräfte können eine Delamination der zwei Polymere bewirken, wenn deren Anhaftung zu schwach ist. In der vorliegenden Erfindung werden wahlweise ein mechanisches Verblocken der Flügel- und Kernpolymere angewendet, um die Anhaftung zu verstärken und die Delaminierung bei der Verarbeitung und Anwendung weiter zu minimieren. Das Binden zwischen Kern und Flügeln kann sogar noch weiter durch Auswahl der Zusammensetzungen für Flügel und Kern und/oder durch die Verwendung von haftungsfördernden Additiven zu einem oder beiden Polymeren erhöht werden. Ein Haftungsförderer kann in jedem oder nur in einigen der Flügel verwendet werden. Beispielsweise können einzelne Flügel über unterschiedliche Grade der Laminierung an dem Kern verfügen, z.B. können einige der Flügel vorsätzlich so erzeugt werden, dass sie delaminieren. Eines der Beispiele für ein derartiges Additiv ist Nylon 12, z.B. 5 Gew.-% bezogen auf das gesamte Flügelpolymer, d.h. Poly(12-dodecanlactam), auch bekannt als "12" oder "N12" und kommerziell verfügbar als Rilsan^® "AMNO" von Atofina. Darüber hinaus können auch Maleinsäureanhydrid-Derivate verwendet werden (z.B. Bynel^® CXA, ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company, oder Lotader^® Ethylen/Acrylsäureester/Maleinsäureanhydrid-Terpolymere von Atofina), um ein Polyetheramid-Elastomer zur Verbesserung seiner Haftung an einem Polyamid zu modifizieren.
Als ein anderes Beispiel kann ein thermoplastisches Novolakharz, z.B. HRJ12700 (Schenectady International) mit einer zahlengemittelten relativen Molekülmasse im Bereich von etwa 400 bis etwa 5.000 einem elastomeren (Co)polyetherester-Kern zugesetzt werden, um dessen Haftung an (Co)polyamid-Flügeln zu verbessern. Die Menge an Novolakharz sollte im Bereich von 1% bis 20 Gew.-% mit einem mehr bevorzugten Bereich von 2% bis 10 Gew.-% liegen. Beispiele für Novolakharze, die hierin verwendbar sind, schließen die Folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Phenol-Formaldehyd, Resorcin-Formaldehyd, p-Butylphenol-Formaldehyd, p-Ethylphenol-Formaldehyd, p-Hexylphenol-Formaldehyd, p-Propylphenol-Formaldehyd, p-Pentylphenol-Formaldehyd, p-Octylphenol-Formaldehyd, p-Heptylphenol-Formaldehyd, p-Nonylphenol-Formaldehyd, Bisphenol-A-Formaldehyd, Hydroxynaphthalen-Formaldehyd sowie Alkyl-(z.B. tert-Butyl-)phenol-modifizierter Ester (z.B. Pentaerythritester) von Kollophonium (speziell teilweise maleiertes Kollophonium). Siehe hierzu die erteilte US-Patentanmeldung mit Aktenzeichen Nr. 09/384 605, eingereicht am 27. August, 1999, für Beispiele von Methoden zur Gewährung einer verbesserten Haftung zwischen Copolyester-Elastomeren und Polyamid.
Als haftungfördernde Additive kann auch Maleinsäureanhydrid ("MA") verwendet werden, das mit Polyestern funktionalisiert ist. Beispielsweise kann Poly(butylenterephthalat) ("PBT") funktionalisiert sein mit MA über radikalisches Pfropfen in einem Doppelschneckenextruder nach J. M. Bhattacharya, "Polymer International" (August, 2000), 49: 8, S. 860–866, die ebenfalls berichten, dass wenige Gewichtsprozent des resultierenden PBT-g-MA als ein Mittel zum Kompatibilisieren für binäre Blends von Poly(butylenterephthalat) mit Nylon 66 und Poly(ethylenterephthalat) mit Nylon 66 verwendet wurden. Beispielsweise könnte ein solches Additiv verwendet werden, um (Co)polyamid-Flügel stärker an einen (Co)polyetherester-Kern der erfindungsgemäßen Faser haften zu lassen.
Die Polymere und resultierenden Fasern, Garne und Artikel, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können konventionelle Additive umfassen, die während des Polymerisationsprozesses oder zu dem erzeugten Polymer oder Artikel zugesetzt werden können und zur Verbesserung der Eigenschaften des Polymers oder der Fasern beitragen können. Beispiele für diese Additive schließen ein: Antistatika, Antioxidantien, antimikrobielle Substanzen, Flammhemmmittel, Farbstoffe, Lichtstabilisatoren, Polymerisationskatalysatoren und Zusatzstoffe, Haftvermittler, Mittel zum Entglänzen, wie beispielsweise Titandioxid, Mattierungsmittel und organische Phosphate.
Andere Additive, die beispielsweise während der Prozesse des Verspinnens und/oder Verstreckens auf die Fasern aufgebracht werden können, schließen Antistatika ein, Glättungsmittel, Haftverbesserer, Hydrophiliermittel, Antioxidantien, antimikrobielle Substanzen, Flammhemmmittel, Gleitmittel und Kombinationen davon. Darüber hinaus lassen sich diese zusätzlichen Additive während der verschiedenen Prozessschritte zusetzen, wie sie auf dem Fachgebiet bekannt sind.
Während sich die vorstehende Beschreibung auf Vorteile konzentriert, wenn die Faser einen im wesentlichen radial-symmetrischen Querschnitt hat, ist eine solche Symmetrie, wenn sie auch oftmals angestrebt wird, für die Ausführungsformen der Erfindung nicht erforderlich, wobei:

(a) die streckbare synthetische Polymerfaser eine Delaminierungsbewertung von mindestens etwa 1 hat und eine Abkochschwindung von mindestens etwa 20%;
(b) die streckbare synthetische Polymerfaser eine Abkochschwindung von mindestens etwa 20% hat und eine Streckung von mindestens etwa 10% erfordert, um die Faser im Wesentlichen gerade zu ziehen;
(c) die streckbare synthetische Polymerfaser einen axialen Kern aufweist, der ein elastomeres Polymer und eine Mehrzahl von Flügeln hat, die ein nichtelastomeres Polymer angefügt an den Kern aufweisen, worin der Kern auf seiner Außenseite einen Mantel aus einem nichtelastomeren Polymer zwischen den Stelle hat, wo die Flügel den Kern berühren;
(d) die streckbare synthetische Polymerfaser einen axialen Kern hat, der ein elastomeres Polymer aufweist und eine Mehrzahl von Flügeln, die ein nichtelastomeres Polymer angefügt an den Kern haben, worin der Kern einen weitgehend kreisrunden Querschnitt oder einen Querschnitt eines regelmäßigen Polyeders hat; oder
(e) die streckbare synthetische Polymerfaser einen axialen Kern hat, der ein elastomeres Polymer aufweist und eine Mehrzahl von Flügeln, die ein nichtelastomeres Polymer angefügt an den Kern aufweisen, worin mindestens einer der Flügel eine T-, C- oder S-Form hat.

Die erfindungsgemäßen Fasern können in Form eines Endlosfilamentes vorliegen (entweder als ein Multifilamentgarn oder ein Monofilament) oder als Stapelfaser (einschließlich beispielsweise Werggarn oder als Spinnfasergarn). Die gestreckten Fasern der Erfindung können eine Denierzahl pro Faser von etwa 1,5 bis etwa 60 haben (etwa 1,7 bis 67 dtex). Vollständig verstreckte Fasern der Erfindung mit Polyamid-Flügel haben typischerweise feinheitsbezogene Reißfestigkeiten von etwa 1,5 bis 3,0 g/dtex und Fasern mit Polyester-Flügel etwa 1 bis 2,5 g/dtex, was von den Flügel/Kern-Verhältnissen abhängig ist. Die resultierenden Fasern der Erfindung können eine Abkochschwindung von mindestens etwa 20% haben. Für eine größere Streckung und Erholung in textilen Flächengebilden, die aus den erfindungsgemäßen Fasern gefertigt werden, können die Fasern eine Abkochschwindung von mindestens etwa 45% haben.
Wenn ein Garn erzeugt wird, das eine Mehrzahl von Fasern aufweist, können die Fasern jede beliebige gewünschte Feinheitsnummer und jeden gewünschten dpf-Wert haben, wobei die Verhältnisse von elastomeren zu nichtelastomeren Polymeren von Faser zu Faser differieren können. Das Multifilamentgarn kann eine Mehrzahl unterschiedlicher Fasern enthalten, z.B. von 2 bis 100 Fasern. Darüber hinaus können Garne, die die Fasern der vorliegenden Erfindung aufweisen, einen Bereich linearer Dichten pro Faser haben und können außerdem nicht erfindungsgemäße Fasern enthalten.
Die synthetischen Polymerfasern der vorliegenden Erfindung können mit Hilfe bekannter Arbeitsweisen zur Erzeugung textiler Flächengebilde verwendet werden, einschließlich Weben, Kettwirken, Schusswirken (einschließlich Rundstricken) oder Strumpfwirken. Derartige textile Flächengebilde verfügen über ein hervorragendes Streckvermögen und Erholungsvermögen. Die Fasern können nützlich sein in Textilien und Stoffen, wie beispielsweise in Ausstattungstextilien und Bekleidung (einschließlich Unterwäsche und Strumpfwaren), um die gesamte Kleidung oder einen Teil davon zu erzeugen, und einschließlich in engen Kleidungen. Es hat sich erwiesen, dass Bekleidung, wie beispielsweise Strumpfwaren, und Stoffe, die aus den Fasern und Garnen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, glatt sind, leicht und sehr gleichmäßig ("nicht fein") mit guten Streck- und Erholungseigenschaften.
Darüber hinaus wird mit der vorliegenden Erfindung ein Schmelzspinnverfahren zum Spinnen von polymeren Endlosfasern gewährt und dieses Verfahren unter Bezug auf 7 beschrieben, bei der es sich um eine schematische Darstellung eines Apparates handelt, der zur Erzeugung der Fasern der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. Allerdings gilt als selbstverständlich, dass andere Apparate angewendet werden können. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst das Durchleiten einer Schmelze, die ein elastomeres Polymer aufweist, durch eine Spinndüse, um eine Mehrzahl streckbarer synthetischer Polymerfasern zu erzeugen, die einen axialen Kern haben, der das elastomere Polymer aufweist, und eine Mehrzahl von Flügeln an dem Kern angebracht, welches das nichtelastomere Polymer aufweist. Bezug nehmend auf 7 wird eine Beschickung von thermoplastischem hartem Polymer, nicht gezeigt, bei 20 in eine Baugruppe der Spinndüsenstapelplatte 35 zugeführt und eine thermoplastische elastomere Polymer-Beschickung, nicht gezeigt, bei 22 in eine Spinndüsengruppe im Stapelaufbau 30 eingeführt. Es können Spinndüsengruppen vor oder nach der Koaleszens verwendet werden. Die zwei Polymere können als unverstreckte Filamente 40 von der Spinndüsengruppe 35 im Stapelaufbau extrudiert werden, die über Düsen verfügt, die so bemessen sind, dass sie den gewünschten Querschnitt liefern. In das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Abschrecken der Filamente einbezogen, nachdem sie aus der Kapillare der Spinndüse austreten, um die Fasern in beliebiger bekannter Weise zu kühlen, wie beispielsweise mit Hilfe von Kühlluft bei 50 in 7. Es kann jede beliebige geeignete Methode zum Abschrecken zur Anwendung gelangen, wie beispielsweise quer strömende Luft oder radial strömende Luft.
Die Filamente werden wahlweise mit einer Appretur behandelt, wie beispielsweise Silikonöl, und wahlweise mit Magnesiumstearat unter Anwendung jeder beliebigen bekannten Methode mit einem Applikator für Appretur 60, wie er in 7 gezeigt ist. Diese Filamente werden sodann nach dem Abschrecken gestreckt, so dass sie eine Abkochschwindung von mindestens etwa 20% zeigen. Die Filamente können in mindestens einem Schritt zum Verstrecken wie beispielsweise zwischen einer Zuführrolle 80 (die mit 150 bis 1.000 Meter pro Minute betrieben werden kann) und einer Streckrolle 90 verstreckt werden, die schematisch in 7 gezeigt ist, um ein verstrecktes Filament 100 zu erzeugen. Der Schritt zum Verstrecken kann mit dem Verspinnen gekoppelt werden, um ein vollverstrecktes Garn zu erzeugen, oder, wenn ein teilorientiertes Garn angestrebt wird, in einem Split-Prozess, bei dem es zwischen dem Verspinnen und Verstrecken eine Verzögerung gibt. Das Strecken kann auch während des Aufwickelns der Filamente als eine Kette von Garnen ausgeführt werden, was in der Fachwelt bezeichnet wird als "Kettscheren". Dem Filament kann jedes beliebige Streckverhältnis aufgeprägt werden (dessen Mangel störend in das Verarbeiten eingreift, indem das Filament reißt), so dass beispielsweise ein voll orientiertes Garn mit Hilfe eines Streckverhältnisses von etwa 3,0- bis 4,5-fach erzeugt werden kann und ein teilorientiertes Garn mit einem Streckverhältnis von etwa 1,2- bis 3,0-fach erzeugt werden kann. Hierin ist das Streckverhältnis die Umlaufgeschwindigkeit der Streckrolle 90, dividiert durch die Umlaufgeschwindigkeit der Zuführrolle 80. Das Verstrecken kann bei etwa 15° bis 100°C und typischerweise etwa 15° bis 40°C ausgeführt werden.
Das verstreckte Filament 100 kann wahlweise zum Teil relaxiert werden, z.B. mit Dampf bei 110 in 7. Im Verlaufe des Spinnens kann eine Wärmerelaxation mit jedem beliebigen Betrag ausgeführt werden. Je größer die Relaxation ist, um so elastischer ist das Filament und um so geringer ist die Schrumpfung, die bei nachgeschalteten Verfahrensschritten auftritt. Das verstreckte fertige Filament kann nach dem Relaxieren entsprechend der nachfolgenden Beschreibung mindestens etwa 20% Abkochschwindung aufweisen. Bevorzugt wird eine Wärmerelaxation des gerade versponnenen Filaments um etwa 1 bis 35% bezogen auf die Länge der verstreckten Filamente vor ihrem Aufwickeln, so dass sie als ein typisches hartes Garn gehandhabt werden können.
Die abgeschreckten, verstreckten und wahlweise relaxierten Filamente können sodann durch Aufwickeln mit einer Geschwindigkeit von 200 bis etwa 3.500 Metern pro Minute und bis zu 4.000 Metern pro Minute auf einen Aufwickler 130 in 7 aufgenommen werden. Oder es kann eine Mehrzahl von Fasern versponnen und abgeschreckt werden, wobei die Fasern zusammenlaufen, wahlweise verflochten werden und anschließend beispielsweise mit bis zu 4.000 Metern pro Minute auf den Aufwickler 130 und beispielsweise im Bereich von etwa 200 bis etwa 3.500 Metern pro Minute aufgewickelt werden. Es können Monofilament- oder Multifilamentgarne auf einem Aufwickler 130 in 7 in der gleichen Weise aufgewickelt werden. Sofern Multifilamente versponnen und abgeschreckt worden sind, lassen sich die Filamente zusammenführen und wahlweise vor dem Aufwickeln verflechten, wie dieses auf dem Fachgebiet üblich ist.
Zu jedem beliebigen Zeitpunkt nach dem Verstrecken kann das Bikonstituentenfilament trocken oder nass einer Wärmebehandlung unterzogen werden, während es vollständig relaxiert ist, um die angestrebten Streck- und Erholungseigenschaften zu entwickeln. Eine derartige Relaxation kann während der Filamenterzeugung beispielsweise während des vorstehend beschriebenen Relaxationsschrittes ausgeführt werden oder nachdem das Filament in ein Garn oder ein textiles Flächengebilde eingebaut worden ist, beispielsweise während des Waschens, Färbens und dergleichen. Die Wärmebehandlung in Form der Faser oder des Garns kann auf Heißwalzen oder einem "Hot-Chest" oder in einem Bauschschritt mit Dampfstrahl ausgeführt werden. Vorzugsweise wird eine solche relaxierte Wärmebehandlung ausgeführt, nachdem sich die Faser in einem Garn oder textilen Flächengebilde befindet, so dass es bis zu diesem Zeitpunkt wie eine nichtelastomere Faser behandelt werden kann. Allerdings kann es nach Erfordernis wärmebehandelt und vollständig relaxiert werden, bevor es als eine Faser mit hoher Streckung aufgewickelt wird. Die Faser kann für ein höheres Maß an Gleichförmigkeit in dem fertigen textilen Flächengebilde wärmebehandelt und relaxiert werden. Die Temperatur der Wärmebehandlung/Relaxation kann im Bereich von etwa 80° bis etwa 120°C liegen, wenn das Medium zum Beheizen Trockenluft ist, und etwa im Bereich von 75° bis etwa 100°C liegen, wenn das Medium zum Beheizen heißes Wasser ist, und im Bereich von etwa 101° bis etwa 115°C liegen, wenn das Medium zum Beheizen Wasserdampf bei Überdruck ist (z.B. in einem Autoklaven). Niedrigere Temperaturen können zu einer zu geringen oder keiner Wärmebehandlung führen und höhere Temperaturen können das elastomere Kernpolymer zum Schmelzen bringen. Der Schritt der Wärmebehandlung/Relaxation lässt sich im Allgemeinen innerhalb weniger Sekunden ausführen.
Wie vorstehend ausgeführt, hat die Spinndüsenkapillare eine Bemessung entsprechend dem gewünschten Querschnitt der Fasern der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben wurde, oder zur Erzeugung anderer Bikonstituenten- oder Bikomponentenfasern. Die Kapillaren oder Spinndüsenbohrungen lassen sich mit jeder beliebigen Methode schneiden, die geeignet ist, wie beispielsweise durch Laserschneiden entsprechend der Beschreibung in der US-P-5 168 143, durch Bohren, mit Hilfe der elektroerosiven Bearbeitung (EDM) und mit Hilfe des Stanzens, was in der Fachwelt bekannt ist. Die Kapillardüse kann unter Anwendung eines Laserstrahls für einwandfreie Steuerung der Querschnittsymmetrie der Faser der Erfindung geschnitten werden. Die Öffnungen der Spinndüsenkapillare können jede beliebige geeignete Abmessung haben und können durchgängig geschnitten sein (Präkoaleszens) oder unterbrochen sein (Postkoaleszens). Eine nicht durchgängige Kapillare kann durch Bohren kleiner Löcher in einem Muster erhalten werden, das dem Polymer ein Zusammenlaufen unterhalb der Vorderseite der Spinndüse erlaubt und den mehrflügeligen Querschnitt der vorliegenden Erfindung bildet.
Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Filamente mit einem Präkoaleszens-Spinndüsenstapel hergestellt werden, wie er in den 8, 8A und 8B und 8C veranschaulicht ist. In 8, bei der es sich um eine Seitenansicht der Baugruppe der Spinndüsenstapelplatte handelt, die in 7 gezeigt ist, strömt das Polymer in Pfeilrichtung F. Die erste Platte in der Spinndüsenbaugruppe ist Platte D, die den Polymer-Schmelzpool enthält und einen konventionellen Aufbau hat. Platte D ruht auf der Dosierplatte (dargestellt in Querschnittansicht in 8C), die wiederum auf einer wahlweisen Verteilerplatte B ruht (dargestellt in Querschnittansicht in 8B), die auf der Spinndüsenplatte A ruht (dargestellt in Querschnittansicht in 8A), und die von der Spinndüsengruppe-Trägerplatte E gehalten wird. Die Dosierplatte C ist ausgerichtet mit und befindet sich im Kontakt mit der Verteilerplatte B unterhalb der Dosierplatte, wobei die Verteilerplatte sich oberhalb der Spinndüsenplatte A befindet und zu dieser ausgerichtet ist und diese berührt die über darin hindurchgehende Kapillaren verfügt, die im Wesentlichen aber keine Senken hat, wobei die Spinndüsenplatte(n) mit einer Spinndüsenträgerplatte (E) ausgerichtet ist und mit dieser in Kontakt steht, die über größere Bohrungen verfügt, die größer sind als die Kapillaren. Die Ausrichtungen erfolgen derart, dass eine Polymerbeschickung zu der Dosierplatte C durch die Verteilerplatte B, Spinndüsenplatte A und Spinndüsenträgerplatte E hindurchgehen kann, um eine Faser zu erzeugen. Schmelzpoolplatte D, die eine konventionelle Platte ist, wird verwendet, um die Dosierplatte zu beschicken. Die Polymer-Schmelzpoolplatte D und die Trägerplatte E der Spinndüsenbaugruppe sind ausreichend dick und starr, so dass sie fest aufeinander gedrückt werden können und dadurch verhindert wird, dass das Polymer zwischen den gestapelten Platten der Spinndüsengruppe austritt. Die Platten A, B und C sind ausreichend dünn, so dass die Düsen mit Hilfe der Lasermethoden geschnitten werden können. Vorzugsweise sind die Bohrungen in der Spinndüsenträgerplatte (E) aufgeweitet, z.B. mit einem Winkel von etwa 45° bis 60°, so dass die gerade versponnene Faser die Ränder der Bohrungen nicht berührt. Ebenfalls berühren sich die Polymere vorzugsweise nicht miteinander (präkoaleszens) in einer Strecke von weniger als etwa 0,30 cm und in der Regel weniger als 0,15 cm, bevor die Faser gebildet ist, so dass die Querschnittform, wie sie vorgesehen wird durch die Dosierplatte C, die wahlweise Verteilerplatte D und die Bemessung der Spinndüsenplatte E in der Faser genauer abgebildet wird. Eine genauerer Festlegung des Faserquerschnittes lässt sich auch dadurch fördern, indem die Bohrungen durch die Platten entsprechend der Beschreibung in der US-P-5 168 143 geschnitten werden, wonach ein Multimode-Strahl von einem Festkörperlaser zu einem überwiegend Einzelmode-Strahl (z.B. TM₀₀-Mode) reduziert wird und auf einen Fleck mit einem Durchmesser von weniger als 100 Mikrometer und 0,2 bis 0,3 mm oberhalb des Metallblechs fokussiert wird. Das resultierende geschmolzene Metall wird aus der Unterseite des Metallblechs durch Druckfluid ausgestoßen und fließt koaxial mit dem Laserstrahl. Der Abstand von der Oberseite der obersten Verteilerplatte der Vorderseite der Spinndüse lässt sich auf weniger als etwa 0,30 cm herabsetzen.
Zur Herstellung von Filamenten mit einer beliebigen Zahl von symmetrisch angeordneten Abschnitten von Flügelpolymer wird in jeder der Platten die gleiche Zahl von symmetrisch angeordneten Düsen verwendet. So wird beispielsweise in 8A die Spinndüsenplatte A in einer Draufsicht in einem Winkel von 90° orientiert zu der Baugruppe der Spinndüsenstapelplatte von 7 gezeigt. Die Platte A in 8A besteht aus 6 symmetrisch angeordneten Flügel-Spinndüsenöffnungen 140, die mit einem mittigen runden Spinndüsenöffnung 142 in Verbindung stehen. Jede der Spinndüsenöffnungen 140 kann unterschiedliche Breiten 144 und 146 haben. In 8B ist die komplementäre Verteilerplatte B gezeigt, die über Verteilerdüsen 150 verfügt, die an der offenen Seite 152 zu einem wahlweisen Schlitz 154 konisch zulaufen, der die Verteilerdüsen mit einem mittigen runden Loch 156 verbindet. In 8C ist die Düsenplatte C mit Dosierkapillaren 160 für das Flügelpolymer und mit einer zentralen Dosierkapillare 162 für das Kernpolymer dargestellt. Die Polymer-Schmelzpoolplatte D kann jeden beliebigen konventionellen Aufbau bekannter Ausführung haben. Die Spinndüsenträgerplatte E verfügt über eine ausreichend große, durchgehende Bohrung und ist abweichend von dem Weg des neu versponnenen Filamentes aufgeweitet (z.B. mit 45° bis 60°), so dass das Filament nicht die Seitenflächen der Bohrung berührt, wie in den 7 und 8 in Seitenansicht gezeigt ist. Die Platten A bis D der Baugruppe der Spinndüsenstapelplatten sind so ausgerichtet, dass das Kernpolymer von der Polymer-Schmelzpoolplatte D durch die mittige Dosieröffnung 162 der Dosierplatte C und durch die sechs kleinen Kapillaren 164 fließt, durch die mittige kreisrunde Kapillare 156 der Verteilerplatte B, durch die mittige kreisrunde Kapillare 142 der Spinndüsenplatte A und durch die große aufgeweitete Bohrung in der Spinndüsenträgerplatte E austritt. Gleichzeitig fließt das Flügelpolymer von der Polymer-Schmelzpoolplatte D durch die Dosierkapillaren 160 der Dosierplatte C für Flügelpolymer, durch die Verteilerdüsen 150 der Verteilerplatte B (worin bei wahlweise Vorhandensein von Schlitz 154 die zwei Polymere zuerst miteinander in Kontakt gelangen), durch die Düsen 140 der Spinndüsenplatte A für Flügelpolymer und schließlich nach außen durch die Bohrung der Spinndüsenträgerplatte E.
Der Spinndüsenstapel der Erfindung kann zum Schmelzextrudieren einer Mehrzahl von synthetischen Polymeren verwendet werden, um eine Faser zu erzeugen. In dem Spinndüsenstapel der vorliegenden Erfindung können die Polymere direkt in die Spinndüsenkapillaren zugeführt werden, da die Spinndüsenplatte über keine wesentliche Senke verfügt. Unter "keine wesentliche Senke" wird verstanden, dass die Länge jeder vorhandenen Senke (einschließlich etwaige Aussparungen, welche die Eingänge der Mehrzahl der Kapillaren verbinden) kleiner ist als etwa 60% und vorzugsweise kleiner ist als etwa 40% der Länge der Spinndüsenkapillare. Siehe hierzu 9A, worin eine Querschnittansicht einer Spinndüsenplatte bekannter Ausführung gezeigt ist, und siehe 9B und C, worin ein Querschnitt von Spinndüsenplatten der vorliegenden Erfindung gezeigt wird. Das direkte Zudosieren von mehrkomponentigen Polymerströmen zu speziellen Stellen an den hinteren Eintritten der fasererzeugenden Düse in der Spinndüsenplatte eliminiert die Probleme der Polymer-Migration, wenn mehrfache Polymerströme in den Zuführkanälen im Wesentlichen vor der Spinndüsenöffnung vereint werden, was die Norm ist.
Es kann nützlich sein, die Funktion der zwei Platten zu einer durch die Verwendung von ausgesparten Rillen an einer oder an beiden Seiten der Einzelplatte mit entsprechend geeigneten Bohrungen durch die Platte hindurch zu vereinen, um die Rillen zu verbinden. Beispielsweise lassen sich Aussparungen, Rillen und Vertiefungen in die stromaufwärts liegende Seite der Spinndüsenplatte schneiden (z.B. mit Hilfe der elektroerosiven Bearbeitung) und können die Funktion von Verteilungskanälen oder -mulden in ausgeprägten Senken übernehmen.
Es kann eine Vielzahl von Fasern, die zwei oder mehrere Polymere aufweisen mit Hilfe des Spinndüsenstapels der vorliegenden Erfindung erzeugt werden. Beispielsweise können auf diese Weise andere Bikonstituentenfasern und Bikomponentenfasern erzeugt werden, die hierin nicht offenbart und/oder beansprucht werden sowie einschließlich die Querschnittprofile, wie sie in den US-P-4 861 660, 3 458 390 und 3 671 379 offenbart werden. Der resultierende Faserquerschnitt kann beispielsweise ein Seite-an-Seite-Querschnitt sein, ein exzentrischer Mantel-Kern-Querschnitt, ein konzentrischer Mantel-Kern-Querschnitt, ein Flügel-und-Kern-Querschnitt, ein Flügel-und-Mantel-und-Kern-Querschnitt und dergleichen. Außerdem kann der erfindungsgemäße Spinndüsenstapel zum Verspinnen von splitbaren und nichtsplitbaren Fasern verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Spinndüsenstapel lässt sich so modifizieren, dass unterschiedliche mehrflügelige Fasern erzielt werden, beispielsweise indem die Zahl der Kapillarstege für eine andere gewünschte Flügelzahl verändert wird, indem die Schlitzabmessungen verändert werden, um die geometrischen Parameter zu verändern, die für die Erzeugung einer anderen Denierzahl pro Filament oder Garnzahl benötigt werden, oder nach Erfordernis zur Verwendung mit verschiedenen synthetischen Polymeren. Beispielsweise ist in der Ausführungsform von 10 ein relativ dünner Spinnstapel dargestellt, wie er zur Erzeugung einer Faser mit drei Flügeln verwendet wird und wie nachfolgend in Beispiel 7 exemplifiziert wird. In 10A war die Spinndüsenplatte 0,038 cm (0,015 inch) dick und hatte darin durchgehende Düsen einer vollen Dicke aus rostfreiem Stahl mit Hilfe der Lasermethoden eingearbeitet, wie sie hierin offenbart wurden, und zwar in Form von drei geraden Flügeln 140 in jeweils zwei Breiten (mit Längen 144 bzw. 146) und symmetrisch im 120° Abstand um das Symmetriezentrum angeordnet; wobei es oberhalb der Kapillardüse keine Senke gab. Jeder Flügel 140 hatte eine Länge von 0,102 cm (0,040 inch) von seiner Spitze bis zum Umfang einer mittigen runden Spinndüsenbohrung 142 mit einem Durchmesser von 0,030 cm (0,012 inch), deren Zentrum mit dem Symmetriezentrum zusammenfiel. Bezug nehmend als nächstes auf 10B ist die Verteilerplatte B mit einer Dicke von 0,025 cm (0,010 inch) koaxial über der Spinndüsenplatte A so ausgerichtet, dass jede zweite Flügeldüse 150 der Verteilerplatte B mit einem Flügel 140 der Spinndüsenplatte A ausgerichtet war; jede Flügeldüse 150 der Verteilerplatte B eine Länge von 0,349 cm (0,1375 inch) von ihrer Spitze bis zum Symmetriezentrum hatte. Die Dosierplatte C (10C) hatte eine Dicke von 0,025 cm (0,010 inch) und hatte Bohrungen 160 mit einem Durchmesser von 0,064 cm (0,025 inch), Bohrungen 162 mit einem Durchmesser von 0,038 cm (0,015 inch) und eine mittige Bohrung 164 mit einem Durchmesser von 0,025 cm (0,010 inch). Die Platte C war ausgerichtet mit der Verteilerplatte B, so dass bei Gebrauch die Zuführung von Flügelpolymer zur Schmelzpoolplatte D (siehe 10) zu den Bohrungen 160 und Zuführung von Kernpolymer zu den Bohrungen 162 und 164 von Verteilerplatte C von Platte B bis Platte A so verteilt wurden, dass eine Faser erzeugt wurde, in der die Flügel den Kern penetrieren. Es gab keine Senke in der Spinndüsenplatte A und die vereinigten Dicken der Platten A, B und C betrugen lediglich etwa 0,089 cm (0,035 inch).
In einer anderen Ausführungsform der Spinndüsengruppe wurde keine Spinndüsenträgerplatte E verwendet (siehe 8). Dieses wird in dem nachfolgenden Beispiel 8 exemplifiziert. In 11A war die Spinndüsenplatte A 0,794 cm (0,3125 inch) dick und jede Spinndüsenöffnung hatte einen Durchmesser von 0,254 cm (0,100 inch) und eine Senke und eine Kapillare einer Länge von 0,038 cm (0,015 inch) am Boden der Senke. Wie in 11A gezeigt wird, hatte jede Spinndüsenöffnung in der Spinndüsenplatte A sechs gerade Flügeldüsen 170, von denen jede eine Mittellinie der langen Achse hatte, die durch das Symmetriezentrum führte und eine Länge von 0,089 cm (0,035 inch) von ihrer Spitze bis zum Umfang der mittigen runden Bohrung 172 hatte. Die Länge 174 hatte von der Spitze jedes Flügels bis 0,038 cm (0,015 inch) eine Breite von 0,010 cm (0,004 inch); die Länge 176 hatte eine Länge von 0,051 cm (0,020 inch) und eine Breite von 0,007 cm (0,0028 inch). Die Spitze jedes Flügels war an der einen Hälfte der Breite der Spitze gerundet geschnitten. Die Verteilerplatte B (siehe 11B) hatte eine Dicke von 0,038 cm (0,015 inch) und hatte sechs Flügelöffnungen, von denen jede über eine entsprechende Senke in der Spinndüsenplatte A zentriert und so orientiert war, dass jede Flügeldüse in Platte B mit einer Flügeldüse von Platte A ausgerichtet war. Jede Flügeldüse 150 in Platte B hatte eine Länge von 0,152 cm (0,060 inch) und eine Breite von 0,051 cm (0,020 inch), wobei deren Spitze auf einen Radius von 0,025 cm (0,010 inch) gerundet war. Die mittige Bohrung 152 in der Platte B hatte einen Durchmesser von 0,254 cm (0,100 inch). Die Dosierplatte C (siehe 11C) hatte ebenfalls eine Dicke von 0,038 cm (0,015 inch). In der Platte C hatten die Bohrungen 160 einen Durchmesser von 0,020 cm (0,008 inch) und befanden sich 0,254 cm (0,100 inch) vom Zentrum der mittigen Bohrung 162 der Platten B und A und bildeten den Kern der Faser. Das nichtelastomere Flügelpolymer wurde in die Bohrungen 160 in Platte C zugeführt und durch die Flügeldüsen der Platten B und A geleitet, um die Flügel der Faser zu erzeugen. Flügel- und Kernpolymere gelangten erstmalig an der Oberseite der Verteilerplatte B in Kontakt, die sich 0,833 cm (0,328 inch) oberhalb der Vorderseite der Spinndüsenplatte A befindet, von der die Faser mit einem Durchmesser von 0,203 cm (0,080 inch) extrudiert wurde. Platte C war mit Platte B ausgerichtet, so dass die sechs Bohrungen 160 der Platte C sich oberhalb der Mittellinien der Flügeldüsen 150 von Platte B befanden. Die Platten waren so ausgerichtet, dass das in die Bohrung 162 der Platte C eingeführte elastomere Kernpolymer durch das Zentrum lief.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht. Es wurden die folgenden Prüfmethoden angewendet.
PRÜFMETHODEN
Der Begriff "Abkochstreckung" wird austauschbar mit den folgenden Begriffen auf dem Fachgebiet verwendet: "prozentuale Streckung", "erholbare Streckung", "erholbare Schrumpfung" und "Kräuselpotential". Der Begriff "nichterholbare Schrumpfung" wird austauschbar mit den folgenden Begriffen verwendet: "prozentuale Schrumpfung", "scheinbare Schrumpfung" und "absolute Schrumpfung".
Die Streckeigenschaften (Abkochstreckung, Abkochschwindung und Streckerholung nach dem Abkochen) der Fasern, die in den Beispielen 1A, B, C und D hergestellt wurden, wurden wie folgt ermittelt. Es wurde ein Strang mit 5.000 Denier (5.550 dtex) auf eine 137 cm (54 inch)-Spule aufgewickelt. Beide Seiten des mit Schlaufe versehenen Stranges wurden in den Denier-Gesamtwert einbezogen. Die anfänglichen Stranglängen mit einem Gewicht von 2 g (Länge CB) und mit einem Gewicht von 1.000 g (0,2 g/Denier) (Länge LB) wurden gemessen. Der Strang wurde 30 Minuten in Wasser mit 95°C ("Abkochen") ausgesetzt und die anfänglichen Längen (nach dem Abkochen) mit einem Gewicht von 2 g (Länge CA_initial) und einem Gewicht von 1.000 g (Länge LA_initial) gemessen. Nach der Messung mit dem Gewicht von 1.000 g wurden weitere Längen mit einem Gewicht von 2 g nach 30 Sekunden (Länge CA_30s) und nach 2 Stunden (Länge CA_2h) gemessen. Die Abkochschrumpfung wurde berechnet als 100 × (LB – LA)/LB. Die prozentuale Abkochstreckung wurde berechnet als 100 × (LA – CA @ 30 s)/CA @ 30 s. Die Erholung nach dem Abkochen wurde errechnet mit 100 × (LA – CA_2h)/(LA – CA_initial).
Der Test auf Entlastungskraft bei 20% und 35% verfügbarer Streckung wurde wie folgt ausgeführt. Es wurde ein Bikonstituentenfaserstrang mit einer Denier-Gesamtzahl von 5.000 (5.550 dtex) nach dem Abkochen hergestellt. Beide Seiten des geschlauften Stranges wurden in den Denier-Gesamtwert einbezogen. Es wurde eine Instron-Zugprüfmaschine (Canton, MA) bei 21°C und 65% relativer Luftfeuchtigkeit eingesetzt. Der Strang wurde in die Spannbacken der Prüfmaschine eingelegt, zwischen denen ein Spalt von 76 mm (3 inch) bestand. Die Prüfmaschine wurde durch drei Streck- und Relaxationszyklen (Beladung-Entlastung) gefahren, wobei jeder Lastzyklus ein Maximum einer Kraft von 0,2 g pro Denier hatte (500 gf) und anschließend die Kraft beim dritten Entlastungszyklus ermittelt wurde. Die effektive Denier-Zahl (d.h. die tatsächliche lineare Dichte bei der Testdehnung) wurde ermittelt für 20% und 35% verfügbare Streckung beim dritten Entlastungszyklus. "20% und 35% verfügbare Streckung" bedeutet, dass der Strang um 20% bzw. 35% von der Kraft von 0,2 g pro Denier (500 gf) beim dritten Zyklus relaxiert wurde. Die Entlastungskraft bei 20% und 35% verfügbarer Streckung wurde in Milligramm pro effektive Denier-Zahl (mg/Denier) aufgezeichnet.
Es wurde die Delaminierung der Flügel von dem Kern einer Faser ermittelt, indem zunächst ein Strang mit 5.000 Denier (5.550 dtex) auf einer 1,25 m-Spule aufgespult wurde (in die Stranggröße waren beide Seiten der resultierenden Schlaufe einbezogen). Der Strang wurde für 30 Minuten in einem Autoklaven einem Dampf von 102°C ausgesetzt. Es wurde eine Länge von 20 cm einer einzelnen Faser aus dem Strang ausgewählt und in der Hälfte umgelegt. Das offene Ende der resultierenden Schlaufe wurde an der Unterseite zusammengewickelt und die umwickelte Schlaufe vertikal an einen Haken gehängt. Es wurde ein Gewicht von 1 Gramm pro Denier (50 Gramm für eine Schlaufe von 25 Denier) an dem unteren (umwickelten) Ende der Schlaufe angebracht. Das Gewicht wurde bis zur Stelle angehoben, bei der die Schlaufe durchhing, und wurde anschließend langsam zur Streckung der Schlaufe abgesenkt und das volle Gewicht aufgebracht. Nach 10 derartigen Zyklen wurde die Schlaufe auf Delaminierung unter Vergrößerung untersucht und bewertet. Es wurden drei Proben wie folgt bewertet:
0 = keine Flügel/Kern-Delaminierung entlang der Faser sichtbar
1 = eine geringfügige Delaminierung an einem oder mehreren der Umlaufknoten sichtbar
2 = eine Delaminierung dort sichtbar, wo die Faser gegen den Haken gescheuert wurde, von dem sie herabhing
3 = eine geringfügige Delaminierung (in kleinen Schlaufen und lediglich an einigen wenigen Stellen)
4 = kleine Schlaufen zeigen eine Delaminierung entlang der gesamten Faser
5 = starke Delaminierung (große Schlaufen alle entlang der Faser)
Die Ergebnisse von den drei Proben wurden gemittelt.
R₁ und R₂ wurden gemessen, indem zwei Kreise auf einer Mikrophotographie eines Querschnittes der Faser so übereinandergelegt wurden, dass der eine Kreis (R₁) ungefähr den äußersten Polymerkern umschrieb und der andere Kreis (R₂) ungefähr den innersten Umfang des Flügelpolymers einschrieb.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
Jede Faser hatte eine lineare Dichte von 26 Denier (28,6 dtex) und war weitgehend radialsymmetrisch. Die Eigenschaften nach dem Abkochen sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
BEISPIEL 1A (VERGLEICH)
Es wurden unter Anwendung des in 7 veranschaulichten Apparates und der Baugruppe der Spinndüsenstapelplatte in 8 Bikonstituentenfasern versponnen. Als erstes wurde ein Polymer, welches die Kerne der Fasern erzeugte, bei 20 zum Spinnen der Filterplatte 30 in 7 eingeführt. Das Kernpolymer war ein Polyetheresteramid (PEBAX^TM 3533SN, von Atofina) und wurde volumetrisch zur Erzeugung eines Kerns zudosiert, der 51 Gew.-% jeder Faser ausmachte. Bei 22 in 7 wurde ein schmelzflüssiges Nylon-Copolymer eingeführt, um Filterplatte 30 zu spinnen. Das Nylon-Copolymer, welches die sechs Flügel erzeugte, war Poly(hexamethylen-co-2-methylpentamethylenadipamid), worin der Hexamethylen-Teil mit 80 Mol.-% Diamin-derivierten Teilen vorlag. Es gab keine signifikante Durchdringung des Flügels durch den Kern oder umgekehrt (R₁/R₂ = 1,09).
Die Präkoaleszens-Spinndüsenbaugruppe bestand aus übereinander gestapelten Platten mit der Bezeichnung A bis E und ist in Seitenansicht in 8 gezeigt. Die Düsen wurden durch Spinndüsenplatte A aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 0,038 cm (0,015 inch) geschnitten als sechs symmetrisch im Winkel von 60° um ein Symmetriezentrum angeordnete Flügel unter Anwendung des in der US-P-5 168 143 beschriebenen Verfahrens. Wie in 8A veranschaulicht ist, war jede Flügeldüse 140 geradlinig mit einer Mittellinie in der langen Achse, die durch das Symmetriezentrum verlief und eine Länge von 0,124 cm (0,049 inch) von der Spitze bis zum Umfang eines mittigen runden Spinndüsenbohrung 142 (Durchmesser 0,030 cm (0,012 inch)) mit dem Radius-Ursprung hatte, der der gleiche wie der des Symmetriezentrums war. Es gab keine Senke am Eintritt zur Spinndüsenkapillare. Die Flügellänge 144 von der Spitze bis 0,069 cm (0,027 inch) hatte eine Breite von 0,0107 cm (0,0042 inch); die restliche Länge 146 von 0,056 cm (0,022 inch) hatte eine Breite von 0,0081 cm (0,0032 inch). Die Spitze jedes Flügels war auf eine Hälfte der Breite der Spitze gerundet geschnitten. Die Verteilerplatte B (8B) mit einer Dicke von 0,038 cm (0,015 inch) war mit der Spinndüsenplatte A (8A) so ausgerichtet, dass ihre Verteilerdüsen kongruent mit den Spinndüsen in der Spinndüsenplatte A waren. Die sechs Flügeldüsen 150 der Platte B hatten eine Länge von 0,239 cm (0,094 inch) und eine Breite von 0,051 cm (0,020 inch) und ihre Flügelspitzen waren auf einen Radius ihrer halben Breite gerundet. Wie in 8B veranschaulicht ist, war jede der sechs Flügeldüsen 150 der Verteilerplatte B zu einem gerundeten (Durchmesser 0,015 cm (0,006 inch)) offenen Ende konisch geformt und verlief dann als ein Schlitz 154 einer Länge von 0,033 cm (0,013 inch) und einer Länge von 0,0046 cm (0,0018 inch) zur mittigen Bohrung 156. Die mittige Bohrung 156 in dieser Platte hatte einen Durchmesser von 0,032 cm (0,0125 inch). Ein Schlitz 154 verband die mittige Bohrung mit dem Ende jeder Flügel-Verteilungsdüse. Die Dosierplatte C hatte eine Dicke von 0,025 cm (0,010 inch) (siehe 8C). Jede der Dosieröffnungen war oberhalb einer Mittellinie der langen Achse des Flügels oder oberhalb des Symmetriezentrums in der Verteilerplatte B zentriert. Die mittige Dosieröffnung 162 und ein Loch pro Flügel 160 hatten einen Durchmesser von 0,025 cm (0,010 inch); die Mitten der Bohrungen 160 waren von der Mitte der Bohrung 162 0,305 cm (0,120 inch) entfernt. Die mittige Dosieröffnung wurde mit filtriertem, schmelzflüssigem elastomeren Polymer von einer konventionellen Schmelzpoolplatte D (siehe 7) beschickt und erzeugte das Kernelement im Inneren der abschließenden Faser. Die äußeren sechs Dosierbohrungen 160 der Platte C wurden mit einem nichtelastomeren Polymer aus der Schmelzpoolplatte D beschickt, um zu den Polymerflügeln zu werden. Große Löcher (im typischen Fall 0,4763 cm (0,1875 inch) Durchmesser) in der Spinndüsenträgerplatte E (siehe wiederum 8) waren ausgerichtet mit den Spinndüsen in der Spinndüsenplatte A und waren in einem Winkel von 45° aufgeweitet. Die Spinndüsenplatte A, Verteilerplatte B und Dosierplatte C waren sandwichartig durch die Schmelzpoolplatte D und die Spinndüsenträgerplatte E entsprechend der Darstellung in 8 eingeschlossen. Im typischen Fall hatte die Platte E eine Dicke von 0,4 bis 1,3 cm (0,2 bis 0,5 inch) und die Platte D eine Dicke von 0,05 bis 0,08 cm (0,02 bis 0,03 inch).
In der Spinndüsenplatte A gab es keine Senke und die vereinigte Dicke der Platten A, B und C betrug lediglich etwa 0,102 cm (0,040 inch). Die Flügel- und Kernpolymere kamen erstmals miteinander unmittelbar oberhalb der Verteilerplatte B in Kontakt, so dass sie miteinander für etwa 0,076 cm (0,038 cm Verteilerplatte + 0,038 cm Spinndüsenplatte) koaleszierten, bevor die Faser gebildet wurde.
Es wurde frisch versponnene Faser 40 (siehe 7) bis zu ihrer Erstarrung mit Hilfe von strömender Luft 50 gekühlt und 5 Gew.-% (bezogen auf das Fasergewicht) einer Appretur aus Silikonöl und einem Metallstearat bei 60 aufgebracht. Die Faser wurde bis zur Streckzone zwischen der Zuführrolle 80 und der Streckrolle 90 vorwärts bewegt und mehrere Umläufe um jede Rolle aufgenommen. Die Geschwindigkeit der Streckrolle 90 betrug das vierfache (4-fach) der Zuführrolle 80 (letztere mit 350 Meter pro Minute) bei einem Streckverhältnis von 4,0. Sodann wurde das Filament mit 0,87 kPa (6 pounds per square inch) in einer Kammer 110 mit Dampf behandelt und die Aufwickelvorrichtung 130 mit einer Geschwindigkeit von 20% geringer als derjenigen des Streckrollpaares 90 betrieben, so dass die Faser teilweise (20%) relaxiert wurde, um die Schrumpfung in der fertigen Faser zu verringern. Die verstreckte und teilweise relaxierte Faser 120 wurde auf dem Aufwickler 130 aufgewickelt und hatte eine lineare Dichte von 26 Denier (29 dtex).
BEISPIEL 1B (VERGLEICH)
Es wurden eine Faser mit sechs Flügeln aus Poly(hexamethylen-co-2-methylpentamethylenadipamid), worin der Hexamethylen-Teil mit 80 Mol.-% vorlag, und einem Kern aus PEBAX^TM 3533SN im Wesentlichen wie in Beispiel 1A mit der Ausnahme versponnen, dass 5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Flügelpolymers Nylon 12[Poly(dodecanlactam), "N12"] (Rilsan^® AMNO von Atofina) zu dem Flügelpolymer zugesetzt, um die Flügel/Kern-Kohäsion zu fördern. Das Flügel/Kern-Verhältnis betrug 48/52 und R₁/R₂ betrug 1,05.
BEISPIEL 1C (ERFINDUNGSGEMÄß)
Es wurden eine Faser mit sechs Flügeln aus Poly(hexamethylen-co-2-methylpentamethylenadipamid) (20 Mol.-% 2-Methylpentamethylen-Teile bezogen auf die von Diamin derivierten Teile) und ein PEBAX^TM 3533SN-Kern (Biegemodul 19,300 kPa (2.800 psi)) weitgehend wie in Beispiel 1A mit der Ausnahme hergestellt, dass die Dosierplatte C einen anderen Satz von Löchern 164 (entsprechend der Darstellung in 8C) hatte, jeweils ein pro Flügel auf der Mittellinie des Flügels, jedes Loch hatte einen Durchmesser von 0,013 cm (0,005 inch) und einen Abstand vom Symmetriezentrum der Löcher von 0,121 cm (0,0475 inch). Diese zusätzlichen Löcher und das mittige Loch wurden mit schmelzflüssigem Polymer von einem gemeinsamen Schmelzpool beschickt, um den Kern und die in die Flügel hineinragenden Kernelemente zu erzeugen. Als Ergebnis gab es eine Flügelpenetration durch das Kernpolymer (R₁/R₂ = 1,6, geschätzt anhand des Verhältnisses ähnlich hergestellter Fasern), damit die Flügel besser an dem Kern haften konnten. Der Faserquerschnitt war im Wesentlichen wie in 2 veranschaulicht.
BEISPIEL 1D (ERFINDUNGSGEMÄß)
Es wurde eine Faser im Wesentlichen wie in Beispiel 1C versponnen, jedoch mit 5 Gew.-% Nylon 12[Poly(dodecanlactam)] (Rilsan^® AMNO) als Kohäsionsadditiv in den Flügeln. Die Fasern hatten eine Penetration eines Flügelabschnittes durch das Kernpolymer (R₁/R₂ = 1,5), damit die Flügel besser an dem Kern hafteten. Der Faserquerschnitt war im Wesentlichen wie in 2 dargestellt.
TABELLE 1
Diese Daten zeigen, dass die Fasern für Anwendungen von Strumpfwirkwaren und Bekleidung sehr gut waren. Das überlegene Verhalten der Fasern mit an dem Kern angebrachten Flügeln zeigt sich anhand der Delaminierungsdaten. Die erfindungsgemäßen Fasern können eine Delaminierungsbewertung von weniger als etwa 1,0 haben. Darüber hinaus zeigen die Daten, dass die Verwendung eines Additivs für die Adhäsion, wie beispielsweise N12, im Flügelpolymer von Vorteil ist.
BEISPIEL 2A
Es wurde ein erfindungsgemäßes Dreifilament-Bikonstituentengarn im Wesentlichen wie in Beispiel 1D mit den folgenden Unterschieden versponnen. Jede Platte hatte fünf Löcher für das Flügelpolymer, die mit einem Abstand von 72° symmetrisch angeordnet waren, so dass jede Faser fünf Flügel hatte. Das Polymer in den fünf Flügeln bestand zu 95 Gew.-% aus Polycaprolactam (3.14 IV, konventionell hergestellt und erhalten von DuPont do Brasil) mit 5 Gew.-% Nylon 12 als Additiv. Das Flügel/Kern-Verhältnis variierte entsprechend den Angaben in Tabelle 2A. Die Appretur war eine Mischung von Kokosnussfett, quaternärem Amin, Wasser und nichtionischem Tensid, das mit 2 Gew.-% bezogen auf die Faser aufgetragen wurde. Die Geschwindigkeit der Zuführrolle betrug 420 Meter pro Minute und die verstreckte Faser wurde einer Relaxation von 15% vor ihrem Aufwickeln unterworfen. Der Querschnitt war im Wesentlichen der in 2 gezeigte; R₁/R₂ betrug etwa 1,4 und die verstreckte Faser hatte 23 Denier (25 dtex).
Die prozentuale Abkochstreckung für Garne mit variierendem Flügel/Kern-Verhältnis wurde wie vorstehend bestimmt.
TABELLE 2A
Die Ergebnisse in Tabelle 2A zeigen, dass eine höhere Abkochstreckung erhalten wird, wenn das Flügel/Kern-Gewichtsverhältnis kleiner ist als etwa 50/50 in der Faser des Beispiels, was bevorzugt wird, wenn keine Begleitfaser mit der erfindungsgemäßen Faser verwendet wird. Oftmals sind sogar geringere Flügel/Kern-Verhältnisse bevorzugt (beispielsweise etwa 20/80 bis etwa 40/60), wenn mit der erfindungsgemäßen Faser zur Erhöhung der Kraft der Wiederherstellung in dem Kombinationsgarn Begleitfasern verwendet werden.
BEISPIEL 2B
Die Haltbarkeit von Strumpfwirkware, das Durchscheinen und die Streckung wurden als Funktion der linearen Gesamtdichte (Denier, Decitex) der Flügel bewertet. Die Fasern aus Beispiel 2A wurden zu Strumpfwirkwaren gewirkt. Es wurde keine andere Faser verwendet. Die Gesamt-Denierzahl der Faser und das Flügel/Kern-Volumenverhältnis wurden variiert. Ein Gremium von Prüfern bewertete subjektiv die Strumpfwirkware auf a) Haltbarkeit auf der Grundlage der Nutzungsdauer, b) das ästhetische durchscheinende Aussehen (in Bezug auf einen Referenzstandard für Strumpfwirkware, der ähnlich aus 10 Denier LYCRA^TM-Spandex umsponnen mit 7 Denier (8 dtex) Nylon 6-6 aus 5 Fasern gewirkt war), und c) prozentuale Abkochstreckung. Die Haltbarkeit wurde dann als akzeptabel bewertet, wenn sie 7 Tage überschritt; das durchscheinende Aussehen wurde dann als akzeptabel bewertet, wenn es dem Referenzstandard gleich war, und die prozentuale Streckung wurde als akzeptabel bewertet, wenn er zwischen 40 und 120% lag und ein Ausbeulen und "Absacken" der Strumpfwirkware vermieden wurde. Die mit (*) versehenen Nummern und die fett gedruckten Nummern in Tabelle 2B zeigen die Decitex-Zahl und die Flügel/Kern-Verhältnisse, die qualitativ auf der Grundlage der drei Bewertungsbereiche bevorzugt sind. Die Zahlen in der Tabelle sind auf Decitex der Flügel für jede Faser summiert.
TABELLE 2B
Wenn die Decitex-Gesamtzahl über etwa 33 hinaus erhöht wurde, war das durchscheinende Aussehen der Strumpfwirkware verringert. Wenn die Decitex-Gesamtzahl bis unterhalb von etwa 22 verringert wurde und die Summe der Flügel-Decitexzahl unterhalb von etwa 11 fiel, begann die Haltbarkeit zu leiden. Wenn die Flügel-Kern-Gewichtsverhältnisse bis über etwa 50/50 anstiegen, begann die prozentuale Streckung abzufallen (wie zuvor in Beispiel 2A gezeigt wurde).
Als Ergebnis dieses Tests wurde der Schluss gezogen, dass eine bevorzugte Bikonstituentenfaser der Erfindung eine lineare Gesamtdichte im Bereich von etwa 22 bis 33 dtex, eine summierte Decitex-Zahl für den Flügelabschnitt von mindestens etwa 11 und ein Flügel/Kern-Gewichtsverhältnis zwischen 35/65 und 50/50 haben kann.
BEISPIEL 3A
Es wurde eine Bikonstituentenfaser der Erfindung im Wesentlichen entsprechend der Beschreibung in Beispiel 2A mit der Ausnahme versponnen, dass 4 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht der Faser) einer Appretur auf Polysiloxanbasis (entsprechend der Beschreibung in der US-P-4 999 120) anstelle der Appretur von Beispiel 2A aufgebracht wurde, die Faser 20% relaxiert wurde, bevor sie aufgewickelt wurde, und der bei dem Relaxationsschritt verwendete Dampf 20,7 kPa (3 psi) hatte. Das Flügel/Kern/herausragender Kern-Gewichtsverhältnis betrug 38/53/9 und R₁/R₂ betrug etwa 1,4. 5 ist eine Mikrophotographie der Faser im Querschnitt, die 32 Denier (36 dtex im verstreckten Zustand) und 108% Abkochstreckung, 24% Abkochschrumpfung und 92% Erholung nach dem Abkochen hatte.
BEISPIEL 3B
Aus der Faser von Beispiel 3A wurden auf einer kommerziellen Maschine Strumpfrohlinge gewirkt, die typischerweise für jeden Durchlauf mechanisch auf doppelumsponnene Spandex- Beinkonstruktionen eingestellt war. Die Maschine war eine MATEC HSE 4.5, die mit etwa 700 U/min im Schenkelbereich und 800 U/min im Fersenbereich arbeitete und auf Größe F eingestellt war. Es wurde in etwa 2 min ein Beinrohling gewirkt. Die Beingarne wurden der Maschine in der normalen Weise für Hartgarne zugeführt und keine elektronischen Spanner verwendet. Die Strumpfhosenrohlinge wurden durch Taumel-Dampfbehandlung bei Atmosphärendruck für 30 min appretiert. Die Kleidungsstücke wurden anschließend unter Anwendung einer automatischen Anlage eines Strumpfform-Autoklaven, wie er in der Industrie Standard ist, für vier Sekunden bei 102° fixiert, gefolgt von einem Trocknen bei 95°C für 30 Sekunden. Die Stücklänge für das Strumpfformen wurde so klein wie möglich gewählt, während das Stück in einem knitterfreien Zustand gehalten wurde. Die Stücke wurden unter Verwendung von Standard-Säurefarbstoffen bei 98°C für 45 min gefärbt und unter Anwendung der gleichen Formabmessung und Bedingung nachfixiert.
Das resultierende Flächengebilde hatte eine unerwartet hohe Wärmeleitfähigkeit von 3,38 × 10^–4 Watt/cm·°C.
BEISPIEL 4
Unter Anwendung eines Apparates, wie er in 7 dargestellt ist, wurden gemäß der Erfindung Dreifilament-Bikonstituentengarne mit Polyesterflügeln und Polyetheresterkernen hergestellt. Das Kernpolymer der Faser 4A war HYTREL^® 3078, ein Polyetherester-Elastomer (ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company; Biegemodul 27.600 kPa (4.000 psi)). Das Kernpolymer für die Fasern von Beispiel 4B und 4C war ein Polyetherester-Elastomer mit einem weichen Segment aus Poly(tetramethylen-co-2-methyltetramethylenether)glykol und einem harten Segment aus Butylenterephthalat (4G-T), hergestellt im Wesentlichen entsprechend der Beschreibung in den US-P-4 906 721. Die Menge an 3-Methyltetrahydrofuran, die in das Copolyetherglykol eingebaut wurde, betrug 9 Mol.-%, die Glykolzahl der mittleren relativen Molekülmasse betrug 2.750 und das Molverhältnis von 4G-T zu Copolyetherglykol betrug 4,6:1. In Tabelle 4 wird dieses Polymer bezeichnet als "2MePO4G:4G-T". Das Flügelpolymer in den Fasern der Beispiele 4A und 4B war Poly(butylenterephthalat) (4G-T, Crastin^® 6129; ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company; Biegemodul 2,4 Millionen kPa (350.000 psi)) und in Faser 4C war es Poly(trimethylenterephthalat) (3G-T). Das 3G-T wurde aus 1,3-Propandiol und Dimethylterephthalat in einem Zweikesselprozess unter Verwendung von Tetraisopropyltitanat als Katalysator, Tyzor^® TPT (ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company), bei 60 ppm bezogen auf das Polymer hergestellt. Dem 3G wurde bei 185°C in einem Umesterungskessel schmelzflüssiges DMT und Katalysator zugegeben und die Temperatur bis 210°C erhöht, währenddessen Methanol abgetrieben wurde. Das resultierende Intermediat wurde in einen Kessel zur Polykondensation übertragen, wo der Druck auf 10,2 kg/cm² (1 Millibar) herabgesetzt und die Temperatur bis 255°C erhöht wurde. Sobald die gewünschte Schmelzviskosität erreicht wurde, wurde der Druck erhöht und das Polymer extrudiert, gekühlt und zu Pellets geschnitten. Die Pellets wurden in der festen Phase bis zu einer Grenzviskosität von 1,04 dl/g in einem Taumeltrockner polymerisiert, der bei 212°C betrieben wurde. Der Spinndüsenstapel und die Spinnbedingungen für die jeweiligen Fasern dieses Beispiels waren im Wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 2A mit der Ausnahme, dass es in den Flügeln kein Polymeradditiv gab, die Flügel 40 Gew.-% der Gesamtfaser ausmachten, 4 Gew.-% (bezogen auf die Faser) der in Beispiel 3A beschriebenen Appretur aufgebracht wurden und die Faser um 20% relaxiert wurde, bevor sie mit Hilfe von Dampf bei 20,7 kPa (3 Pounds per square inch) aufgewickelt wurde. Die Fasern hatten die in Tabelle 4 angegebenen Eigenschaften.
TABELLE 4
Die Delaminierungsbewertung für die Faser 4B betrug 0,0. Das durchscheinende Aussehen der Strumpfrohlinge, die aus Fasern der Beispiele 4A, 4B und 4C gewirkt wurden war nach dem Dampffixieren, Färben und Appretieren gleichförmig und haben eine gute Streckung und Erholung.
BEISPIEL 5A
Es wurde eine Bikonstituentenfaser nach der vorliegenden Erfindung mit den Polymeren und der Appretur von Beispiel 1D unter Anwendung des Apparates von 7 und dem Spinndüsenstapel und den Spinnbedingungen von Beispiel 3A mit der Ausnahme versponnen, dass 13 Gew.-% Appretur bezogen auf das Gewicht der Faser verwendet wurden. Die Flügel- und Kernpolymere gelangten erstmalig miteinander etwa 0,076 cm vor dem Verspinnen zu Fasern in Kontakt.
Der Kern penetrierte den Flügel, so dass das Flügel/Kern/herausragender Kern-Gewichtsverhältnis 39/51/10 (R₁/R₂ etwa 1,5) betrug. Die Faser hatte eine lineare Dichte von 20 Denier (22 dtex), eine prozentuale Abkochstreckung von 100%, eine Abkochschwindung von 23% und eine Erholung nach dem Abkochen von 94%.
BEISPIEL 5B
Es wurden vier Enden der Faser von Beispiel 5A mit einem Luftstrahl unter Bildung eines Bikonstituentengarns verflochten. Das textile Flächengebilde wurde auf einer SULZER RUTI 5100 (Luftstrahl-Webstuhl) in einen 3/1-Aufbau unter Verwendung von mit Luftstrahl verflochtenen Bikonstituentengarn als Schuss mit 38 Garnen pro Zentimeter (96 Schusseinträge/inch) und 44 Denier (48 dtex/34 Filament TACTEL^TM (ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company) Typ 6342 Nylon als die Kette bei 48 Kettenden pro Zentimeter (121 pro inch) gewebt. Das Gewebe wurde mit Hilfe von Dampf und Relaxieren bei 115°C, MCF-Strahlwäsche bei 70°C; MCF-Strahlfärbung bei 100°C für 60 min unter Anwendung von Standard-Säurefarbstoffen für Nylon und Warmfixieren bei 190°C für 30 Sekunden fertiggestellt. Diese textilen Flächengebilde waren bauschfrei und glatt ohne Knitterstellen beim Lufttrocknen und sie zeigten eine gute Streckung und Erholung und einen hervorragenden Hartfaser-Griff und ästhetisches Aussehen. Das relaxierte fertiggestellte Gewebe hatte die folgenden Eigenschaften:
Ein Gewebe einer Breite von 5 cm × 10 cm Länge ließ sich von Hand um 40% strecken, wonach es sich um mehr als 95% erholte.
BEISPIEL 6
Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung einer Spinndüse in voller Dicke zur Herstellung der erfindungsgemäßen Faser. Es wurde der gleiche Präkoaleszens-Spinndüsenstapel wie in Beispiel 1C mit der Ausnahme verwendet, dass Trägerplatte E durch eine Spinndüse (11A) einer Dicke von 0,794 cm (0,3125 inch) mit einer Spinndüsenkapillare (Länge 0,038 cm (0,015 inch)) des gleichen Musters, der gleichen Größe, Axialrapport und der gleichen radialen Orientierung wie die Düse der Spinndüsenplatte A (8A) und mit einer runden Senke mit einem Durchmesser von 0,357 cm (0,1406 inch) ausgetauscht wurde. Das Flügel- und das Kernpolymer gelangten miteinander erstmals etwa 0,87 cm (0,794 cm Spinndüse + 0,038 cm Platte A + 0,038 cm Platte B) vor der Erzeugung der Faser in Kontakt. Es wurde eine 25 Denier(28 dtex)-Bikonstituentenfaser hergestellt, die sechs Flügel aus Poly(hexamethylen-co-2-methylpentamethylenadipamid) hatte, worin der Hexamethylen-Teil mit 80 Mol.-% der Diamin-derivierten Teile vorlag (konventionell hergestellt, relative Viskosität 90) und einen Kern aus PEBAX 3533SN, Polyetheresteramid, das unter Anwendung des Apparates von 7 mit einem Streckverhältnis von 4-fach versponnen wurde und bei 1.400 m/min aufgewickelt wurde. Das Flügel/Kern/herausragender Kern-Gewichtsverhältnis betrug 45/48/7 und R₁/R₂ betrug etwa 1,4. In der auf diese Weise versponnenen Faser penetrierte der Kern den Flügel, jedoch ohne den oftmals bevorzugten verringerten Verstreckungsabschnitt, wie er in 3 gezeigt ist.
BEISPIEL 7
Dieses Beispiel veranschaulicht eine Bikonstituentenfaser mit drei Flügeln, in der die Flügel den Kern penetrieren, und veranschaulicht außerdem die Verwendung eines dünnen Spinndüsenstapels zur Herstellung der Faser. Das Flügelpolymer war Poly(hexamethylendodecanamid) (Grenzviskosität 1,18, Zytel^® 158, ein eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company) und das Kernpolymer war PEBAX^® 3533SA, Polyetheresteramid. Es wurde ein Zehnfilamentgarn von 70 Denier (78 dtex) mit einem Volumenverhältnis von Flügel zu Kern von 40/60 bei einer Spinndüsentemperatur von 265°C versponnen. Es wurde der allgemein in 10 gezeigte Präkoaleszens-Spinndüsenstapel verwendet, wobei sich jedoch die einzelnen Platten von denen in den vorangegangenen Beispielen unterschieden. Die in 10A gezeigte Spinndüsenplatte A aus rostfreiem Stahl hatte eine Dicke von 0,038 cm (0,015 inch) und hatte durch sie hindurch mit Hilfe der Methode nach Beispiel 1A geschnittenen Düsen in Form von drei geraden Flügeln 1 für jede zweite Breite und symmetrisch angeordnet im Abstand eines Winkels von 120° um ein Symmetriezentrum; es gab keine Senke oberhalb der Kapillardüse. Jeder Flügel 140 war 0,102 cm (0,040 inch) lang (Länge 144 plus Länge 146 in 10A) von seiner Spitze bis zum Umfang einer mittigen runden Spinndüsenbohrung 142 mit einem Durchmesser von 0,030 cm (0,012 inch), deren Mitte mit dem Symmetriezentrum zusammenfiel. Als nächstes bezug nehmend auf 10B ist die Verteilerplatte B mit einer Dicke von 0,025 cm (0,010 inch) koaxial über der Spinndüsenplatte A so ausgerichtet, dass jede zweite Flügeldüse 150 der Verteilerplatte B mit einem Flügel 140 der Spinndüsenplatte A ausgerichtet war; jede Flügeldüse 150 der Verteilerplatte B war 0,349 cm (0,1375 inch) von seiner Spitze bis zum Symmetriezentrum lang. Die Dosierplatte C (10C) hatte eine Dicke von 0,025 cm (0,010 inch) und hatte Bohrungen 160 mit einem Durchmesser von 0,064 in (0,025 inch), Bohrungen 162 mit einem Durchmesser von 0,03 cm (0,015 inch) und die mittige Bohrung 164 mit einem Durchmesser von 0,025 cm (0,010 inch). Platte C war mit der Verteilerplatte B so ausgerichtet, so dass bei Gebrauch das Flügelpolymer mit Hilfe der Schmelzpoolplatte D (siehe kurz 10) zu den Bohrungen 160 zugeführt wurde und Kernpolymer zu den Bohrungen 162 und 164 der Verteilerplatte C zugeführt und durch Platte B zur Platte A verteilt wurde, um ein Filament zu erzeugen, worin die Flügel den Kern penetrierten. Es gab in der Spinndüsenplatte A keine Senke und die vereinte Dicke der Platten A, B und C betrug lediglich 0,089 cm (0,035 inch). Das Garn wurde mit einer Geschwindigkeit der Streckrolle von 1.225 Meter pro Minute 3,5-fach verstreckt und in einem Dampfstrahl bei Atmosphärendruck mit einer Aufwickelgeschwindigkeit von 1.045 Meter pro Minute relaxiert. Das Garn wickelte eine spiralige Verdrillung bei Dampfbehandlung in relaxiertem Zustand und hatte eine hohe Streckung und Erholung. Eine Mikrophotographie des Querschnittes einer nach diesem Beispiel erzeugten Faser ist in 13 gezeigt.
BEISPIEL 8
Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung einer Spinndüsenplatte mit konventioneller Dicke für die Herstellung der erfindungsgemäßen Faser.
Beispiel 1A wurde mit den folgenden Unterschieden wiederholt. Es wurde keine Spinndüsenträgerplatte E verwendet (siehe 8). Die Spinndüsenplatte A hatte eine Dicke von 0,794 cm (0,3125 inch) und jede Spinndüse hatte eine Senke mit einem Durchmesser von 0,254 cm (0,100 inch) und eine 0,038 cm (0,015 inch) lange Kapillare am Boden der Senke. Wie in 11A gezeigt wird, hatte jede Spinndüse in der Spinndüsenplatte A sechs gerade Düsenöffnungen 170, von denen jede eine Mittellinie entlang der langen Achse hatte, die durch ein Symmetriezentrum verlief und eine Länge von 0,089 cm (0,035 inch) von ihrer Spitze bis zum Umfang der mittigen runden Bohrung 172 hatte. Die Länge 174 von der Spitze jedes Flügels bis 0,038 cm (0,015 inch) hatte eine Breite von 0,010 cm (0,004 inch); die Länge 176 war 0,051 cm (0,020 inch) lang und 0,007 cm (0,0028 inch) breit. Die Spitze jedes Flügels war zu einer Hälfte der Breite der Spitze gerundet geschnitten. Die Verteilerplatte B (siehe 11B) hatte eine Dicke von 0,038 cm (0,015 inch) und hatte sechs Flügeldüsen 150, die jeweils über eine entsprechenden Senke in der Spinndüsenplatte A zentriert waren und so orientiert waren, dass jede Flügeldüse 150 in Platte B ausgerichtet war mit einer Flügeldüse 170 von Platte A. Jede Flügeldüse 150 in Platte B war 0,152 cm (0,060 inch) lang und 0,051 cm (0,020 inch) breit und hatte eine auf einen Radius von 0,025 cm (0,010 inch) gerundete Spitze. Eine mittige Bohrung 152 in Platte B hatte einen Durchmesser von 0,254 cm (0,100 inch). Die Dosierplatte C (siehe 11C) war ebenfalls 0,038 cm (0,015 inch) dick. In Platte C hatten die Bohrungen 160 einen Durchmesser von 0,020 cm (0,008 inch) und waren 0,254 cm (0,100 inch) von der Mitte einer mittigen Bohrung 162 entfernt, die einen Durchmesser von 0,203 cm (0,080 inch) hatte. Platte C war ausgerichtet mit Platte B, so dass die sechs Bohrungen 160 von Platte C sich oberhalb der Mittellinien der Flügeldüsen 150 von Platte B befanden. Die Platten waren so ausgerichtet, dass das zu der Bohrung 162 von Platte C zugeführte elastomere Kernpolymer durch die Mitte der Platten B und A strömte und den Kern der Faser bildete. Es wurde nichtelastomeres Flügelpolymer den Bohrungen 160 in Platte C zugeführt und strömte durch die Flügeldüsen der Platten B und A, um die Flügel der Faser zu erzeugen. Die Flügel- und Kernpolymere gelangten erstmalig an der Oberseite der Verteilerplatte B in Kontakt, die sich 0,833 cm (0,328 inch) oberhalb der Vorderseite der Spinndüsenplatte A befand, von der die Faser extrudiert wird.
Die Spinndüsentemperatur betrug 247°C. Es wurde ein Garn mit 14 Filamenten versponnen, 5 Gew.-% einer Appretur auf Polyetheresterbasis anstelle der zuvor verwendeten Appretur aufgebracht und das Garn mit 15% (bezogen auf die gestreckte Garnlänge) relaxiert, bevor es aufgewickelt wurde. Das verstreckte und zum Teil relaxierte Garn hatte eine lineare Dichte von 75 Denier (83 dtex) und R₁/R₂ betrug 1,20. Eine Mikrophotographie des Querschnittes der Faser ist in 6 gezeigt.
Obgleich die Erfindung in Verbindung mit ihrer detaillierten Beschreibung beschrieben wurde, gilt als selbstverständlich, dass die vorstehend ausgeführte Beschreibung von der Natur her exemplarisch und beispielhaft ist und zur Veranschaulichung der Erfindung und ihrer bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen ist.

Claims

Streckbare synthetische Polymerfaser, einschließend einen axialen Kern, aufweisend ein thermoplastisches, elastomeres Polymer und eine Mehrzahl von an dem Kern angebrachten Flügeln und aufweisend ein thermoplastisches, nichtelastomeres Polymer, wobei mindestens eines der Flügelpolymere oder Kernpolymere in das andere Polymer herausragt.
Faser nach Anspruch 1, worin der Kern einen äußeren Radius R₁ und einen inneren Radius R₂ enthält und R₁/R₂ größer ist als 1,2.
Faser nach Anspruch 2, worin R₁/R₂ im Bereich von 1,3 bis 2,0 liegt und das Gewichtsverhältnis von nichtelastomerem Flügelpolymer zu elastomerem Kernpolymer im Bereich von 10:90 bis 70:30 liegt und die Abkochstreckung mindestens 20% beträgt.
Faser nach Anspruch 1, worin das herausragende Polymer einen abgewandten vergrößerten Endabschnitt einschließt und einen verringerten Verstreckungsabschnitt, der an den Endabschnitt des Rests des herausragenden Polymers angrenzt, um mindestens einen verstreckten Abschnitt darin zu bilden.
Faser nach Anspruch 1, worin die Flügel weitgehend von gleicher Abmessung sind und weitgehend symmetrisch um den axialen Kern angeordnet sind.
Faser nach Anspruch 1, worin das nichtelastomere Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polyamiden, nichtelastomeren Polyolefinen und Polyestern, und wobei das elastomere Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus thermoplastischen Polyurethanen, thermoplastischen Polyester-Elastomeren, thermoplastischen Polyolefinen, thermoplastischen Polyesteramid-Elastomeren und thermoplastischen Poyletheresteramid-Elastomeren.
Faser nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Additiv, das dem Flügelpolymer zugesetzt ist, um die Haftung der Flügel an dem Kern zu verbessern, worin die Faser eine Delaminierungsbewertung unterhalb von 2,5 hat.
Faser nach Anspruch 7, worin das nichtelastomere Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (a) Poly(hexamethylenadipamid) und Copolymeren davon mit 2-Methylpentamethylendiamin und (b) Polycaprolactam, und worin das elastomere Polymer Polyetheresteramid ist.
Kleidungsstück, welches die Faser nach Anspruch 1 aufweist.
Streckbare synthetische Polymerfaser, einschließend einen axialen Kern, der ein thermoplatisches elastomeres Polymer aufweist und eine Mehrzahl von Flügeln, die mindestens ein thermoplastisches, nichtelastomeres Polymer aufweisen und in den Kern herausragen, worin die Faser eine Delaminierungsbewertung von weniger als 1 hat und eine Abkochstreckung von mindestens 20%.
Verfahren zum Schmelzspinnen zum Spinnen von polymeren Endlosfasern, umfassend: Durchleiten einer Schmelze, die ein nichtelastomeres Polymer aufweist, durch eine Spinndüse, um streckbare synthetische Polymerfasern zu erzeugen, die über eine Mehrzahl von an dem Kern angebrachten Flügeln verfügen, worin mindestens eines der Flügelpolymere oder Kernpolymere in das andere Polymer herausragen; Abschrecken der Fasern nach ihrem Austritt aus der Spinndüse, um die Fasern zu kühlen; und Aufnehmen der Fasern.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend nach dem Abschrecken einen zusätzlichen Schritt der Wärmerelaxation der Faser, so dass diese mindestens 20% Abkochstreckung zeigt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem der Schritt der Wärmerelaxation mit einem Heizmedium aus trockener Luft, heißem Wasser oder Dampf bei Überdruck bei einer Temperatur im Bereich von 80° bis 120°C ausgeführt wird, wenn es sich bei dem Heizmedium um die trockene Luft handelt, bei 75° bis 100°C, wenn es sich bei dem Heizmedium um das heiße Wasser handelt, und bei 101° bis 115°C ausgeführt wird, wenn es sich bei dem Heizmedium um den Dampf bei Überdruck handelt.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend nach dem Abschrecken einen zusätzlichen Schritt des Relaxierens der Faser bezogen auf die Faserlänge vor dem Relaxieren im Bereich von 1 bis 35%.
Spinndüsenstapel für die Schmelzextrusion eines ersten und zweiten synthetischen Polymers, um Faser zu erzeugen, aufweisend: eine Dosierplatte, die eine erste Reihe von Bohrungen enthält, die zur Aufnahme einer ersten Polymerschmelze ausgelegt sind, und eine zweite Reihe von Bohrungen enthält, die zur Aufnahme einer zweiten Polymerschmelze ausgelegt sind; eine Spinndüsenplatte, die ausgerichtet ist und sich im Kontakt befindet mit der Verteilerplatte, wobei die Spinndüsenplatte durch sie hindurchgehende Kapillaren hat und eine Länge der Senkung von weniger als 60% der Länge der Spinndüsenkapillare hat; und eine Spinndüsenträgerplatte mit Bohrungen, die größer als die Kapillaren sind und ausgerichtet sind und sich in Kontakt befinden mit der Spinndüsenplatte; worin die Platten so ausgerichtet sind, dass die ersten und zweiten Polymerbeschickungen zu der Dosierungsplatte durch die Verteilerplatte, die Spinndüsenplatte und die erste Spinndüsenträgerplatte unter Erzeugung einer Faser hindurchgehen.
Spinndüsenstapel nach Anspruch 15, worin die Länge der Senkung der Spinndüsenplatte kleiner ist als 40% der Länge der Spinndüsenkapillare.
Spinndüsenstapel nach Anspruch 15, worin die Bohrungen der Spinndüsenträgerplatte aufgeweitet sind.
Spinndüsenstapel nach Anspruch 15, worin die Bohrungen und Kapillaren mit Hilfe eines Lasers geschnitten worden sind.
Spinndüsenstapel nach Anspruch 15, ferner einschließend eine Verteilerplatte.
Spinndüsenstapel nach Anspruch 19, worin die maximale vereinte Dicke der Verteilerplatte und der Spinndüsenplatte kleiner ist als 0,3 cm.