DE69126914T2

DE69126914T2 - Verfahren zum Spinnen von synthetischen Fasern mit hoher Festigkeit, hohem Modul und niedrigem Schrumpf

Info

Publication number: DE69126914T2
Application number: DE69126914T
Authority: DE
Inventors: Ronald L Griffith; Holmes F Simons
Original assignee: Hoechst Celanese Corp
Current assignee: Invista Technologies SARL Switzerland
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1991-05-09
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2011-05-10
Also published as: CA2040133A1; NO911820L; KR100208055B1; EP0456496B1; NO911820D0; PT97627A; AU7625291A; JPH04228607A; AU643641B2; DE69126914D1; BR9101847A; CN1056541A; EP0456496A2; KR910020206A; ATE155829T1; EP0456496A3; ZA912978B

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spinnverfahren zur Herstellung synthetischer Garne mit hoher Festigkeit, hohem Modul und geringer Schrumpfung.

Hintergrund der Erfindung

Seitdem faserbildende, schmelzspinnbare synthetische Polymere eingeführt worden sind, suchten Faserhersteller nach Wegen, um die Festigkeits- und Stabilitätseigenschaften der aus diesen Polymeren hergestellten Fasern zu erhöhen. Die zusätzlichen Festigkeits- und Stabilitätseigenschaften der Fasern sind notwendig, damit sich ihren Produkten Anwendungen eröffnen, die über die Verwendung für Textilien hinausgehen. Zu diesen Nicht-Textilverwendungen (auch als "industrielle Verwendungen" bekannt) gehören: Reifenkord; Nähgarn; Segeltuch; Stoffe, Gewebe oder Matten, die für den Bau von Straßenbetten oder andere Geotextilanwendungen verwendet werden; industrielle Bänder; Verbundstoffe; Architekturtextilstoffe; Verstärkungen in Schläuchen; laminierte Textilstoffe; Seile; und dergleichen.
Ursprünglich wurde für einige dieser industriellen Verwendungen Rayon verwendet. Danach verdrängte Nylon das Rayon als Material der Wahl. In den 70er Jahren wurden herkömmliche Polyester, wie Polyethylenterephthalat, gegen Nylon ins Rennen geschickt. Etwa im Jahre 1985 wurden leistungsfähigere Polyester, d.h. solche mit höherer Festigkeit und größerer Stabilität, eingeführt.
Eine kurze Übersicht über einen Teil des Standes der Technik im Patentbereich, der unten zusammengefaßt ist, zeigt, daß drei allgemeine Bereiche als mögliche Wege der Verbesserung der Festigkeits- und Stabilitätseigenschaften dieser synthetischen Fasern untersucht wurden. Zu diesen allgemeinen Bereichen gehören: Verfahren, die auf das Verstrecken gerichtet sind; Verfahren, die auf das Polymer gerichtet sind; und Verfahren, die auf das Spinnen gerichtet sind. Im folgenden soll sich der Ausdruck "Verstrecken" auf das Erhitzen und Strecken beziehen, das mit einem Garn im Spinnzustand durchgeführt wird. Der Ausdruck "Behandlung des Polymers" soll sich auf das beziehen, was vor dem Spinnen mit dem Polymer gemacht wird. Der Ausdruck "Spinnen" soll sich auf Verfahren zur Bildung von Filamenten aus Polymer beziehen, jedoch unter Ausschluß des Verstreckens.
Die Verfahren, die auf das Verstrecken gerichtet sind, sind die folgenden:
JP-A-55022012 offenbart das Einleiten von Nylon-6-Multifilamentsträngen in eine Abkühlungskammer, wo sie abgekühlt und in Gegenwart eines Gases orientiert werden. Sie werden gebündelt, und Prozeßöl, das wenigstens 80 Gew.-% Wasser enthält, wird aufgetragen. Eine Verstreckung von 5 bis 15% erfolgt zwischen einer ersten Zugwalze und einer zweiten Zugwalze, die mit einer Geschwindigkeit von 3900 bis 4700 U/min rotiert, bevor der Strang aufgenommen wird.
Im US-Patent Nr. 3,090,997 wird das mehrstufige Verstrecken von Polyamiden zur Verwendung als Reifenkord offenbart. Die Fasern (Nylon) werden in herkömmlicher Weise schmelzgesponnen. Danach werden die gesponnenen Fasern in einem dreistufigen Verfahren verstreckt (verstreckt, dann erhitzt, dann abermals verstreckt), wobei man ein verstrecktes Nylon mit den folgenden Eigenschaften erhält: Reißlänge im Bereich von 10,4 bis 11,1 Gramm pro Denier (gpd); Dehnung im Bereich von 12,9 bis 17,1%; und Anfangsmodul von 48 bis 71 gpd/100%.
Im US-Patent Nr. 3,303,169 wird ein einstufiges Streckverfahren für Polyamide offenbart, das Polyamidgarne mit hohem Modul, hoher Reißlänge und geringer Schrumpfung ergibt. Das gesponnene Polyamid wird verstreckt und auf wenigstens 115ºC erhitzt, wobei man ein Garn erhält mit: Reißlänge im Bereich von 5 bis 8,7 gpd; Dehnung im Bereich von 16,2 bis 30,3%; Anfangsmodul von 28 bis 59 gpd/100%; und Schrumpfung im Bereich von 3,5 bis 15%.
Im US-Patent Nr. 3,966,867 wird ein zweistufiges Streckverfahren für Polyethylenterephthalat mit einer relativen Viskosität von 1,5 bis 1,7 offenbart. In der ersten Stufe werden die Fasern einer Temperatur zwischen 70 und 100ºC und einem Streckverhältnis von 3,8 bis 4,2 ausgesetzt. In der zweiten Stufe werden die Fasern einer Temperatur zwischen 210 und 250ºC und einem Streckverhältnis, d.h. erstes und zweites Streckverhältnis zusammen, im Bereich von 5,6 bis 6,1 ausgesetzt. Das erhaltene verstreckte Garn hat die folgenden Eigenschaften: Reißlänge 7,5 und 9,5 gpd; Dehnung ungefähr 2 bis 5% bei einer Belastung von 5 gpd; Dehnung beim Reißen 9 bis 15%; und Schrumpfung 1 bis 4%.
Im US-Patent Nr. 4,003,974 wird aus Polyethylenterephthalat gesponnenes Garn mit einer HRV von 24 bis 28 auf 75 bis 250ºC erhitzt, während es verstreckt wird, wird dann über eine geheizte Streckwalze geführt und schließlich entspannt. Das verstreckte Garn hat die folgenden Eigenschaften: Reißlänge 7,5 bis 9 gpd; Schrumpfung etwa 4%; Dehnung beim Reißen 12 bis 20%; und Lasttragekapazität von 3 bis 5 gpd bei 7% Dehnung.
EP-A-034880 betrifft ein Verfahren zur Bildung eines kontinuierlichen Filamentgarns aus einem schmelzspinnbaren synthetischen linearen Polymer. Das geschmolzene Polymer wird durch eine geformte Öffnung extrudiert, so daß ein geschmolzenes Filament entsteht, das dann durch eine Verfestigungszone und dann eine Konditionierungszone geleitet wird, wo es oberhalb seiner Glasübergangstemperatur und unterhalb seiner Schmelztemperatur gehalten wird. Danach wird es herausgezogen und aufgewickelt. In der Konditionierungszone ist komprimierter Dampf mit einem absoluten Druck von über 136 kN/m² vorhanden.
Die Verfahren, die auf das Verbessern der Garneigenschaften durch Behandlung des Polymers gerichtet sind, sind die folgenden:
In den US-Patenten Nr. 4,690,866 und 4,867,963 ist die Grenzviskosität (I.V.) des Polyethylenterephthalats größer als 0,90. Im US-Patent Nr. 4,690,868 sind die Eigenschaften der Faser im Spinnzustand (unverstreckt) wie folgt: Dehnung beim Reißen 52 bis 193%; Doppelbrechung 0,0626 bis 0,136; und Kristallinitätsgrad 19,3 bis 36,8%. Die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge 5,9 bis 8,3 gpd; Dehnung 10,1 bis 24,4%; und Trockenschrumpfung (bei 210ºC) 0,5 bis 10,3%. Im US-Patent Nr. 4,867,936 sind die Eigenschaften der verstreckten Faser wie folgt: Reißlänge etwa 8,5 gpd; Dehnung beim Reißen etwa 9,9%; und Schrumpfung (bei 177ºC) etwa 5,7%.
Die Verfahren, die auf das Spinnen gerichtet sind, sind die folgenden:
Im US-Patent Nr. 3,053,611 wird Polyethylenterephthalat nach dem Verlassen der Spinndüse in einem zwei Meter langen Spinnschacht auf 220ºC erhitzt. Danach wird in einem zweiten Schacht kaltes Wasser auf die Fasern gesprüht. Die Fasern werden mit einer Geschwindigkeit von 1600 Metern pro Minute (mpm) aufgenommen und anschließend verstreckt, wobei man eine Reißlänge von 315 gpd erhält.
Im US-Patent Nr. 3,291,880 wird ein Polyamid aus einer Spinndüse gesponnen und dann auf etwa 15ºC abgekühlt, und dann wird die Faser mit überhitztem Dampf bestrahlt. Die Faser im Spinnzustand hat eine geringe Orientierung und eine geringe Doppelbrechung.
Im US-Patent Nr. 3,361,859 wird ein synthetisches organisches Polymer zu einer Faser gesponnen. Wenn die Fasern die Spinndüse verlassen, werden sie einer "kontrollierten verzögerten Abkühlung" unterzogen. Diese Abkühlung wird über die ersten sieben inch hinter der Spinndüse durchgeführt. Oben (d.h. in der Nähe der Spinndüse) beträgt die Temperatur 300ºC, und unten (d.h. ungefähr 7 inch von der Spinndüse entfernt) beträgt die minimale Temperatur 132ºC. Das Garn im Spinnzustand hat eine geringe Doppelbrechung (11 bis 35 x 10&supmin;³), und die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge 6,9 bis 9,4 gpd; Anfangsmodul 107 bis 140 gpd/100%; und Dehnung beim Reißen 7,7 bis 9,9%.
In den US-Patenten Nr. 3,936,253 und 3,969,462 wird die Verwendung eines beheizten Mantels (mit einer Länge im Bereich von einem halben foot bis zwei feet) mit Temperaturen im Bereich von etwa 115 bis 460ºC offenbart. Im ersteren ist die Temperatur am oberen Teil des Mantels größer als am unteren Teil. Die Eigenschaften des verstreckten Garns des ersteren sind wie folgt: Reißlänge 9,25 gpd; Dehnung etwa 13,5%; und Schrumpfung etwa 9,5%. Im letzteren ist die Temperatur innerhalb des Mantels konstant, und die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge 8 bis 11 gpd; und Dehnung beim Reißen 12,5 bis 13,2%.
Im US-Patent Nr. 3,946,100 werden die Fasern aus einer Spinndüse gesponnen und bei einer Temperatur unter 80ºC verfestigt. Die verfestigten Fasern werden dann erneut auf eine Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur des Polymers (Tg) und seiner Schmelztemperatur erhitzt. Diese erhitzte Faser wird mit einer Geschwindigkeit zwischen 10ºC und 60ºC Metern pro Minute aus der Heizzone gezogen. Die Eigenschaften des gesponnenen Garns sind wie folgt: Reißlänge 3,7 bis 4,0 gpd; Anfangsmodul 70 bis 76 gpd/100%; und Doppelbrechung 0,1188 bis 0,1240.
Im US-Patent Nr. 4,491,657 wird Polyestermultifilamentgarn mit hoher Geschwindigkeit schmelzgesponnen und verfestigt. Die Verfestigung erfolgt in einer Zone, die nacheinander eine Heizzone und eine Kühlzone umfaßt. Bei der Heizzone handelt es sich um eine zylinderformige Heizvorrichtung (Temperatur im Bereich von der Schmelztemperatur des Polymers bis 400ºC) mit einer Länge im Bereich von 0,2 bis 1,0 Metern. Die Kühlzone wird mit Luft von 10º bis 40ºC abgekühlt. Nach diesem Verfahren hergestelltes verstrecktes Garn hat die folgenden Eigenschaften: Anfangsmodul 90 bis 130 gpd; und Schrumpfung (bei 150ºC) kleiner als 8,7%.
Im US-Patent Nr. 4,702,871 wird die Faser in eine Kammer mit Unterdruck gesponnen. Die Eigenschaften des gesponnenen Garns sind wie folgt: Festigkeit 3,7 bis 4,4 gpd; Doppelbrechung 104,4 bis 125,8 (x 10&supmin;³); und Kontraktion in trockener Hitze 4,2 bis 5,9% bei 160ºC während 15 Minuten.
Im US-Patent Nr. 4,869,958 wird die Faser in Abwesenheit von Wärme gesponnen und dann aufgenommen. An dieser Stelle hat die Faser einen geringen Kristallinitätsgrad, ist jedoch hochgradig orientiert. Danach wird die Faser wärmebehandelt Die Eigenschaften der verstreckten Faser sind wie folgt: Reißlänge 4,9 bis 5,2 gpd; Anfangsmodul 92,5 bis 96,6 gpd/100%; und Dehnung 28,5 bis 32,5%.
Die obige Patentübersicht zeigt, daß zwar einige der nach diesen verschiedenen Verfahren hergestellten Fasern eine hohe Festigkeit oder eine geringe Schrumpfung haben, aber keines der obigen Patente ein Garn oder ein Verfahren zur Herstellung eines solchen verstreckten Garns lehrt, das die Kombination einer hohen Reißlänge, eines hohen Anfangsmoduls und einer geringen Schrumpfung aufweist.
Die Patente, die der Lehre eines solchen verstreckten Garns am nächsten kommen, sind die US-Patente Nr.4,101,525 und 4,195,052, verwandte Patente, die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurden. In diesen Patenten werden die Polyesterfilamente (wobei das Polymer eine Grenzviskosität von 0,5 bis 2,0 Deziliter pro Gramm hat) aus einer Spinndüse schmelzgesponnen. Die geschmolzenen Filamente werden durch eine Verfestigungszone geleitet, wo sie gleichmäßig abgeschreckt und in feste Fasern umgewandelt werden. Die festen Fasern werden unter einer wesentlichen Spannung (0,015 bis 0,15 gpd) aus der Verfestigungszone gezogen. Diese festen Fasern im Spinnzustand zeigen eine relativ hohe Doppelbrechung (etwa 9 bis 70 x 10&supmin;³). Dann werden die im Spinnzustand befindlichen Fasern verstreckt und anschließend wärmebehandelt Die Eigenschaften des verstreckten Filaments sind wie folgt: Reißlänge 7,5 bis 10 gpd; Anfangsmodul 110 bis 150 gpd/100%; und Schrumpfung weniger als 8,5% in Luft von 175ºC.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Hier wird ein Verfahren zum Spinnen eines Polyesterpolymers offenbart. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: Extrudieren des Polymers durch eine Spinndüse; Leiten der Filamente aus der Spinndüse durch eine längliche Zone; Halten der Filamente auf einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polymers über einen Abstand von etwa 3 m oder mehr innerhalb der Zone; danach Zusammenführen der Filamente und Aufnehmen des Filaments mit einer Geschwindigkeit von mehr als 30ºC m/min
Ein alternatives Verfahren ist ein Verfahren zum Spinnen eines Polyesterpolymers, umfassend die Schritte: Extrudieren des Polymers durch eine filamentbildende Einrichtung; Bereitstellen einer länglichen Zone (d.h. einer Zone mit Längsabmessungen, die die seitlichen Abmessungen überschreiten) mit einer Länge von wenigstens 5 m; Leiten der Filamente aus der filamentbildenden Einrichtung durch die längliche Zone; und danach Zusammenführen der Filamente.
Ein weiteres alternatives Verfahren ist ein Verfahren zum Spinnen eines Polyesterpolymers, umfassend die Schritte: Extrudieren des Polymers durch eine filamentbildende Einrichtung; Bereitstellen einer länglichen Zone von etwa 3 m oder darüber, die Einrichtungen zum Regeln der Temperatur innerhalb der Zone von einem vorbestimmten Maximum zu einem vorbestimmten Minimum aufweist; Leiten der Filamente aus der filamentbildenden Einrichtung durch die längliche Zone; und danach Zusammenführen der Filamente.
Bei allen Verfahren sind die dadurch hergestellten Filamente gekennzeichnet durch: (1) eine Kristallgröße von weniger als etwa 55 Å sowie entweder (a) eine optische Doppelbrechung von mehr als etwa 0,090 oder (b) eine amorphe Doppelbrechung von mehr als etwa 0,060 oder (c) einen Langperiodenabstand von weniger als etwa 300 Å und (2) einen Kristallgehalt von etwa 10 bis etwa 43%, eine Reißlänge im gesponnenen Zustand von etwa 1,6 bis 4,6 g/dtex (1,7 bis etwa 5,0 Gramm pro denier), einen Modul im gesponnenen Zustand im Bereich von etwa 9 bis 127 g/dtex pro 100% (10 bis etwa 140 Gramm pro denier pro 100%), eine Heißluftschrumpfung von etwa 5 bis etwa 45% und eine Dehnung von etwa 50 bis 160%.

Beschreibung der Zeichnung

Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung ist in der Zeichnung ein Schema des Verfahren gezeigt, das zur Zeit bevorzugt wird; wobei jedoch vorausgeschickt wird, daß diese Erfindung nicht auf die genaue Anordnung und die Mittel, die gezeigt sind, beschränkt ist.
Figur 1 ist ein schematischer Aufriß des Spinnvorgangs.
Figur 2 ist ein schematischer Aufriß des Streckvorgangs.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Verstreckte Garne mit hoher Reißlänge, hohem Anfangsmodul und geringer Schrumpfung sowie das Verfahren, nach dem solche Garne gesponnen werden, werden im folgenden diskutiert. Der Ausdruck "Garn" oder "Filament" oder "Faser" soll sich auf jede Faser beziehen, die aus einem schmelzspinnbaren synthetischen organischen Polymer hergestellt ist. Solche Polymere können Polyester und Polyamide umfassen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Erfindung hat jedoch besondere Bedeutung für Polyester, wie zum Beispiel Polyethylenterephthalat (PET), Gemische von PET und Polybutylenterephthalat (PBT) sowie PET, das mit multifunktionellen Monomeren vernetzt ist (z.B. Pentaerythrit). Jedes der obigen Polymere kann herkömmliche Additive enthalten. Die I.V. des Garns (für Polymer auf PET-Basis) kann zwischen 0,60 und 0,87 liegen.
Die vorliegende Erfindung hängt jedoch nicht von der Grenzviskosität (I.V.) des Polymers ab.
In Figur 1 ist eine Spinnvorrichtung 10 gezeigt. Ein herkömmlicher Extruder 12 zum Schmelzen von Polymerchips befindet sich in Fluid-Verbindung mit einem herkömmlichen Spinnbalken 14. Innerhalb des Spinnbalkens 14 gibt es ein herkömmliches Spinnpack 16. Das Pack 16 kann ringförmig ausgebildet sein, und es filtert das Polymer, indem es das Polymer durch ein Bett aus feinen Teilchen leitet, wie in der Technik wohlbekannt ist. Als Teil des Packs 16 enthält dieses eine herkömmliche Spinndüse (nicht gezeigt). Die Geschwindigkeiten des Fließens von Polymeren durch das Pack können im Bereich von etwa 10 bis 55 pounds pro Stunde liegen. Die Obergrenze von 55 pounds ist nur durch die physikalischen Abmessungen des Packs 16 definiert, und durch die Verwendung größerer Packs können größere Fließgeschwindigkeiten erhalten werden. Die Faserfeinheit pro Filament in gesponnenem Zustand (dpf) liegt im Bereich von 3 bis 20, da sich erwiesen hat, daß die optimalen Eigenschaften und mechanischen Merkmale für das Garn zwischen 5 und 13 dpf auftreten.
Gegebenenfalls kann die Faser beim Verlassen der Spinndüse mit einem heißen Inertgas (z.B. Luft) abgeschreckt werden. Siehe US- Patent Nr. 4,378,325, auf das hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Typischerweise ist das Gas etwa 230ºC heiß und wird mit etwa sechs Standard-Kubikfeet pro Minute (scfm) zugeführt. Wenn die Luft zu heiß ist, d.h. über 260ºC, werden die Eigenschaften des gesponnenen Garns beträchtlich verschlechtert.
Unmittelbar unter dem Spinnbalken und dicht (d.h. luftdicht) daran montiert befindet sich eine längliche Säule 18. Die Säule umfaßt ein isoliertes Rohr mit einer Länge von etwa 5 m oder mehr. Die Säulenlänge wird unten ausführlicher diskutiert. Der Innendurchmesser des Rohrs ist ausreichend groß, z.B. 30,5 cm (12"), so daß alle Filamente aus der Spinndüse die Länge des Rohrs durchlaufen können, ohne es zu verstopfen. Die Säule ist mit einer Vielzahl herkömmlicher Bandheizkörper ausgestattet, so daß die Temperatur innerhalb des Rohrs entlang seiner Länge gesteuert werden kann. Die Säulentemperaturen werden unten ausführlicher diskutiert. Die Säule ist zwecks einer besseren Temperatursteuerung vorzugsweise in mehrere diskrete Temperaturzonen unterteilt. Insgesamt 4 bis 7 Zonen sind verwendet worden. Gegebenenfalls kann die Säule 18 auch ein Lufteinleitungsrohr 17 enthalten, das verwendet wird, um die Temperatur in der Säule zu steuern. Das Einleitungsrohr 17 ist so ausgebildet, daß es ein Inertgas gleichmäßig um den Umfang der Säule herum verteilt.
Innerhalb des untersten Endes der Säule 18 befindet sich ein perforierter Kegelstumpf 19, d.h. eine Einrichtung zum Reduzieren der Luftturbulenz. Der Kegelstumpf 19, der vorzugsweise eine Länge von drei feet und am obersten Ende einen Durchmesser, der dem Rohrdurchmesser entspricht, und am unteren Ende einen etwa halb so großen Durchmesser aufweist, wird verwendet, um Luft über einen mit einem Ventil versehenen Abluftanschluß 21 aus dem untersten Ende des Rohrs auszublasen, so daß eine Bewegung in der Fadenlinie aufgrund von Luftturbulenz wesentlich reduziert oder völlig beseitigt ist.
Unterhalb des untersten Endes der Säule wird die Fadenlinie zusammengeführt. Diese Konvergenz kann durch einen Finishapplikator 20 erreicht werden. Dies ist der erste Kontakt, den das Garn nach dem Verlassen der Spinndüse erfährt.
Die Länge der Säule, die Nichtkonvergenz der einzelnen Filamente und das Lufttemperaturprofil innerhalb der Säule sind für die vorliegende Erfindung von besonderer Bedeutung. Das Temperaturprofil wird so gewählt, daß die Fasern über eine erhebliche Länge der Säule (z.B. wenigstens 3 Meter) auf einer Temperatur oberhalb ihres Tg gehalten werden. Diese Temperatur könnte über die gesamte Länge der Säule beibehalten werden, aber die aufgewickelten Filamente wären dann instabil. Daher wird die Temperatur innerhalb der Säule aus praktischen Gründen auf unter Tg reduziert, so daß die Filamente keine weiteren Veränderungen der Kristallstruktur mehr erfahren, bevor sie aufgewickelt werden. Vorzugsweise wird das Teinperaturprofil so gewählt, daß es das Temperaturprofil widerspiegelt, das sich innerhalb des Rohrs einstellen würde, wenn keine Wärme von außen zugeführt würde. Die Situation mit "keiner Wärme von außen" ist jedoch praktisch nicht durchführbar, da zahlreiche Variablen die Säulentemperatur beeinflussen. Daher wird das Temperaturprofil geregelt, vorzugsweise linear, um die Temperatur als Variable bei dem Verfahren zu eliminieren.
Die Lufttemperatur innerhalb der Säule wird durch die Verwendung der Bandheizgeräte gesteuert. Vorzugsweise wird die Säule in mehrere Abschnitte unterteilt, und die Lufttemperatur in jedem Abschnitt wird auf einen vorbestimmten Wert geregelt. So kann die Temperatur innerhalb der Säule über die Länge der Säule variiert werden. Die Temperatur innerhalb der Säule kann in einem Bereich von der Polymerspinntemperatur bis zur oder bis unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) des Polymers liegen (Tg für Polyester beträgt etwa 80ºC). Die Polymerspinntemperatur tritt um die Spinndüse herum auf, d.h. wenn das geschmolzene Polymer die Spinndüse verläßt. Die Lufttemperaturen innerhalb der Säule werden jedoch vorzugsweise auf etwa 155ºC bis etwa 50ºC geregelt. Bei Aufwickelgeschwindigkeiten von weniger als 14 000 feet pro Minute wird der erste Abschnitt, der der Spinndüse benachbart ist, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 155ºC geregelt, und der am weitesten von der Spinndüse entfernte Abschnitt wird auf etwa 50ºC geregelt.
Ein lineares Temperaturprofil ist jedoch nicht das einzige Temperaturmuster, das zu den hier offenbarten günstigen Ergebnissen führt. Bei Aufnahmegeschwindigkeiten (oder Aufwickelgeschwindigkeiten) von mehr als 14 000 fpm (4300 mpm) kann das Temperaturprofil (wenn die Säule in vier diskrete Zonen unterteilt wird) wie folgt verlaufen: (von der Spinndüse aus nach unten) die erste Zone - etwa 105ºC bis etwa 110ºC; die zweite Zone - etwa 110ºC bis etwa 115ºC; die dritte Zone - etwa 125ºC bis etwa 130ºC; und die vierte Zone - 115ºC bis etwa 120ºC.
Was die Säulenlänge betrifft, so scheint für die vorliegende Erfindung häufig eine minimale Säulenlänge von fünf Metern (mit einer Säulentemperatur oberhalb des Tg des Polymers für wenigstens drei Meter) mit einer Filamentkonvergenz danach notwendig zu sein. Säulenlängen zwischen fünf und neun Metern sind für die Erfindung geeignet. Die Obergrenze von neun Metern ist eine praktische Grenze und kann erhöht werden, wenn der Platz es zuläßt. Um die Reißlängeneigenschaften zu optimieren, wird eine Säulenlänge von etwa sieben Metern bevorzugt.
Die Fasern werden zusammengeführt, nachdem sie die Säule 18 verlassen. Diese Konvergenz kann durch Verwendung eines Finishapplikators erreicht werden.
Nach der ersten Auftragung des Finish (d.h. bei Finishapplikator 20) wird das Garn um ein Paar von Streckwalzen 22 genommen. Danach kann eine zweite Auftragung von Finish erfolgen (d.h. bei Finishapplikator 23). Die erste Finishauftragung kann vorgenommen werden, um die auf den Fasern aufgebaute statische Elektrizität zu reduzieren. Dieses Finish wird jedoch manchmal abgestreift, wenn die Fasern über die Streckwalzen laufen. Das Finish kann also nach den Streckwalzen erneut aufgetragen werden.
Dann werden die Fasern auf einen herkömmlichen Aufwickler 24 mit kontrollierter Spannung geleitet. Die Aufwickelgeschwindigkeit ist größer als 3000 mpm (9800 fpm) mit einer maximalen Geschwindigkeit von typischerweise 5800 mpm (19 000 fpm). Ein optimaler Bereich liegt bei etwa 3200 bis 4100 mpm (10 500 bis 13 500 fpm) Der am meisten bevorzugte Bereich liegt zwischen etwa 3200 und 3800 mpm (10 500 und 12 500 fpm). Bei Geschwindigkeiten von unter 3000 mpm (9800 fpm) werden die Gleichmäßigkeitseigenschaften des Garns schlechter.
Das nach dem obigen Verfahren hergestellte, im Spinnzustand vorliegende (d.h. unverstreckte) Polyestergarn läßt sich allgemein dadurch charakterisieren, daß es relativ kleine Kristalle und eine relativ hohe Orientierung aufweist. Vermutlich sind es diese Eigenschaften des im Spinnzustand vorliegenden Garns, die es ermöglichen, die unten diskutierten einzigartigen Eigenschaften des verstreckten Garns zu erreichen.
Um die allgemeine Charakterisierung des Polyestergarns im Spinnzustand zu quantifizieren, werden die kleinen Kristalle anhand der (in Å gemessenen) Kristallgröße definiert, und die Orientierung wird anhand eines der folgenden Punkte definiert: optische Doppelbrechung; amorphe Doppelbrechung; oder Kristalldoppelbrechung. Außerdem ist das gesponnene Polyestergarn durch die Kristallgröße und den Langperiodenabstand (den Abstand zwischen den Kristallen) charakterisiert. Allgemein kann das Polyestergarn im Spinnzustand dadurch charakterisiert werden, daß es eine Kristallgröße von weniger als 55 Å sowie entweder eine optische Doppelbrechung von mehr als 0,090 oder eine amorphe Doppelbrechung von mehr als 0,060 oder einen Langperiodenabstand von weniger als 300 Å aufweist. Noch mehr bevorzugt kann das Polyestergarn im Spinnzustand dadurch charakterisiert werden, daß es eine Kristallgröße im Bereich von etwa 20 bis etwa 55 Å sowie entweder eine optische Doppelbrechung im Bereich von etwa 0,090 bis etwa 0,140 oder eine amorphe Doppelbrechung im Bereich von etwa 0,060 bis etwa 0,100 oder einen Langperiodenabstand im Bereich von etwa 100 bis etwa 250 Å aufweist. Am meisten bevorzugt kann das Polyestergarn im Spinnzustand dadurch charakterisiert werden, daß es eine Kristallgröße im Bereich von etwa 43 bis etwa 54 Å sowie entweder eine optische Doppelbrechung im Bereich von etwa 0,100 bis etwa 0,130 oder eine amorphe Doppelbrechung im Bereich von etwa 0,060 bis etwa 0,085 oder einen Langperiodenabstand im Bereich von etwa 140 bis etwa 200 Å aufweist.
Wie der Fachmann erkennen wird, beträgt die Kristallgröße des gesponnenen Garns etwa 1/3 der Kristallgröße herkömmlicher Garne im optimalen Bereich der Aufwickelgeschwindigkeit. Die Kristallgröße nimmt mit der Geschwindigkeit zu, bleibt jedoch gering. Die amorphe Orientierung im gesponnenen Zustand ist sehr hoch, etwa doppelt so hoch wie normal. Dieses gesponnene Garn hat eine so hohe Orientierung und geringe Schrumpfung, daß es ganz ohne Verstrecken verwendet werden könnte.
Außerdem kann das gesponnene Polyestergarn die folgenden Eigenschaften haben: einen Kristallgehalt (d.h. anhand der Dichte bestimmtes Kristallinitätsniveau) von 10 bis 43%; eine Reißlänge im gesponnenen Zustand von etwa 1,5 bis 4,5 g/dtex (1,7 bis 5, gpd); einen Modul im gesponnenen Zustand im Bereich von 9 bis 127 g/dtex pro 100% (10 bis 140 gpd/100%), eine Heißluftschrumpfung von etwa 5 bis 45%; und eine Dehnung von 50 bis 160%.
Danach wird das gesponnene Garn verstreckt. Wir beziehen uns auf Figur 2. Es kann entweder eine ein- oder eine zweistufige Streck- Operation verwendet werden. Es hat sich jedoch erwiesen, daß eine zweite Stufe wenig bis gar keinen zusätzlichen Nutzen bringt. Es ist möglich, daß die Spinnoperation direkt an eine Streckoperation gekoppelt ist (d.h. ein Spinn/Streck-Verfahren).
Das Garn im Spinnzustand kann von einer Ablaufspule 30 einer Zuführrolle 34 zugeführt werden, die von Raumtemperaturen bis auf etwa 150ºC erhitzt werden kann. Danach wird die Faser einer Streckrolle 38 zugeführt, die von Raumtemperaturen bis ungefähr 255ºC erhitzt werden kann. Wenn keine geheizten Rollen verfügbar sind, kann eine Heizplatte 36 verwendet werden, die von 180º bis 245º geheizt werden kann. Die Heizplatte 36 (mit einer sechs-inch großen gekrümmten Kontaktfläche) wird in die Streckzone, d.h. zwischen Zuführrolle 34 und Streckrolle 38, gebracht. Die Streckgeschwindigkeit liegt in einem Bereich von 75 bis 300 mpm. Das typische Streckverhältnis beträgt etwa 1,65 (für gesponnenes Garn, das mit etwa 3800 mpm hergestellt wird). Als optimale Zuführrollentemperatur, die die höchste Zugfestigkeit ergibt, wurde etwa 90ºC gefunden. Die optimale Streckrollentemperatur beträgt etwa 245ºC. Wenn die Heizplatte verwendet wird, liegt die optimale Temperatur zwischen etwa 240 und 245ºC. Die Streckrollentemperatur erlaubt eine gewisse Kontrolle der Heißluftschrumpfung. Im allgemeinen sind geringe Schrumpfungen wünschenswert, da sie die besten Stabilitätsbewertungen von behandeltem Kord ergeben.
Wenigstens eine Endverwendung, für Segeltuch, erfordert jedoch höhere Schrumpfungen des verstreckten Garns, und diese können mit niedrigeren Streckrollentemperaturen eingestellt werden.
Auf der Basis des oben gesagten können die Eigenschaften der verstreckten Faser wie folgt eingestellt werden: Die Reißlänge kann in einem Bereich von 4,0 bis 10,8 gpd (4,4 bis 11,9 g pro dtex) liegen. Die Dehnung kann in einem Bereich von 7% bis ungefähr 80% liegen. Der Anfangssekantenmodul kann in einem Bereich von 66 bis 187 g pro dtex/100 % (60 bis 170 gpd/100%) liegen. Die Heißluftschrumpfung (bei 17700) beträgt 6% bis 15%. Die Faserfeinheit des Faserbündeis kann in einem Bereich von 125 bis 1100 denier (138 bis 1210 dtex) liegen (die letztere Zahl kann erhalten werden, indem man Werggarne miteinander verzwirnt), und die Faserfeinheit pro Filament liegt in einem Bereich von 1,5 bis 6 dpf (1,65 bis 6,6 dtex pro f). Ein solches Garn könnte als Faserverstärkung eines Gummireifens verwendet werden.
Verstreckte Garne aus Polyester (d.h. PET), die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, können einen Anfangssekantenmodul von mehr als 136 g pro dtex/100 (150 gpd/100) erreichen. Überdies können diese Garne auch eine Schrumpfung von weniger als 8% haben, oder diese Garne können eine Reißlänge von mehr als 6,8 g pro dtex (7,5 g pro denier) haben.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des verstreckten Polyestergarns kann wie folgt charakterisiert werden: eine Reißlänge von wenigstens 7,7 g/dtex (8,5 gpd); einen Anfangsmodul von wenigstens 136 g/dtex pro 100% (150 gpd/100%); sowie eine Schrumpfung von weniger als 6%. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des verstreckten Polyestergarns kann wie folgt charakterisiert werden: eine Reißlänge von wenigstens 9 g/dtex (10 gpd); einen Anfangsmodul von wenigstens 109 g/dtex pro 100% (120 gpd/100%); sowie eine Schrumpfung von weniger als 6%. Noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform des verstreckten Polyestergarns kann wie folgt charakterisiert werden: eine Reißlänge im Bereich von etwa 8 bis 8,7 g/dtex (9 bis etwa 9,5 gpd); einen Anfangsmodul im Bereich von etwa 136 bis 144 g pro dtex (150 bis etwa 158 gpd/100%); sowie eine Schrumpfung von weniger als 7,5%.
Jedes nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte verstreckte Garn kann in den folgenden Endverwendungen verwendet werden: Reifenkord; Nähgarn; Segeltuch; Stoffe, Gewebe oder Matten, die für den Bau von Straßenbetten oder andere Geotextilanwendungen verwendet werden; industrielle Bänder; Verbundstoffe; Architekturtextilstoffe; Verstärkungen in Schläuchen; laminierte Textilstoffe; Seile; usw.
Die folgenden kritischen Tests, die in der obigen Diskussion der Erfindung und den nachfolgenden Beispielen verwendet werden, wurden wie folgt durchgeführt:
Reißlänge bezieht sich auf die "Zähigkeit beim Reißen", wie sie in ASTM D-2256-80 definiert ist.
Der Anfangsmodul (oder "Anfangssekantenmodul") ist anhand von ASTM D-2256-80, Abschnitt 10.3, definiert, außer daß die Gerade, die die anfänglichen geradlinigen Teile der Spannungs-Dehnungs- Kurve darstellt, als Sekante angegeben wird, die durch die Punkte auf der Spannungs-Dehnungs-Kurve bei 0,5% und 1,0% Dehnung verläuft.
Alle weiteren Zugeigenschaften sind so wie in ASTM D-2256-80 definiert.
Die Schrumpfung (Heißluftschrumpfung) ist als lineare Schrumpfung in einer auf 177±1ºC gehaltenen Heißluftumgebung gemäß ASTM D- 885-85 definiert.
Die Dichte, Kristallgröße, der Langperiodenabstand, die Doppelbrechung und die amorphe Doppelbrechung sind dieselben, wie sie im US-Patent Nr.4,134,882 dargelegt sind, auf das hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Insbesondere ist jede der obigen Eigenschaften im US-Patent Nr. 4,134,882 an oder ungefähr an der folgenden Stelle zu finden: Dichte - Spalte 8, Zeile 60; Kristallgröße - Spalte 9, Zeile 6; Langperiodenabstand - Spalte 7, Zeile 62; Kristalldoppelbrechung - Spalte 11, Zeile 12; und amorphe Doppelbrechung - Spalte 11, Zeile 27.
Die Doppelbrechung (optische Doppelbrechung oder Δn) ist so, wie sie im US-Patent Nr. 4,101,525, in Spalte 5, Zeile 4-46, dargelegt ist. Auf das US-Patent Nr. 4,101,525 wird hier ausdrücklich Bezug genommen. "Bi CV" ist der Variationskoeffizient der optischen Doppelbrechung zwischen Filamenten und ist aus 10 gemessenen Filamenten berechnet.
Weitere Tests, auf die hier Bezug genommen wird, werden nach herkömmlichen Verfahren durchgeführt.
Im folgenden wird auf die Beispiele Bezug genommen, die die vorliegende Erfindung ausführlicher erläutern.

Beispiel 1

In der folgenden Gruppe experimenteller Durchläufe wurde ein herkömmliches Polyesterpolymer (PET, IV-0,63) gesponnen. Die Spinngeschwindigkeiten wurden von 3810 auf 5791 mpm (von 12 500 fpm auf 19000 fpm) erhöht. Die Säulenlänge betrug 6,4 m und war in vier Temperaturregelzonen unterteilt. Die Temperatur wurde durch Messen der Lufttemperatur in der Mitte jeder Zone in der Nähe der Wand kontrolliert. Das Polymer wurde mit einer Geschwindigkeit von 10,4 kg/h (22,9 pounds pro Stunde) durch einen Spinnbalken von 285ºC und eine Spinndüse mit 40 Löchern extrudiert (Lochgröße 0,009 inch mal 0,013 inch - 0,2 mal 0,3 mm). Die Fasern wurden nicht abgeschreckt. Die gesponnenen Fasern wurden nicht verstreckt, sondern in der Wärme ausgehärtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargelegt. Tabelle I

Beispiel II

In der folgenden Gruppe experimenteller Durchläufe wurde ein herkömmlicher Polyester (PET, IV-0, 63) gesponnen. Die Säulentemperaturen wurden variiert, wie es angegeben ist (Lufttemperatur, Mitte der Zonen). Die Säulenlänge betrug 6,4 m. Das Polymer wurde mit einer Geschwindigkeit von 23,1 pounds pro Stunde durch einen Spinnbalken von 300ºC und eine Spinndüse mit 72 Löchern extrudiert (Lochgröße 0,009 inch mal 0,012 inch - 0,2 mal 0,3 mm). Die Fasern wurden nicht abgeschreckt. Die gesponnenen Fasern wurden anschließend verstreckt (wie es angegeben ist) . Die Ergebnisse sind in Tabelle II dargelegt. Tabelle II
* Lufteinleitungsrohr, Punkt 17, Figur 1
Bei der obigen Gruppe experimenteller Durchläufe (d.h. den in Tabelle II dargelegten) stellen die Nr. 4, 5, 6 und 7 die vorliegende Erfindung dar.

Beispiel III

In der folgenden Gruppe experimenteller Durchläufe wurde ein herkömmlicher Polyester (PET, IV-0,63) gesponnen. Die Fasern wurden mit einer Geschwindigkeit von 3200 mpm (10 500 fpm) aufgewickelt. Das Polymer wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,85 kg/h (19,5 pounds pro Stunde) durch eine Spinndüse mit 72 Löchern (Lochgröße 0,009 inch mal 0,012 inch - 0,2 mal 0,3 mm) und einen Spinnbalken von 300ºC extrudiert. Die Fasern wurden mit 6,5 scfm Luft von 232ºC abgeschreckt. Die Säule war 6,4 m lang und in 4 Abschnitte unterteilt, die das folgende Lufttemperaturprofil aufwiesen (in absteigender Reihenfolge): 135ºC; 111ºC; 92ºC und 83ºC in der Mitte der Zonen. Das gesponnene Garn hatte die folgenden Eigenschaften: Faserfeinheit - 334 denier (367 dtex); Reißlänge - 4,09 gpd (317 gpdtex); Dehnung 71,7%; Anfangsmodul - 55,0 gpd/100% (50 gpdtex/100%); Heißluftschrumpfung - 11,8% bei 350ºF (177ºC); Uster 1,10; Grenzviskosität - 0,647; FOY - 0,35%; Doppelbrechung - 110 x 10&supmin;³; und Kristallinität - 21,6%.
In Tabelle IIIA ist die Wirkung des Streckverhältnisses auf die Eigenschaften des verstreckten Garns gezeigt. Tabelle IIIA
In Tabelle IIIB ist die Wirkung des Heizverfahrens während des Verstreckens gezeigt (das Streckverhältnis war 1,65, und das Garn wurde nicht relaxiert). Tabelle IIIB
In Tabelle IIIC ist die Wirkung höherer Strecktemperaturen und Streckverhältnisse gezeigt (die Zuführrolle ist auf Raumtemperatur, und die Streckrolle ist auf 240ºC). Tabelle IIIC

Beispiel IV

In der folgenden Gruppe experimenteller Durchläufe wurde ein herkömmlicher Polyester (PET, IV-0,92) gesponnen. In den Durchläufen Nr. 1-5 wurden die Fasern gemäß den in den US-Patenten Nr. 4,101,525 und 4,195,052 dargelegten Verfahren gesponnen und verstreckt. Nr. 6-9 wurden wie folgt hergestellt: PET mit einem Molekulargewicht, das durch eine IV von 0,92 gekennzeichnet ist, wurde auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,001% oder weniger getrocknet. Dieses Polymer wurde in einem Extruder geschmolzen und auf eine Temperatur von 295ºC erhitzt und anschließend durch eine Dosierpumpe einem Spinnpack zugeführt. Dieses Pack war ringförmig ausgebildet und ergab eine Filtration des Polymers, indem es durch ein Bett aus feinen Metallteilchen geleitet wurde. Nach der Filtration wurde das Polymer durch eine Spinndüse mit 80 Löchern extrudiert. Jedes Spinndüsenloch hatte einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser von 0,457 mm und einer Kapillarlänge von 0,610 mm.
Ein isoliertes geheiztes Rohr mit einer Länge von 9 Metern wurde luftdicht unter das Pack montiert, und die Multifilamentspinnfadenlinie wurde durch die gesamte Länge dieses Rohrs geführt, bevor sie zusammengeführt wurde oder mit irgendwelchen Führungsoberflächen in Kontakt kam. Das Rohr war entlang seiner Länge zum Zwecke der Temperatursteuerung in sieben Zonen unterteilt. Einzelne Regler wurden verwendet, um die Lufttemperatur in der Mitte jeder dieser Zonen einzustellen. Unter Verwendung einer Kombination von Prozeßwärme und den externen Heizgeräten um das Rohr herum wurden individuelle Einstellungen der Regler gewählt, um zu einem gleichmäßigen Lufttemperaturprofil entlang der vertikalen Abmessung dieses Rohrs zu gelangen. In einer typischen Situation betrug die Lufttemperatur in der oberen Zone des Rohrs 155ºC, und die Temperatur wurde in einem ungefähr gleichmäßigen Gradienten auf 50ºC im unteren Teil reduziert.
Ungefähr 10 cm unterhalb des Rohrs wurde die Fadenlinie mit einem Finishapplikator in Kontakt gebracht, der außerdem als Konvergenzführung diente und den ersten Kontakt darstellte, den das Garn erfuhr. Am Ausgang des Rohrs war der Querschnitt des noch nicht zusammengeführten Garns wegen der Nähe der Finish-Führung sehr klein. Dadurch konnte eine sehr kleine Öffnung verwendet werden, so daß die Menge der aus dem Rohr entweichenden Heißluft minimiert werden konnte.
Nach dem Auftragen von Spinnfinish wurde das Garn auf ein Paar von Streckwalzen und dann auf einen Aufwickler mit kontrollierter Spannung aufgenommen. Die Aufwickelgeschwindigkeiten lagen typischerweise im Bereich von 3200 bis 4100 mpm.
Das Verstrecken dieses Garns wurde in einem zweiten Schritt durchgeführt, in dem das im Spinnzustand befindliche Garn über eine Gruppe von Vorspannungsrollen auf eine geheizte Zuführrolle geführt wurde, die auf einer Temperatur gehalten wurde, die zwischen 80 und 150ºC eingestellt war. Dann wurde das Garn zwischen diesen Rollen und einer Gruppe von Streckrollen verstreckt, die auf einer eingestellten Temperatur gehalten wurden, die im Bereich von 180 bis 255ºC gewählt worden war. Ein typisches Streckverhältnis für ein gesponnenes Garn, das mit 3800 mpm hergestellt wurde, wäre 1,65, wobei mit höheren oder niedrigeren Geschwindigkeiten gesponnene Proben niedrigere bzw. höhere Streckverhältnisse erfordern.
Die Ergebnisse sind in Tabelle IV dargelegt. Tabelle IV

Beispiel V

Polyester mit einem Molekulargewicht, das durch eine IV von 0,92 gekennzeichnet ist, wurde auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,001% getrocknet. Dieses Polymer wurde in einem Extruder geschmolzen und auf eine Temperatur von 295ºC erhitzt, und anschließend wurde die Schmelze durch eine Dosierpumpe einem Spinnpack zugeführt. Nach der Filtration in einem Bett aus feinen Metallteilchen wurde das Polymer durch eine Spinndüse mit 80 Löchern extrudiert. Jedes Spinndüsenloch hatte einen Durchmesser von 0,457 mm und einer Kapillarlänge von 0,610 mm. Bei der Extrusion betrug die gemessene IV dieses Polymers 0,84.
Das extrudierte Polymer wurde in einen geheizten zylindrischen Hohlraum mit einer Länge von 9 Metern gesponnen. Ein ungefähr lineares Temperaturprofil (Gradient) wurde über die Länge dieses Rohrs aufrechterhalten. In der Mitte der oberen Zone betrug die Lufttemperatur 155ºC, und im unteren Teil des Rohrs betrug diese Temperatur 50ºC. Das Multifilamentgarnbündel wurde nicht zusammengeführt, bis es mit einer Finish-Führung unmittelbar unterhalb des Ausgangs des geheizten Rohrs in Kontakt kam. Von diesem Punkt aus wurde das Garn durch ein Paar von Streckwalzen einem Aufwickler mit kontrollierter Spannung zugeführt. Unter diesen Bedingungen wurde eine Reihe von vier gesponnenen Garnen mit unterschiedlichen Spinn- und Aufwickelgeschwindigkeiten hergestellt. Diese Garne werden in Tabelle V.A als Beispiele A bis D bezeichnet.
In einer weiteren Reihe von Experimenten wurde das geheizte Rohr durch Herausnehmen einiger seiner abnehmbaren Abschnitte verkürzt. Die Beispiele E und F in Tabelle V.A wurden durch 7 bzw. 5 Meter lange Säulen gesponnen. Andere Polymere mit unterschiedlichen Molekulargewichten (IVS) wurden ebenfalls mit diesem System gesponnenj was die Beispiele G und H ergab. Beispiel I in Tabelle V.A zeigt einen Fall, bei dem niedrigere Säulentemperaturen verwendet wurden. In diesem Fall wurde ein linearer Gradient von 125ºC bis 50ºC von oben nach unten entlang der Säule hergestellt.
Alle gesponnenen Garne in der Reihe A bis I wurden in einem einstufigen Verfahren verstreckt, wobei eine Zuführrolle von Raumtemperatur und eine Streckrolle von 245ºC verwendet wurden.
In einer weiteren Reihe von Tests wurde dasselbe gesponnene Garn, das in Beispiel A beschrieben wurde, unter Verwendung unterschiedlicher Zuführrollentemperaturen verstreckt. Die Ergebnisse vom Testen dieser Garne sind in Tabelle V.B in den Beispielen A, J und K angegeben. Tabelle V.A Tabelle V.B

Beispiel VI

Im folgenden experimentellen Durchlauf wurde ein herkömmliches Polymer, Nylon, gemäß dem Verfahren der Erfindung gesponnen und mit Nylon verglichen, das nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurde.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Nylon wurde unter den folgenden Bedingungen gesponnen: Durchsatz - 37 pounds pro Stunde (16,8 kg/h); Spinngeschwindigkeit - 2362 fpm (720 mpm); Faserfeinheit - 3500 denier (3850 dtex); Zahl der Filamente - 68; relative Viskosität im gesponnenen Zustand - 3,21 (H&sub2;SO&sub4;) oder 68,4 (HCOOH äquiv.); Luft zum Abschrecken - 72 scfm; Aufwickelspannung - 80 g; Säulenlänge - 24 ft (7,3 m); Säulentemperatur oben 240ºC und unten 48ºC. Die Eigenschaften dieses Garns im Spinnzustand waren wie folgt: Reißlänge - 0,95 gpd (0,86 gpdtex); Dehnung 235%; TE1/2 - 14,6. Danach wurde das Garn unter den folgenden Bedingungen verstreckt: Streckverhältnis - 3,03; Strecktemperatur - 90ºC. Die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge - 6,2 gpd (5,6 gpdtex); Dehnung - 70%; TE1/2 - 52; 10%-Modul - 0,87 gpd (0,79 gpdtex); Heißluftschrumpfung (HLS) bei 400ºF (204ºC) - 1,4%.
Ein Vergleichsnylon wurde in der folgenden herkömmlichen Weise gesponnen: Durchsatz - 23,4 pounds pro Stunde (10,6 kg/h); Spinngeschwindigkeit - 843 fpm (257 mpm); Faserfeinheit - 5556 denier; Zahl der Filamente - 180; relative Viskosität im gesponnenen Zustand - 3,3 (H&sub2;SO&sub4;) oder 72,1 (HCOOH äquiv.); Luft zum Abschrecken - 150 scfm. Danach wurde das Garn unter den folgenden Bedingungenverstreckt: Streckverhältnis - 2,01; Strecktemperatur - 90ºC. Die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge - 3,8 gpd (3,5 gpdtex); Dehnung - 89%; TE1/2 - 33; 10%-Modul - 0155 gpd (0,50 gpdtex)
Ein weiteres Vergleichsgarn wurde in der folgenden herkömmlichen Weise gesponnen: Durchsatz - 57,5 pounds pro Stunde (26 kg/h); Spinngeschwindigkeit - 1048 fpm (319 mpm); Faserfeinheit - 12400 denier (13640 dtex); Zahl der Filamente - 240; relative Viskosität im gesponnenen Zustand - 42 (HCOOH äquiv.); Luft zum Abschrecken - 150 scfm. Danach wurde das Garn unter den folgenden Bedingungen verstreckt: Streckverhältnis - 3,60; Strecktemperatur - 110ºC. Die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge - 3,6 gpd (3,3 gpdtex); Dehnung - 70%; TE1/2 - 30,1; Modul bei 10% Dehnung - 0,8 gpd (0,7 gpdtex); HLS bei 400ºF (204ºC) - 2,0%.

Beispiel VII

In den folgenden experimentellen Durchläufen wird ein Garn im Spinnzustand (unverstreckt) aus herkömmlichem Polyester mit einer niedrigen IV (z.B. 0,63) und einer hohen IV (z.B. 0,92) mit einem Garn im Spinnzustand verglichen, wie es im US-Patent Nr. 4,134,882 dargelegt ist. Bei den Beispielen 1-8 handelt es sich um ein Polyester (PET) mit niedriger IV, und sie werden in der in Beispiel 1 dargelegten Weise hergestellt. Bei den Beispielen 9-11 handelt es sich um ein Polyester (PET) mit hoher IV, und sie werden in der in Beispiel V dargelegten Weise hergestellt. Die Beispiele 12-17 entsprechen den Beispielen 1, 5, 12, 17, 36 und 20 des US-Patents Nr. 4,134,882.
Für jedes Beispiel sind die Spinngeschwindigkeit (fpm), die Dichte (g/cm³), die Kristallgröße (Å, 010), der Langperiodenabstand (LPA), die Doppelbrechung (Dopp.), die Kristalldoppelbrechung und die amorphe Doppelbrechung angegeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII dargelegt. Tabelle VII

Claims

1. Verfahren zum Spinnen eines Polyesterpolymers unter Bildung eines Filaments, wobei die durch dieses Verfahren hergestellten Filamente gekennzeichnet sind durch (1) eine Kristallgröße von weniger als etwa 55 Å sowie entweder (a) eine optische Doppelbrechung von mehr als etwa 0,090 oder (b) eine amorphe Doppelbrechung von mehr als etwa 0,060 oder (c) einen Langperiodenabstand von weniger als etwa 300 Å und (2) einen Kristallgehalt von etwa 10 bis etwa 43%, eine Reißlänge im gesponnenen Zustand von etwa 1,6 bis 4,6 g/dtex (1,7 bis etwa 5,0 Gramm pro denier), einen Modul im gesponnenen Zustand im Bereich von etwa 9 bis 127 g/dtex pro 100% (10 bis etwa 140 Gramm pro denier pro 100%), eine Heißluftschrumpfung von etwa 5 bis etwa 45% und eine Dehnung von etwa 50 bis 160%, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Extrudieren des Polymers durch eine Spinndüse;

Leiten der Filamente aus der Spinndüse durch eine längliche Zone (18);

Halten der Filamente auf einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polymers über einen Abstand von etwa 3 m oder mehr innerhalb der Zone;

Zusammenführen der Filamente; und

Aufnehmen des Filaments mit einer Geschwindigkeit von mehr als 3000 m/min

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin den Schritt umfaßt: Spinnen der Filamente aus der Spinndüse, so daß die Filamente eine Fadenfeinheit im Spinnzustand von 3,3-22 dtex (3-20 denier) pro Filament haben.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin den Schritt umfaßt: Abschrecken der Filamente mit einem heißen Gas, wenn die Filamente die Spinndüse verlassen.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, das weiterhin den Schritt umfaßt: Abschrecken der Filamente mit einem heißen Gas mit einer Temperatur von nicht mehr als 260ºC.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin den Schritt umfaßt: Leiten der Filamente aus der Spinndüse durch die längliche Zone (18), wobei die Zone eine Länge von wenigstens 5 m hat, wobei die Temperaturen in der Zone über die Länge der Zone zwischen einem Maximum von der Polymerspinntemperatur bis zu einem Minimum von Raumtemperatur geregelt werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, das weiterhin den Schritt umfaßt: Leiten der Filamente aus der Spinndüse durch die längliche Zone (18), wobei die Temperaturen in der Zone von etwa 155ºC auf der der Spinndüse zugewandten Seite bis etwa 50ºC auf der der Spinndüse abgewandten Seite geregelt werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, das weiterhin den Schritt umfaßt: Leiten der Filamente aus der Spinndüse durch die längliche Zone (18), wobei die Temperaturen in der Zone von etwa 155ºC auf der der Spinndüse zugewandten Seite bis etwa 50ºC auf der der Spinndüse abgewandten Seite geregelt werden und die Temperatur zwischen dem der Spinndüse zugewandten und dem ihr abgewandten Punkt in einer im allgemeinen linearen Weise abnimmt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin den Schritt umfaßt: Leiten der Filamente aus der Spinndüse durch die längliche Zone (18), die eine Länge im Bereich von etwa 5 bis etwa 9 m hat.

9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das weiterhin den Schritt umfaßt: Aufwickeln der Filamente nach dem Zusammenführen mit einer Geschwindigkeit von 3000 bis 5791 m/min (9800 bis 19 000 feet pro Minute)

10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das weiterhin den Schritt umfaßt: Aufwickeln des Filaments mit einer Geschwindigkeit von mehr als 4267 m/min (14 000 feet pro Minute), nachdem die Filamente von der Spinndüse durch die längliche Zone (18) geleitet wurden, die in vier Teile aufgeteilt wurde, wobei die Temperatur im ersten Teil, der sich an die Spinndüse anschließt, im Bereich von etwa 105ºC bis etwa 110ºC liegt, die Temperatur im zweiten Teil, der sich an die erste Zone anschließt, im Bereich von etwa 110ºC bis etwa 115ºC liegt, die Temperatur im dritten Teil, der sich an die zweite Zone anschließt, im Bereich von etwa 125ºC bis etwa 130ºC liegt und die Temperatur im vierten Teil, der sich an die dritte Zone anschließt, im Bereich von etwa 115ºC bis etwa 120ºC liegt.

11. Verfahren zum Spinnen eines Polyesterpolymers unter Bildung eines Filaments, wobei die durch dieses Verfahren hergestellten Filamente gekennzeichnet sind durch (1) eine Kristallgröße von weniger als etwa 55 Å sowie entweder (a) eine optische Doppelbrechung von mehr als etwa 0,090 oder (b) eine amorphe Doppelbrechung von mehr als etwa 0,060 oder (c) einen Langperiodenabstand von weniger als etwa 300 Å und (2) einen Kristallgehalt von etwa 10 bis etwa 43%, eine Reißlänge im gesponnenen Zustand von etwa 1,6 bis 4,6 g/dtex (1,7 bis etwa 5,0 Gramm pro denier), einen Modul im gesponnenen Zustand im Bereich von etwa 9 bis 127 g/dtex pro 100% (10 bis etwa 140 Gramm pro denier pro 100%), eine Heißluftschrumpfung von etwa 5 bis etwa 45% und eine Dehnung von etwa 50 bis 160%, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Extrudieren des Polymers durch eine filamentbildende Einrichtung (16);

Bereitstellen einer länglichen Zone (18) mit einer Länge von wenigstens 5 m;

Leiten der Filamente aus der filamentbildenden Einrichtung durch die längliche Zone;

Zusammenführen der Filamente; und

Aufnehmen der Filamente mit einer Geschwindigkeit von mehr als 3000 m/min

12. Verfahren zum Spinnen eines Polyesterpolymers unter Bildung eines Filaments, wobei die durch dieses Verfahren hergestellten Filamente gekennzeichnet sind durch (1) eine Kristallgröße von weniger als etwa 55 Å sowie entweder (a) eine optische Doppelbrechung von mehr als etwa 0,090 oder (b) eine amorphe Doppelbrechung von mehr als etwa 0,060 oder (c) einen Langperiodenabstand von weniger als etwa 300 Å und (2) einen Kristallgehalt von etwa 10 bis etwa 43%, eine Reißlänge im gesponnenen Zustand von etwa 1,6 bis 4,6 g/dtex (1,7 bis etwa 5,0 Gramm pro denier), einen Modul im gesponnenen Zustand im Bereich von etwa 9 bis 127 g/dtex pro 100% (10 bis etwa 140 Gramm pro denier pro 100%), eine Heißluftschrumpfung von etwa 5 bis etwa 45% und eine Dehnung von etwa 50 bis 160%, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Extrudieren des Polymers durch eine filamentbildende Einrichtung (16);

Bereitstellen einer länglichen Zone (18) von etwa 3 m oder darüber, deren Längsabmessungen die seitlichen Abmessungen übersteigen und die Einrichtungen zum Regeln der Temperatur innerhalb der Zone in einer im allgemeinen linearen Weise von einem vorbestimmten Maximum zu einem vorbestimmten Minimum aufweist;

Zusammenführen der Filamente; und

Aufnehmen der Filamente mit einer Geschwindigkeit von mehr als 3000 m/min