DE69820121T2

DE69820121T2 - Propylenpolymerfasern und -garne

Info

Publication number: DE69820121T2
Application number: DE69820121T
Authority: DE
Inventors: Howard Bruce BERSTED; Tutt Richard NORRIS; Leonid Slutsker; Jackson Ty STOKES
Original assignee: BP Corp North America Inc
Current assignee: Propex Fabrics Inc
Priority date: 1996-09-16
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2018-08-13
Also published as: WO2000009787A1; CN1304465A; NZ510393A; CA2339853A1; EP1115923B1; AU8828098A; HUP0103410A2; AU762161C; TR200100451T2; PL345968A1; ES2210801T3; EP1115923A1; ATE255179T1; BR9815985A; AU762161B2; DE69820121D1; US5945215A

Description

Diese Erfindung betrifft Fasern und Garne aus Propylenpolymer und diese umfassende, industriell gefertigte Gegenstände.
Fasern und Garne aus Polypropylen werden in textilen und anderen Anwendungen wegen einer wünschenswerten Verbindung von Merkmalen verwendet, zum Beispiel Leichtigkeit der Verarbeitung, Widerstandsfähigkeit, chemische Inertheit, wasserabweisenden und anderen Eigenschaften. Beispiele für textile Anwendungen beinhalten Stoffe für Teppichgrundgewebe und Deckgarne für Teppiche, Möbelbezugsstoffe, Geotextilien (im Erdbau verwendete Textilien), Wandbespannung, Autopolsterstoffe, Windeldeckstoff und Bekleidungsstoffe.
Es besteht ein Bedarf für verbesserte Fasern und Garne aus Polypropylen zum Gebrauch bei Anwendungen, die Biegen, Knittern, Kräuseln, Quetschen und dergleichen mit sich bringen. Beispiele beinhalten Füllfasern, Teppiche, und Stoffe für Möbelbezug, Bekleidung und Autopolsterung. Schlechte Elastizität kann zu beschränkter Erholung von Kräften führen, denen Fasern und Garne beim Gebrauch unterworfen sind, und wiederum zu schlechtem Aussehen und Abnutzungsverhalten. Diese können die Brauchbarkeit für einige Endverwendungen beschränken. Zum Beispiel führt mangelnde Elastizität des Teppichdeckgarns zu einer schlechten Beibehaltung der Dicke und Erholung der Florhöhe nach Anwendung von Druckkräften, wie denjenigen, die sich aus dem Betreten und dem Draufstellen von Möbeln ergeben. Wenn die anderen Umstände gleich sind, erscheint ein Teppich mit weniger elastischem Deckgarn verfilzt und vertrampelt, zeigt Abnutzung und muss öfter und früher als der mit elastischeren Garnen getuftete ersetzt werden.
Diese Probleme wurden erkannt und viele Anläufe zu deren Lösung wurden unternommen. Abgewandelte Polymerzusammensetzungen und Kristallinitäten wurden von Polymerherstellern vorgeschlagen. Verbesserte Spinnverfahren für Fasern und Garnbehandlungen wurden von Garnherstellern untersucht. Teppichhersteller haben abgewandelte Teppichkonstruktionen entwickelt. Trotz dieser Anstrengungen und ihrer Ergebnisse besteht der anhaltende Bedarf nach Fasern und Garnen aus Polypropylen mit verbesserter Elastizität weiter. Trotz einer Kombination von Kosten, Farbechtheit, Verschmutzungsfestigkeit, Moder- und Schimmel-festigkeit und Leichtigkeit der Reinigung, die anderen Teppichdeckgarnen überlegen ist, war der wirtschaftliche Erfolg von Polypropylengarnen in der Teppichindustrie enttäuschend.
In mehr Einzelheiten beinhalten Elemente von Teppichkonstruktionen, die schlechte Elastizität ausgleichen können, Schlingenflorkonstruktionen, niedrige Florhöhen und hohe Tuftdichten. Bei Schlingenflorkonstruktionen werden Tufte des Deckgarns, die die Floroberfläche des Teppichs bilden, unverschnitten gelassen, unter Hinterlassung eines Flors mit in Schlingen angeordneten Tuften. Unter sonst gleichen Umständen halten schlingenartige Tufte besser der Verdichtung Stand und erholen sich besser von dieser als aufgeschnittene Flortufte. Eine niedrige Florhöhe begrenzt die Auswirkung von Kompressionskräften, indem sie niedrigere Tufte zur Kompression bereitstellt. Eine hohe Tuftdichte, das heißt viele Tufte pro Flächeneinheit der Floroberfläche, bewirkt eine enge Beabstandung der Tufte, so dass sie benachbarte Tufte und Fasern dabei unterstützen, der Verdichtung standzuhalten und sich von ihr zu erholen.
Was die Ausgestaltungen der Garne angeht, so sind verzwirnte Garne normalerweise elastischer als unverzwirnte Garne. Höhere Verzwirnung und größere Beibehaltung der Verzwirnung ergeben unter sonst gleichen Umständen höhere Elastizität. Siehe Levinstein, The Complete Carpet Manual, 1992, pp. 44–45. Beibehaltung der Verzwirnung kann mittels Behandlungen zum Bauschen, wie Texturieren mit Fluidstrahlströmen oder Kräuseln verbessert werden. Thermofixieren kann verwendet werden, um Verzwirnung und Bauschigkeit zu fixieren oder fest einzubinden. Zum Beispiel offenbart US 4290378 ein elastisches, „bauschiges, verschlungenes, wärmefixiertes, verflochtenes Garn aus verzwirnten Einzelfäden". Gemischte Garne aus Filamenten größerer und geringerer Elastizität, zum Beispiel Nylon beziehungsweise Polypropylen, wurden vorgeschlagen, um die Elastizität zu erhöhen, wie in US 3295308 angemerkt wurde. Garne, die aus Zweikomponenten-Fasern zusammengesetzt sind, wie denjenigen mit einem von einer Polypropylenverkleidung umgebenen Nylonkern, wurden vorgeschlagen, um die Elastizität von Nylon mit den überlegenen anderen Eigenschaften von Polypropylen zu kombinieren.
Auch über Versuche, die Elastizität von Polypropylenfaser an sich zu verbessern, wurde berichtet. Jedoch sind an der Erhaltung der Teppichdicke und der Erholung der Florhöhe von Druckkräften komplizierte Zusammenspiele zwischen dem Aufbau des Teppichs, den Wechselwirkungen von Faser zu Faser innerhalb von und zwischen Tuften des Garns und Strukturen und Eigenschaften von Faser und Garn beteiligt. Überdies bringen die Knickkräfte, denen die Fasern und Garne von Teppichen während des Gebrauchs unterworfen sind, im Allgemeinen ungleichmäßige Kompression und Verstreckung mit sich. Deshalb korrelieren die Ergebnisse von Garnprüfungen typischerweise nur leicht, wenn überhaupt, mit der tatsächlichen Leistung des Teppichs. Außerdem entwickeln sich viele Eigenschaften von Fasern und Garnen während ihres gesamten Herstellungsablaufs. Als Folge davon können Versuche, die Eigenschaften durch Ändern eines gegebenen Verfahrensschrittes oder Ablaufs zu verbessern, Kompromisse bei anderen Schritten und/oder Eigenschaften erforderlich machen. Deshalb ist es oft schwierig, Verbesserungen bei den Eigenschaften oder der Herstellung der Fasern in verbesserte Teppichleistung umzusetzen, und der breite Bereich der Wechselbeziehungen zwischen der Herstellung von Fasern und Garnen, ihren Ausgestaltungen und Eigenschaften und der Teppichleistung macht die Erreichung von verbesserter Teppichleistung durch Abwandlungen von Faser und Garn ungenau und unvorhersagbar.
Zum Beispiel erkannte US 3152380 die mangelhafte Elastizität von Polypropylenfasern an und schlägt ein Verfahren des Verstreckens und Thermofixierens der Fasern in zwei Schritten als eine Lösung vor. Im Gegensatz zu Verbesserungen, über die in den Beispielen zur Garnprüfung des Patentes berichtet wird, zeigt dessen Teppichprüfung jedoch nicht nur weit weniger Verbesserung, sondern auch einen beschleunigten Verlust der Beibehaltung der Florhöhe bei höheren Graden von Trittbelastung. Die behandelten Garne des Patents leiden auch unter übermäßigen Schrumpfungen. Sogar die besten der behandelten Polypropylen-Garne hatten eine Erholung nach Kompression von nur etwa zwei Dritteln von derjenigen von unbehandeltem Nylongarn.
D. R. Buchanan, „Elastic Deformation And Fiber Structure in Polypropylene", Datum und Quelle unbekannt, vergleicht wie gesponnene, heißgestreckte und getemperte Polypropylenfasern bezüglich molekularer Orientierung, Kristallstruktur und Erholung nach Zug, und US 3256258 versucht die Kristallstruktur von Polypropylenfasern mit der Erholung von Zugkräften zu korrelieren. Jedoch berichtet keine der Druckschriften über Auswirkungen auf die Leistung von Teppichen. Jedenfalls legt verbesserte Erholung nach Zug nicht verbesserte Elastizität nahe, weil Prüfung der Erholung nach Zug die Erholung vom Verstrecken oder Ausdehnen misst, während an der Elastizität die Erholung vom Knicken und Zusammendrücken beteiligt sind. In dieser Hinsicht steht die seit langem erkannte Überlegenheit von Teppichdeckgarnen aus Nylon über Teppichdeckgarne aus Polypropylen bezüglich Elastizität in scharfem Gegensatz zu veröffentlichten Arbeiten, die zeigen, dass Polypropylengarne bei vergleichender Prüfung der Erholung nach Zug besser als Nylongarne abschneiden. Siehe J. C. Guthrie, „The Bending Recovery Of Various Single Fibres", Veröffentlichung des Textilinstitutes, vorgelegt bei der Konferenz der Physikgruppe des Textilinstitutes, April 1970, S. 615–627. Guthrie berichtet auch über eine schlechte Korrelation zwischen den Erholungen nach Zug und Verbiegen sowohl bei Nylon- wie auch bei Polypropylengarnen, ebenso wie B. M. Chapman, „Bending Stress Relaxation and Recovery of Wool, Nylon 66 and Terylene Fibers", J. Appl. Sci., Vol. 17, pp 1673–1713, 1975.
Guthrie berichtet auch über Knickerholungen von Polypropylenfasern in den Zuständen ohne Behandlung („wie erhalten"); durch Entfernung der Kräuselung mittels Erwärmen unter Zug geradegelegt; und geradegelegt und dann durch Eintauchen in Wasser mit 95°C relaxiert. Über Erholungen nach wiederholtem Knicken wird ebenfalls berichtet. Guthries geradegelegten Fasern zeigten routinemäßig eine bessere Erholung als die gekräuselten, „wie erhaltenen". Im Gegensatz dazu sind US 3686848 und sein Gegenstück, die britische Patentschrift 1384121 darauf gerichtet, absichtlich eine besondere Kräuselung zu verleihen und dauernd zu fixieren, um Polypropylengarne von verbesserter Elastizität zu erhalten. Die Beispiele 3 und 4 legen Ergebnisse von tatsächlicher und simulierter Trittfestigkeitsprüfung von mit solchen Garnen getufteten Teppichen vor. Obwohl behauptet wird, die Teppichprüfung in Beispiel 4 zeige die Wichtigkeit der richtigen Kombination von Reißfestigkeit, Streckverhältnis, Kräuselbeharrungsvermögen und Thermofixierung, verhielt sich eine mit nicht thermofixierten Polypropylengarnen geringen Kräuselbeharrungsvermögens getuftete Vergleichsprobe beinahe genau so gut.
Über Polypropylenfasern mit verbesserter Elastizität, ausgedrückt als Ausmaß der Erholung von Garnpfropfen vom Zusammendrücken (Plug Crush Recovey) wird in US 3680334 , dem kanadischen Patent 957837 und der europäischen Patentanmeldung 0330212 berichtet. In den Patenten werden Verbesserungen der Elastizität der Umordnung der Kristallstruktur der Fasern durch 0,01–2 Sekunden lange Behandlung der Fasern mit gesättigtem Dampf unter Zug bei 10–35°C unter der Schmelztemperatur des Polymers zugeschrieben. In einer dramatischen Veranschaulichung der Schwierigkeit, Garneigenschaften in Teppichleistung umzusetzen, zeigt Tabelle I des kanadischen Patents behandelte Garne mit 2–3 mal höherer Erholung der Pfropfenhöhe als das unbehandelte Garn, aber Teppichprüfung zeigt vernachlässigbare Unterschiede. Die europäische Anmeldung schlägt elastische Polypropylenfasern für Teppiche und Möbelbezug vor, die durch Verspinnen und Verstrecken von Polypropylenfasern unter Bedingungen hergestellt sind, die genügend Kristallinität herbeiführen, um Wärmebehandlung auszuhalten. Verbesserungen werden der dauerhaften Fixierung der Kräuselung bei den Fasern zugeschrieben. Gemäß dieser Anmeldung hergestellte Stapelfaser hat einigen Erfolg erlangt; jedoch werden ihre Garne nicht in Teppichen für den Büro- oder Wohnbereich verwendet, noch sind ihre Endlosfilamentgarne auf kommerzielle Aufnahmebereitschaft gestoßen.
Verbesserte Elastizität war auch ein Aspekt eines jetzt eingestellten Zertifizierungsprogramms für Genesis^TM-Teppiche der Amoco Fabrics Company, das darauf abzielte, für Polypropylen-Deckgarn für Wohnbereichsteppiche höchster Qualität zu werben. Genesis^TM-Teppichgarne wurden hergestellt, indem Polypropylenharz schmelzgesponnen wurde, die Filamente zu Garnen gerafft, die Garne gestreckt wurden (Streckverhältnis = 3,5 : 1), die Garne texturiert und verzwirnt wurden (1,8 Verdrillungen/cm), einige Sekunden lang gerade noch unter 100°C gedämpft und dann ½ Minute lang bei etwa 130–135°C thermofixiert wurden. Die Elastizität der Garne gemäß der Plug Crush Recovery-Prüfung beträgt etwa 75%, deutlich unter den 85–90% von Nylon.
Trotz des Vorhandenseins dieser Vorschläge bleibt die Elastizität von Fasern und Garnen aus Polypropylen unzulänglich, und ihre Verwendung als Teppichdeckgarne bleibt begrenzt. Trotz der anhaltenden Forschung für verbesserte Elastizität, den vielen Lösungsversuchen der Polymer-, Faser- und Garn- und der Teppichindustrie während vieler Jahre und der Überlegenheit des Garns aus Propylenpolymer in so vielen anderen Hinsichten verbleiben die Garne als Teppichdeckgarn gegenüber Nylon mit einigem Abstand an zweiter Stelle, insbesondere für Teppiche im Wohnbereich, und das Bedürfnis nach verbesserter Elastizität hat weiter fortbestanden.
Die vorliegende Erfindung stellt verbesserte Fasern und Garne aus Propylenpolymer und diese umfassende Textilprodukte bereit. Ein Aspekt der Erfindung stellt eine Faser bereit, umfassend Propylenpolymer und gekennzeichnet durch eine solche Kleinwinkel-Röntgenbeugung, dass ein Durchschnitt von
bei einer solchen Positionierung der Faser, dass deren Längsachse mit Winkeln, α, von 10° und 20° von einer Senkrechten zum Röntgenstrahl geneigt ist, mindestens etwa 240 Å beträgt, wobei I_m(0) die maximale Intensität der Kleinwinkel-Röntgenstrahl-Meridianreflexion bei einer solchen Positionierung der Faser, dass deren Längsachse senkrecht zum Röntgenstrahl steht, ist; Im(α) die maximale Intensität der Kleinwinkel-Röntgenstrahl-Meridianreflexion bei einer solchen Positionierung der Faser, dass deren Längsachse mit dem Winkel α von der Senkrechten zum Röntgenstrahl geneigt ist, ist;
ϕ_m eine Winkelposition in Radiant des Zentrums der Kleinwinkel-Röntgenstrahl-Meridianreflexion in halber Höhe relativ zum Zentrum des einfallenden Röntgenstrahls bei einer solchen Positionierung der Faser, dass deren Längsachse senkrecht zum Röntgenstrahl steht, ist; und wobei die Kleinwinkel-Röntgenbeugung mit CuKα-Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,5418 Å durchgeführt wird und der Röntgenstrahl auf eine Winkelweite bei halber Höhe von 1,81 Winkelminuten Spalt-kollimiert ist.
In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung derartige Fasern umfassende Garne bereit. Noch andere Aspekte der Erfindung stellen verbesserte Textilprodukte, und insbesondere Teppiche, gewebte, gewirkte Stoffe und Vliesstoffe und textile Verbundmaterialien, die derartige Fasern oder Garne umfassen, bereit.
Wie hierin verwendet, beziehen sich die Ausdrücke „Faser" und „Filament" auf eine einzige filamentäre Struktur ohne Rücksicht auf deren Länge. Der Ausdruck „Garn" bezieht sich auf eine einheitliche Struktur, die aus zwei oder mehr Fasern zusammengesetzt ist, die auf eine solche Weise miteinander verbunden sind, dass sie für Zwecke der weiteren Handhabung oder Verarbeitung, wie das Aufwickeln auf Spulen oder Spindeln, das Weben, Tuften oder Wirken eine einzige Einheit bilden. Der Ausdruck „Endlosfilament" wird in der in dem Fachgebiet der synthetischen Fasern allgemein anerkannten Weise verwendet, um sich auf eine Faser von erheblicher oder unbestimmter Länge zu beziehen. Der Ausdruck „PCF-Garn" (Endlos-Bauschgarn, texturiertes Filamentgarn) wird in seinem in dem Fachgebiet der synthetischen Fasern allgemein anerkannten Sinnzusammenhang verwendet, um sich auf generische Weise auf gebauschte Garne aus Endlosfilament zu beziehen; derartige Garne sind Multifilamentgarne, und das Bauschverfahren kann von irgendeiner Art sein. Der Ausdruck „Textilerzeugnis" bezieht sich in allgemeiner Weise auf Fasern, Garne, Stoffe, seien sie gewoben, nicht gewoben, gewirkt oder auf andere Weise hergestellt, Mulle und dergleichen, sowie auf textile Verbundmaterialien, die Kombinationen solcher Erzeugnisse miteinander oder mit anderen Komponenten enthalten. Der Ausdruck „Plug Crush Recovery", manchmals abgekürzt „PCR", bezieht sich auf den Prozentsatz der Anfangshöhe, die von einem Garnpfropfen nach Zusammendrücken und Erholung wieder erlangt wird, gemäß den hierin beschriebenen Verfahrensabläufen. In der folgenden Beschreibung werden, wenn nicht anders angegeben, Schmelzflussgeschwindigkeiten von Propylenpolymer gemäß ASTM D1238 Condition B bestimmt und Bauschungsgrade von Garnen werden bestimmt, indem die Länge eines Garns in einem vollständig gebauschten Zustand und ebenso nach Dehnung zu einem vollständig ungebauschten Zustand gemäß dem hierin beschriebenen Verfahrensablauf gemessen wird, und der Unterschied der Längen als ein Prozentsatz der völlig gebauschten Länge ausgedrückt wird. Ebenso werden für Zwecke hiervon die maximalen Intensitäten der Meridianreflexionen I_m(α) und I_m(0), erhalten durch Kleinwinkel-Röntgenbeugung, nach Abtrennung der diffusen Streuung und mittels Anwendung des Lorentz-Faktors korrigiert bestimmt, beides wie nachstehend in Einzelheiten beschrieben.
Verschiedene Aspekte der Erfindung werden mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, deren Abbildungen wie folgt sind:
1, eine Ansicht im Querschnitt in der Längsrichtung einer orientierten kristallinen Polymerfaser mit einer schematischen Darstellung ihrer kristallinen Mikrostruktur.
2, eine Ansicht im Querschnitt in der Querrichtung der Faser von 1, die wiederum eine schematisierte Darstellung der kristallinen Mikrostruktur zeigt;
3, eine Auftragung der PCR-Werte von Garnproben gegen die gemäß Formel (1) berechneten Werte von Messungen der Kleinwinkel-Röntgenbeugung von Proben der Garne; und
4 eine Auftragung von Werten der Erholung der Teppichdicke (Carpet Thickness Recovery) gegen PCR-Werte von Proben der Garne, mit denen die Teppiche getuftet wurden.
Die Erfindung stellt Fasern bereit, die Propylenpolymer umfassen, das durch eine einzigartige kristalline Mikrostruktur, wie in dem hierin verwendeten Verfahren der Kleinwinkel-Röntgenbeugung bestimmt, gekennzeichnet ist. Die Erfindung stellt auch Garne bereit, die derartige Propylenpolymerfasern enthalten, und in einer anderen Ausführungsform BCF-Garne (texturierte Filamentgarne), die Propylenpolymerfasern enthalten und durch verbesserte Elastizität gekennzeichnet sind. Solche BCF-Garne sind besonders nützlich als Teppichdeckgarne, für Teppiche sowohl im Büro- wie im Wohnbereich. In der Tat haben in kontrollierten Teppichbegehprüfungen mit derartigen Garnen getuftete Teppiche bedeutend weniger Zertrampelung und Verfilzung gezeigt als Teppiche, die mit herkömmlichen Propylenpolymergarnen getuftet sind, und nur etwas weniger Verschleiß als die mit Nylongarnen getufteten.
Während die Erfindung weitgehend mit Bezug auf Teppiche und Teppichdeckgarne beschrieben wurde, versteht es sich, dass weder die Erfindung noch ihre Nützlichkeit derart beschränkt ist. Die erfundenen Fasern und Garne sind in einem weiten Bereich von Textilerzeugnissen verwendbar, und besonders denen, bei denen Bedarf nach einer größeren Erholung vom Zusammendrücken, Knicken, Knittern, Verkrumpeln und dergleichen besteht. Beispiele von anderen Textilerzeugnissen, bei denen die erfundenen Fasern und Garne nützlich sind, beinhalten Faserfüllstoff, wie für Polsterkissen, Kopfkissen, ausgestopfte Spielzeuge, Schlafsäcke, gesteppte Bettüberwürfe, Steppdecken und dergleichen; hochlockere Vliesstoffe, wie Wattierungen aus Nadelfilz, Stoffe zur Isolation und Filtration; Bekleidungsgarne und gewobene und gewirkte Bekleidungsstoffe, wie für Socken, Thermounterwäsche und -Oberwäsche; Automobilstoffe, wie Garne für Automobilteppiche, Kofferraumauskleidungen und Stehbleche; Polsterstoffe, wie Samte und Velours; geotextile Stoffe; Garne und Stoffe für die Industrie; und technische und Spezialitätenstoffe.
Während die Erfindung nicht auf oder durch die Theorie beschränkt ist, wird die folgende Diskussion geboten, insoweit sie zu einem Verständnis der Erfindung beitragen kann. Ein morphologisches Modell für elastische Fasern, einschließlich Propylenpolymerfasern, ist derzeit nicht bekannt; jedoch wurden Modelle für orientierte Fasern aus kristallinen Polymeren mit flexibler Kette vorangetrieben. A. Peterlin, J. Material Sci. 6, 490 (1971) legt ein Modell für mittels Kaltverstrecken orientierte Fasern aus Polyethylen und Polypropylen vor, das eine Mikrostruktur der Faser vorschlägt, die aus allgemein in der Richtung der Faserachse ausgerichteten Mikrofibrillen zusammengesetzt ist, die aus kristallinen und weniger kristallinen, oder amorphen, Gebieten gebildet werden, die sich in regelmäßiger Weise entlang der Faserachse abwechseln, wobei nebeneinanderliegende Mikrofibrillen axial durch Gebiete aus amorphem Polymer und sogenannten Bindemolekülen getrennt sind, die kristalline Gebiete verschiedener Mikrofasern verbinden. Das Modell wird in A. Peterlin, Copolymers, Polymers and Composites, N.A.J., S. 1–13 (1975) weiter diskutiert. 1 und 2 stellen Querschnitte in Längs- und Querrichtung einer Faser bildlich dar, die eine schematische Mikrostruktur beruhend auf einer Interpretation von Modellen orientierter Fasern aufweist. Wie in 1 gezeigt, hat die Faser 1 im Wesentlichen parallel zur Faserachse A angeordnete Mikrofibrillen 2. Die Mikrofibrillen schließen kristalline Bereiche 3 und amorphe interkristalline Bereiche 4 ein. Ebenfalls gezeigt sind amorphe Bereiche 5 zwischen den Fibrillen. Die Mikrofibrillen 2 sieht man auch in 2, wobei die amorphen Bereiche 5 zwischen den Fibrillen ebenfalls gezeigt werden. Mit Bezug wieder auf 1, bilden der kristalline Bereich 3' und der mit 4' bezeichnete amorphe interkristalline Bereich eine lange Periode.
Im Sinnzusammenhang der vorhergehenden Diskussion und der 1 und 2 erlaubt Röntgenbeugung die Messung von Elementen der Struktur der Mikrofibrillen, oder von Parametern, aus denen scheinbare Abmessungen berechnet oder abgeschätzt werden können. Aus der vorstehenden Formel (1), die aus M. A. Gezalov et al., J. Polymer Sci., USSR, A12, 2027 (1970) (übersetzt aus Vysokomol. Soyed. A12, 1787 (1970)) abgeleitet ist, können aus mittels Kleinwinkel-Röntgenbeugung gemessenen Parametern durchschnittliche Durchmesser der Mikrofibrillen berechnet werden. Demgemäss kann man, wieder im Sinnzusammenhang der vorhergehenden Diskussion, annehmen, dass die vorstehende Formel (1) für die erfindungsgemäßen Propylenpolymerfasern einen berechneten Wert für durchschnittliche Durchmesser der Mikrofibrillen von mindestens etwa 240 Å begründet. Der Einfachheit halber wird auf gemäß der Formel (1) berechnete Werte manchmals als „scheinbare durchschnittliche Mikrofibrillendurchmesser", oder abgekürzt als „AMD" (Apparent Microfibril Diameter) Bezug genommen. Im Gegensatz zu den erfundenen Fasern haben bekannte, als Teppichgarn verwendete Propylenpolymerfasern im allgemeinen beträchtlich niedrigere AMD's, auf der Grundlage von Analysen, die die hierin verwendeten Kleinwinkel-Röntgenbeugungsverfahren verwenden.
Während die vorhergehende Diskussion eine Interpretation von Fasermodellen verwendet, um Befunde, welche die Erfindung betreffen, ins richtige Licht zu stellen, ist die Erfindung nicht auf die Theorie oder durch die Theorie beschränkt, sei es in der Form irgendeines besonderen Modells, auf dem die vorhergehende Erklärung beruht, oder von dessen Interpretation, oder auf andere Art.
Aus 3 kann man sehen, dass gemäß Formel (1) berechnete Werte von mindestens etwa 240 Å, welche die erfundenen Fasern kennzeichnen, PCR-Werten der Garne von mindestens etwa 85% entsprechen. Derartige PCR-Werte übertreffen diejenigen bekannter Propylenpolymergarne und nähern sich denjenigen von Nylongarnen oder kommen ihnen gleich. Kommerzielle Teppichdeckgarne aus Propylenpolymer weisen PCR-Werte unter 80%, typischerweise etwa 60–75% auf. Im Gegensatz dazu übertreffen die PCR-Werte der erfundenen Garne die bekannten Propylenpolymergarne, und nähern sich denjenigen von Nylongarnen (PCR = 85– 95%) oder kommen ihnen sogar gleich.
Die PCR-Prüfung wird in Verbindung mit den nachstehend erscheinenden Beispielen beschrieben und ist bis auf etwa 5% genau. Während Druckprüfung von Garnen nur schwach mit der Beibehaltung der Dicke oder mit der Erholung der Florhöhe von Teppichen korreliert, war die PCR-Prüfung dazu verwendbar, die Leistung von BCF-Garnen für Teppiche vorherzusagen. In der Tat korreliert die Prüfung für Teppiche, die mit BCF-Garnen aus Propylenpolymer getuftet sind, besser mit der Teppich-Begehprüfung als traditionelle beschleunigte Abnutzungsprüfungen, wie die Simfloor- und Tetrapod-Prüfungen.
4 ist eine Auftragung von Beibehaltungen der Dicke von Teppichen, die mit BCF-Garnen aus Propylenpolymer getuftet sind, gegen die PCR-Werte der Garne. Die Beibehaltungen der Teppichdicken (Carpet Thickness Retention) wurden für Teppiche mit verschnittenem Flor erhalten, die mit zweifach gezwirntem, gebauschtem (texturiertem) Endlosmultifilamentgarn mit 1450 Denier, 144 Filamenten aus Propylenpolymer mit etwa 1,8 Verdrillung/cm getuftet waren. Die anfängliche Florhöhe war 1,27 cm und die Dickebeibehaltung, ausgedrückt in Prozent der anfänglichen gesamten Teppichdicke, wurde bestimmt, indem Teppichproben mit einer Kraft von 2500 psi 2½ Minuten lang flachgedrückt wurden, und die Probendicke nach 24 Stunden langer Erholung gemessen wurde. Wie man aus 4 sieht, entsprechen PCR-Werte von mindestens 85% im allgemeinen Beibehaltungen der Teppichdicke (Carpet Thickness Retention) von mindestens etwa 85% für die Teppiche, die geprüft wurden. Zusätzlich zu verbesserter Dickebeibehaltung bei Teppichen zeigen erfindungsgemäße Garne eine verbesserte Leistung bei Teppichbegehprüfungen. Bei kontrollierten Prüfungen, die durchgeführt wurden, indem Teppiche wiederholten Fußbegehungen unterworfen wurden und die Teppiche mittels visueller Beobachtung auf einer Skala von 1 (am schlechtesten) bis 5 (am besten) in unterschiedlichen Hinsichten bewertet wurden, wurden die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse erhalten. Wenn nicht anders angezeigt, waren die Teppiche mit BCF-Garnen getuftet.
TABELLE I A. Begehprüfungen: Teppich mit 0,88 g/cm², 1,27 cm Florhöhe, 100000 Begehungen
B. Begehprüfungen: Teppich mit 0,66 g/cm², 0,6 cm Florhöhe, 50000 Begehungen
Die Ergebnisse für den aus Nylonstapel getufteten Teppich in Tabelle IA sind repräsentativ für die durchgeführten Prüfungen; auch die besseren Ergebnisse für den aus Nylonstapel getufteten Teppich in Tabelle IB sind ebenfalls konsistent mit allgemeinen Ergebnissen bei Begehprüfungen, dass derartige aus Nylon getuftete Teppiche bis zu einem gewissen Punkt eine gute Leistung aufweisen, dann aber von 50000 bis 100000 Begehungen dramatisch abfallen. Aus den anderen Ergebnissen in den Tabellen 1A und B kann man jedoch sehen, dass mit den erfundenen Garnen getuftete Teppiche im Vergleich zu herkömmlichen Teppichgarnen aus Propylenpolymer hinsichtlich des Gesamteindrucks, der Spitzenabgegrenztheit und der Beibehaltung der Verzwirnung eine verbesserte Teppichleistung zeigen. Man kann auch sehen, dass die erfundenen Garne bei der Teppichleistung den Nylongarnen vergleichbar waren oder sich ihnen näherten. Ähnliche Ergebnisse ersieht man auch aus der nachstehenden Tabelle II, in der Ergebnisse nach 50000 Begehungen für 0,55 bis 0,71 g/cm² wiegende Teppiche mit 0,6 cm Florhöhe gezeigt werden.
TABELLE II Ergebnisse der vergleichenden Teppich-Begehprüfung
Es ist aus 4 und den Tabellen I und II leicht zu ersehen, dass die Leistung der mit den erfundenen Garnen getufteten Teppiche den herkömmlichen Propylenpolymergarnen überlegen ist und im Vergleich mit den Nylongarnen gut abschneidet.
Wie vorstehend beschrieben, umfassen die erfundenen Fasern kristallines Propylenpolymer und werden mittels Kleinwinkel-Röntgenbeugung gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren charakterisiert, wobei die Fasern mit Winkeln von 0°, 10° und 20° zwischen ihren Längsachsen und einer Senkrechten zum Röntgenstrahl positioniert sind, so dass der nach der vorstehenden Formel (1) berechnete Mittelwert mindestens etwa 240 Å ist.
Das Propylenpolymer der erfundenen Fasern ist eine harzartiges, kristallines Polymer, das wiederkehrende, polymerisierte Propyleneinheiten umfasst. Die Kristallinität des Propylenpolymers, wie es in den Fasern vorliegt, beträgt vorzugsweise mindestens etwa 30%, wie mittels Weitwinkel-Röntgenbeugung bestimmt wird. Noch bevorzugter beträgt die Kristallinität etwa 35–55% und insbesondere etwa 40–50%.
Polypropylen-Homopolymer ist ein bevorzugtes Propylenpolymer, obwohl Copolymere ebenso wie Mischungen von Propylen-Homopolymer und/oder -Copolymer mit anderen Polymeren ebenso in Erwägung gezogen werden. Der Ausdruck „Copolymer" wird in einem weiten Sinn verwendet, um Interpolymere mit zwei oder mehr Typen von Grundeinheiten zu bezeichnen. Beispiele von Copolymeren, aus denen die erfundenen Fasern bestehen können, beinhalten von Propylen dominierte Copolymere mit einem oder mehreren von Ethylen und höheren Olefinen wie Buten-1, Butadien, 4-Methyl-penten-1, Hexen-1, Octen-1 und t-Butylstyrol. Beispiele von geeigneten Polymeren und Copolymeren für Mischungen beinhalten Polyethylene mit hoher, niedriger und linear-niedriger Dichte, Ethylen-Propylen-Copolymere, Poly-tert-Butylstyrol, Polyvinylmethylether, Polyamide wie Nylon 6, Nylon 66 und Polyphthalamide, und Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polyethylennaphthalat. Kompatibilisierungsmittel können die Verträglichkeit zwischen polaren Harzen, wie Polyamiden und Polyestern, mit dem Propylenpolymer erhöhen; Beispiele beinhalten Maleinsäureeinheiten enthaltende Polypropylene und andere, funktionelle Gruppen enthaltende Polymere und polymerisierte Olefineinheiten enthaltende Copolymere. Die Mengen der in dem Propylenpolymer vorhandenen copolymerisierten Monomereinheiten oder von anderen, in Mischungen mit dem Propylenpolymer vorhandenen Polymeren, werden sich je nach der Auswahl des Comonomers bzw. der Comonomere oder des anderen Polymers bzw. der anderen Polymere und der Wirkung, die mittels derselben verliehen werden soll, unterscheiden.
Die erfundenen Fasern können auch verschiedene Additive und Modifikatoren umfassen. Eine breite Mannigfaltigkeit ist in dem Fachgebiet gut bekannt; Beispiele beinhalten Pigmente, Ausrüstungsmittel und andere Verarbeitungshilfen, Flammschutzmittel, Wärme- und Lichtstabilisatoren, antimikrobielle Mittel, elektrisch leitfähige Materialien, Antistatika und schmutzabweisende Mittel. Derartige Additive und Modifikatoren können in die Propylenpolymer-Zusammensetzung eingebracht werden, aus der die erfundenen Fasern hergestellt werden, oder sie können nach deren Herstellung auf die Fasern aufgebracht werden oder nach der Umwandlung der Fasern oder Garne zu Textil- oder anderen Erzeugnissen. Die Mengen derartiger Additive und Modifikatoren unterscheiden sich je nach dem Material und dem Zweck, zu dem sie verwendet werden. Die typischerweise für praktische Anwendungen herkömmlicher Propylenpolymerfasern verwendeten Additive beeinflussen das Erreichen der Mikrostruktur und Elastizität der erfundenen Fasern und Garne nicht störend; für Fachleute der betreffenden Gebiete ist es selbstverständlich, dass die wirkungsvolle Verwendung spezieller Additive für spezielle Zwecke ohne ungebührlichen experimentellen Aufwand herausgefunden werden kann.
Die einzigartige kristalline Morphologie der erfundenen Fasern wird durch die Beziehung in der vorstehenden Formel (1) definiert. Die Ableitung der Formel wird in dem vorstehenden Zitat von M. A. Gezalov et al. diskutiert. Zufolge Gezalov et al. können Änderungen der Intensität der Kleinwinkel-Röntgenreflexionen von mit unterschiedlichen Neigungswinkeln in Bezug auf den Röntgenstrahl positionierten Faserproben dazu benutzt werden, durchschnittliche Abmessungen in Querrichtung von kristallinen Bereichen von Mikrofibrillen gemäß Formel (1) zu bestimmen, oder in der vorher benutzten Terminologie, scheinbare durchschnittliche Mikrofibrillendurchmesser", oder AMD's (Apparent Microfibril Diameters).
Bei der Durchführung der zur Bestimmung der AMD's gemäß der Erfindung verwendeten Röntgenbeugung ist es wichtig, dass der Röntgenstrahl schmal ist, um die Kleinwinkel-Röntgenbeugung bei Winkeln von 2θ zu messen, ausgehend von mindestens etwa 4–5 Winkelminuten vom Zentrum des Strahls. Demgemäß wird ein relativ schmales Kathodenfilament verwendet und der Röntgenstrahl wird Spalt kollimiert, so dass die Winkelbreite des einfallenden Strahls, gemessen in halber Höhe seiner maximalen Intensität, 1,81 Winkelminuten beträgt. Es ist auch wünschenswert, die Hintergrundstreuung von den Kanten des Kollimationsspaltes möglichst gering zu machen. Dies kann erreicht werden, indem ein sogenanntes Messer oder einstellbarer Spalt, positioniert zwischen dem Kollimationsspalt und der zu analysierenden Probe, verwendet wird. Geeigneterweise wird zur Erzeugung des Röntgenstrahls eine Kupferanode verwendet. Es wird CuKα-Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,5418 Å verwendet. Wird eine Anode verwendet, die Strahlung von anderer Wellenlänge erzeugt, wird der Ausdruck 1,5418 Å in Formel (2) durch die Wellenlänge der Röntgenstrahlung in Å ersetzt. Einzelheiten des erfindungsgemäß verwendeten Kleinwinkel-Röntgenbeugungsverfahrens werden in Verbindung mit den nachstehenden Beispielen beschrieben.
In Formel (1) beziehen sich I_m(0) und I_m(α) auf die maximale Intensität von Kleinwinkel-Röntgenstrahl-Meridianreflexionen, nach Abtrennung von Reflexionen aus diffuser Streuung und Anwendung der Lorentz-Korrektur, bei Positionierung der Faser so, dass deren Längsachse mit Winkeln von 0° beziehungsweise α zu einer Senkrechten zum Röntgenstrahl geneigt ist. Kleinwinkel-Röntgenbeugungsmuster bestehen gewöhnlich aus zwei Teilen. Der erste ist ein Peak, der von der mehr oder weniger regelmäßigen periodischen Verteilung der Elektronendichte, zum Beispiel langen Perioden, erzeugt wird. Der zweite ist die sogenannte diffuse Streuung, die Streuung durch die Luft, durch den Kollimatorspalt des Beugungssystems und aus der Probe, zum Beispiel zufällig über die ganze Probe hinweg angeordneten submikroskopischen Sprüngen, beinhalten kann. In den Röntgenbeugungsmustern erscheint die diffuse Streuung als eine glatte Kurve mit einer Intensität, die mit zunehmendem Beugungswinkel abnimmt. Um die maximale Intensität des Peaks zu bestimmen, wird die diffuse Streuung abgetrennt oder virtuell rückgängig gemacht, so dass die die Peakhöhe ohne den Beitrag durch diffuse Streuung bestimmt wird. Die Abtrennung der diffusen Streuung wird durch Interpolation der glatten Kurve aus der diffusen Streuung durch die Fläche unter dem Peak hindurch erreicht. Die maximale Intensität des Peaks wird aus der Höhe des Peaks über dieser interpolierten Linie der diffusen Streuung bestimmt. Die Interpolation kann ein gewisses Ausmaß an Unsicherheit bei der Bestimmung der maximalen Intensität mit sich bringen; wenn jedoch die Intensität der diffusen Streuung im Verhältnis zur Intensität des Peaks bei den Winkeln der maximalen Intensität des Peaks klein ist, wie bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, ist die Unsicherheit gering.
Die maximalen Intensitäten von Meridianreflexionen werden durch Anwenden des Lorentz-Faktors zur Berücksichtigung der Divergenz des einfallenden Röntgenstrahls korrigiert. Der Lorentz-Faktor ist auf dem Fachgebiet der Röntgenstrahl-Kristallographie bekannt und in Einzelheiten beschrieben in L. E. Alexander, X-Ray Diffraction Methods in Polymer Science, Robert E. Krieger Publishing Company, Malabar, FL, S. 40–41, und H. P. Klug und L. E. Alexander, X-Ray Diffraction Procedures, John Wiley & Sons, New York, NY (1974) S. 143, die hierhinein als Druckschriften eingebracht werden. Der Faktor ist gleich dem Kehrwert des Produktes aus dem Sinus des doppelten Beugungswinkels, θ, und dem Sinus des Beugungswinkels, das heißt 1/(sin2θsinθ). Der Faktor wird durch Multiplikation mit der unkorrigierten maximalen Intensität der Meridianreflexionen angebracht, die mittels Kleinwinkel-Röntgenbeugung der Fasern bei den für die Berechnung der Formel (1) verwendeten Winkeln (0° und α) erhalten wurde.
Für diese Erfindung wurden Winkel α von 10° und 20° zur Berechnung von AMD verwendet, der Einfachheit halber und weil sie ausreichende Änderungen bei den Intensitätsmaxima (I_m(α)) für die Berechnung gemäß Formel (1) ergeben.
Der Ausdruck L in Formel (1) stellt die lange Periode, in Ä, der Faser dar. Wie in Gezalov et al. erklärt wird, wird er bestimmt, indem die Wellenlänge der Röntgenstrahlung – 1,5418 Å für CuKα-Strahlung – durch den Winkel in Radiant des Zentrums der Kleinwinkel-Röntgenstrahl-Reflexion relativ zum Zentrum des einfallenden Röntgenstrahls, bei einer Positionierung der Faser mit der Längsachse senkrecht zum einfallenden Strahl, dividiert wird. Für Zwecke hiervon bezieht sich das Zentrum der Kleinwinkel-Röntgenstrahl-Reflexion auf den Mittelpunkt der vollen Breite der Reflexion, in deren halben Höhe. Es wurden lange Perioden von etwa 190– 240 Å beobachtet.
Während andere Verfahren zum Abschätzen von Abmessungen von Mikrofibrillen in Querrichtung existieren, wird berichtet, dass Ergebnisse gemäß Gezalov et al. einigermaßen mit Ergebnissen gemäß derartiger anderer Verfahren übereinstimmen; über Zustimmung durch andere wird in I. P. Dobrovol'skaya et al., Vysokomol. soyed., A23: No. 6, 1261–1267 (1981); L. I. Slutsker et al., J. Pol. Sci.: Polymer Symposium, 58 339–358 (1977); Prevorsek et al., J. Matl. Sci. 12, 2310– 2328 (1977); I. P. Dobrovol'skaya, Vysokomol. soyed. A17: No. 7, 1555–1559 (1975); Prevorsek (1973) supra berichtet.
Für die erfundenen Fasern ergeben Kleinwinkel-Röntgenbeugungsmessungen mittels des hierin verwendeten Verfahrens gemäß Formel (1) berechnete Werte von mindestens etwa 240 Å. Derartige Werte korrelieren mit der verbesserten Elastizität der Fasern und aus den Fasern zusammengesetzten Garne, und wurden bei vorher bekannten Propylenpolymergarnen nicht beobachtet. In der Tat zeigen bekannte, aus Propylenpolymerfaser zusammengesetzte kommerzielle Teppichgarne, wenn sie mittels des hierin verwendeten Kleinwinkel-Röntgenbeugungsverfahrens analysiert werden, gemäß Formel (1) berechnete Werte von nicht größer als etwa 200 Å. Für Garne des Genesis^TM-Teppichprogramms wurden berechnete Werte in dem Bereich von etwa 135–145 Å beobachtet.
Folglich besitzen die erfundenen Fasern eine neue kristalline Morphologie, über die in dem bekannten Stand der Technik vorher nicht berichtet wurde, noch wurde sie bei bekannten Propylenpolymerfasern und -Garnen gesehen. Bevorzugte erfindungsgemäße Fasern weisen derartige Profile der Kleinwinkel-Röntgenbeugung auf, dass der gemäß Formel (1) erhaltene Wert mindestens etwa 250 Å, und noch bevorzugter mindestens etwa 275 Å ist. Wie man aus 3 ersieht, wurden bei AMD's von etwa 275 Å und größer PCR-Werte erreicht, die sich 90% nähern und sogar übertreffen. Während es in Hinsicht auf Verbesserungen der PCR-Werte von Garnen kaum einen praktischen Grund geben mag, AMD's von etwa 275 bis etwa 350 Å zu übertreffen, wurden Werte in dem Bereich von 450–500 Å beobachtet. Diese und sogar noch größere Werte werden gemäß der Erfindung in Erwägung gezogen und können hervorragende Elastizität und andere nützliche und interessante Vorteile bereitstellen.
Die gesamte Kristallinität der erfundenen Fasern, bestimmt mittels Weitwinkel-Röntgenbeugung, ist allgemein mindestens etwa 30% und vorzugsweise etwa 30– 55%. Die Kristallinität der Fibrillen, definiert als der durch Kristallite besetzte Teil der langen Perioden und bestimmt mittels Weitwinkel- und Kleinwinkel-Röntgenbeugung, ist vorzugsweise etwa 55–65%. Kristallinität in Querrichtung, definiert als der durch Mikrofibrillen besetzte Teil des Faserquerschitts und bestimmt aus der gesamten Kristallinität und derjenigen der Fibrillen, reicht vorzugsweise etwa von 60 bis 80%.
Die erfundenen Fasern können in jeder gewünschten Form und mit einem breiten Bereich von Eigenschaften bereitgestellt werden. Beispiele beinhalten Endlos-Monofilamentfaser, Stapelfaser von jeder gewünschten Länge, Endlos-Multifilamentgarne mit oder ohne Bauschigkeit und/oder Verzwirnung, durch Spinnen von Stapelfasern erhaltene Spinngarne, und Taue, die eine Vielzahl von die erfundenen Fasern in der Form von Endlosfilamenten oder Stapelfaser umfassende Garne umfassen. Filametquerschnitte jeder gewünschten Form sind geeignet, wobei Beispiele runde, deltaförmige, drei- und vierblättrige und hantelförmige Querschnitte einschließen. Für einen breiten Bereich von Textilerzeugnissen geeignete Fasereigenschaften beinhalten Lineardichten (Deniers) von etwa 0,5–60 Gramm pro 9000 Meter, Zugfestigkeiten von etwa 1–10 Gramm pro Denier, Dehnungen von etwa 2–400%, Schrumpfungen in heißem Wasser von etwa 1–10% und in heißer Luft von etwa 1–15%, Deformationserholungen von etwa 70–98% und den beabsichtigten Endverwendungen angemessene taktile Eigenschaften oder „Griffigkeiten". Derartige Fasern allein oder in Kombination mit anderen Fasern umfassende Garne, mit Eigenschaften wie Lineardichten im Bereich von etwa 20–10000 Gramm pro 9000 Meter, Zugfestigkeiten von etwa 1,5–10 Gramm pro Denier, Dehnungen von etwa 2– 200%, Schrumpfungen in heißem Wasser von etwa 1–15% und in heißer Luft von etwa 1–15%, Deformationserholungen von etwa 70–98% und annehmbarer Griffigkeit sind ebenfalls für unterschiedliche textile Anwendungen geeignet. 10000 übertreffende Denierwerte werden durch Kombinieren mehrerer Garne leicht erhalten. Für spezielle Endverwendungen können auch Eigenschaften vorteilhaft sein, die in einer oder mehreren Hinsichten außerhalb dieser Bereiche liegen, wie dies für Fachleute der/des betreffenden Fachgebietes) selbstverständlich ist. Die Fasern und Garne in jeder gewünschten Form können auch zusätzlicher Verarbeitung unterworfen werden, wie Krempeln, Verstrecken, Offen-End-Spinnverfahren, Ringspinnen, Luftblasspinnen, Weben, Kett-Schuß-Wirken, Vernadeln, Hitzeverkleben, Tuften, Kräuseln, Texturieren und Verzwirnen, wie in dem Fachgebiet bekannt. Vorteilhafterweise bleibt die kristalline Mikrostruktur der Fasern nach einer derartigen Verarbeitung erhalten, vorausgesetzt, dass diese nicht eine zu lange Aussetzung an Temperaturen nach sich zieht, die zu nahe an dem Schmelzpunkt des Propylenpolymers liegen, aus dem die Fasern zusammengesetzt sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspektes der Erfindung werden die Fasern in der Form von Garnen bereitgestellt, beinhaltend sowohl gesponnene Garne wie Endlosfilamentgarne. Solche Garne sind nützlich für zahlreiche Anwendungen, einschließlich Deckgarne für Teppiche, Garne und Stoffe für Bekleidung, Möbelbezugsstoffe, Automobilstoffe, Industriestoffe, Stoffe für Geotextilien und technische Stoffe. Die Garne können in jeder Art gestaltet sein, um die Anforderungen der Endverwendung zu erfüllen.
In einer anderen Ausführungsform werden BCF-Garne (Bulked Continuous Filamt-Garne, texturierte Filamentgarne) mit PCR-Werten von mindestens 80% und vorzugsweise mindestens 85% bereitgestellt. Die Bauschigkeitsgrade derartiger Garne reichen vorzugsweise von etwa 2 bis 20%. Derartige Garne haben eine vorteilhafte Kombination von Moder- und Schimmelfestigkeit, Farbechtheit, Verschmutzungsfestigkeit, Widerstandsfähigkeit, Wasserabsorptionsfestigkeit, Erholung nach Kompression und eine gute Flächenbedeckung, Textur und Griffigkeit und sind gut geeignet als Deckgarne für Teppiche im Büro- und Wohnbereich, als Deckgarne für Autoteppiche, Kofferraumauskleidungen und Stehbleche und als Florgarne für Möbelbezugsstoffe. BCF-Garne mit PCR-Werten von mindestens 85% übertreffen bekannte BCF-Teppichgarne aus Propylenpolymer an mittels PCR gemessener Elastizität. Demgemäss stellt die vorliegende Erfindung auch neue BCF-Garne bereit, die eine Vielzahl von Propylenpolymer umfassenden Endlosfilamenten umfassen, wobei die Garne PCR-Werte von mindestens 85% haben. Derartige Garne sind besonders geeignet für Deckgarne von Teppichen für den Büro- und Wohnbereich.
Erfindungsgemäße BCF-Garne können in jeder gewünschten Ausgestaltung bereitgestellt werden. Traditionell wurde bei der Herstellung von BCF-Garnen Bauschen durchgeführt, um den Garnen durch Einführung von Maschenbildung, Welligkeit, Verhakung, Wirbeln, Schlingenbildung oder anderen Defomationen in ihre Filamente Textur zu verleihen. Bauschungsgrade betragen vorzugsweise etwa 2– 30% und noch bevorzugter etwa 5–15%. Die Bauschigkeit der Garne kann jede geeignete Form einnehmen. Beispiele beinhalten die zufällige Verschlingung, Welligkeit, Maschenbildung und Verwirbelung der Filamente und Flauschigkeit der Garne, die durch Texturierung mittels Fluidstrahlstrom oder mit Spindeln zum Verzwirnen und Entzwirnen verliehen wird, und die krullenden, kräuselnden, schlingenbildenden und sägezahnartigen Ausgestaltungen, die sich aus dem Stauchkammer-Kräuseln oder dem Ziehen der Garne über eine Kante ergeben. Eine bevorzugte Form der Bauschigkeit ist die durch Texturieren mit Fluidstrahlströmen erzeugte.
Die BCF-Garne gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung sind am bevorzugtesten ganz aus den erfundenen Fasern zusammengesetzt, obwohl Mischungen mit anderen Fasern auch ins Auge gefasst werden, wie anderen geeigneten Propylenpolymerfasern und deren Mischungen mit anderen Fasern. Beispiele von solchen anderen Fasern beinhalten herkömmliche Fasern aus Polypropylen, Polyethylen, Nylon, Polyester, Acryl, Reyon, Acetat und Baumwollfasern. In Verbund- oder gemischten Garnen, die die erfundenen Fasern und andere Arten von Fasern umfassen, kann der Anteil der erfundenen Fasern sich stark unterscheiden, abhängig von der Auswahl derartiger anderer Fasern, der Garnart und den gewünschten Gesamteigenschaften des Garns. Zum Beispiel können in Mischungen mit Nylonfasern von etwa 25 bis 75 Gew.-% der erfundenen Fasern verwendet werden, um Garne mit hoher Elastizität bei niedrigeren Kosten als nur aus Nylonfasern zusammengesetzte Garne zu erhalten. Wenn der Anteil der erfundenen Fasern ansteigt, werden andere vorteilhafte Merkmale von Fasern und Garnen aus Propylenpolymer wie Farbechtheit, Reinigungseignung und Verschmutzungs-, Schimmel- und Moderfestigkeit ausgeprägter.
Besonders bevorzugte Garne gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung sind BCF-Garne, die Propylenpolymerfasern umfassen, mit Hinsicht auf die der gemäß Formel (1) berechnete Wert mindestens etwa 250 Å und noch bevorzugter mindestens etwa 275 Å beträgt, um die Elastizität zu maximieren. Diese Garne haben vorzugsweise PCR-Werte von mindestens 85%. Noch bevorzugter beträgt der PCR-Wert mindestens etwa 87% und am bevorzugtesten mindestens etwa 90%, um die Elastizität der Garne und die Widerstandsfähigkeit gegen und die Erholung von Kompression, Knittern, Faltenwerfen, Flachdrücken und Knicken in derartige Garne umfassenden Textilerzeugnissen zu maximieren. Solche Garne haben auch gute Griffigkeit und Oberflächenmerkmale.
Die erfundenen Fasern und Garne sind für unterschiedliche Textilerzeugnisse verwendbar. Beispiele beinhalten Deckgarne für Teppiche, einschließlich getuftete Teppiche für Anwendungen im Wohnbereich, getuftete Teppiche für kommerzielle Anwendungen und vernadelte Teppiche, Möbelbezugsstoffe, Stoffe für Geotextilien, Teppiche und Stoffe für Automobile, hochlockere Vliese, Bekleidungsstoffe und Industriestoffe.
Die erfundenen Fasern oder Garne umfassende Teppiche weisen bei sonst gleichen Verhältnissen im Vergleich zu herkömmliche Propylenpolymerfasern oder -Garne umfassenden Teppichen verbesserte Beibehaltung der Florhöhe, Verschleißfestigkeit und verbessertes Aussehen auf. Die verbesserte Elastizität der erfundenen Fasern und Garne kann verwendet werden, um Einsparungen an Materialien zu erreichen, zum Beispiel indem die Tuftdichte bei Teppichausgestaltungen verringert wird, oder indem das Tuften mit Kombinationen der erfundenen Garne mit anderen Garnen höherer oder niedrigerer Elastizitäten und Kosten ermöglicht wird, während eine mindestens noch mit derjenigen herkömmlicher Teppiche vergleichbare Leistung erreicht wird. Aus den erfundenen Garnen getuftete Teppiche schneiden im Vergleich zu mit Nylongarnen getufteten Teppichen bei Erhalt der Florhöhe, allgemeinem Aussehen, Erhaltung der Verzwirnung, Abgegrenztheit der Spitzen und Griffigkeit gut ab.
Die erfundenen Fasern oder Garne umfassende Teppiche umfassen eine Rückenstruktur, auf die auch als primärer Rückengrund Bezug genommen wird, wie einen Stoff, eine Folie oder dünne Schicht, die von einer Vielzahl von Tuften aus Teppichdeckgarn durchdrungen ist, so dass die Tufte von einer Oberfläche des Rückengrundes aus nach außen hervorstehen, um eine Floroberfläche zu bilden, und die Nähte der Tufte auf einer entgegengesetzten Seite des Rückengrundes angeordnet sind. Die Teppiche können mittels jeden geeigneten Mittels hergestellt werden. Bei getufteten Teppichen wird im allgemeinen der primäre Rückengrund durch eine Tuftvorrichtung mit einer Vielzahl von hin- und hergehenden Knüpfnadeln vorwärts bewegt. Das Deckgarn wird durch die Hin- und Herbewegung in den Rückgrund genäht. Die Garntufte können aufgeschnitten werden, um eine verschnittene Floroberfläche zu ergeben, oder sie können unaufgeschnitten bleiben, um eine schlingenartige Floroberfläche zu ergeben. Sekundäre Rückengrundstrukturen, wie ein gewobener Stoff, Mull oder ein netzartiges Gewebe werden häufig verwendet, um den Teppichen zusätzliche Formbeständigkeit zu verleihen und werden mit Latex, einer Heißschmelze oder anderen Klebstoffen an der vernähten Oberfläche des primären Rückengrundes befestigt, oder mittels thermischen oder anderen Verbindens an anderen Elementen der Teppichstruktur. Die Teppiche können in einem weiten Bereich von Stilen und Gewichten bereitgestellt werden. Beispiele beinhalten Saxony-Teppiche, Berber-, Samt-, Verschnittenflor-Hoch-Tief- und Schlingenflorteppiche.
Als Teppichdeckgarne für Teppiche im Büro- und Wohnbereich bevorzugte Garne haben PCR-Werte von mindestens 85%, noch bevorzugter mindestens etwa 87%, und lineare Dichten von etwa 1200–3000 Gramm pro 9000 Metern, mit etwa 70– 300 Filamenten pro Garn und 8–30 Denier pro Filament. Andere kennzeichnenden Merkmale solcher Garne beinhalten Zugfestigkeiten von etwa 3–6 Gramm pro Denier, Dehnungen von etwa 10–75%, Schrumpfung in heißem Wasser von etwa 2–8%, Schrumpfung in heißer Luft von etwa 2–12% und annehmbare Griffigkeit.
Über die gut bekannten Vorteile sogar herkömmlicher Propylenpolymer-Deckgarne gegenüber Nylongarnen in Teppichen hinaus stellen die erfundenen Garne, indem sie eine erweiterte Verwendung von Propylenpolymer-Deckgarnen wegen ihrer verbesserten Elastizität begünstigen, auch eine Möglichkeit für größere Rückverwendung bei der Teppichherstellung bereit, als Garne aus Nylon, Polyester oder Naturfaser. Während gewebter Stoff aus Polypropylen das am allgemeinsten verwendete Material für den Rückengrund von Teppichen ist, sind Polypropylen und Deckgarne jener anderen Zusammensetzungen bei Schmelzverarbeitungsvorgängen nicht miteinander verträglich, weil sie Mehrphasen-Systeme bilden, die schwierig zu verarbeiten sein können und/oder Produkte mit minderwertigen Eigenschaften ergeben. Propylenpolymer-Deckgarn aus den erfundenen Teppichen andererseits ist mit Polypropylen aus Rückengründen leicht schmelzverarbeitbar, und deshalb sind Abschnitte und Abfälle aus der Teppichherstellung zur Rückverwendung geeignet.
Die erfundenen Fasern und Garne können durch Schmelzspinnen einer thermoplastischen, Propylenpolymer umfassenden Harzzusammensetzung in eines oder mehrere Filamente, Strecken des Filaments oder der Filamente und Thermofixieren des Filaments oder der Filamente hergestellt werden, wobei die Verfahrensschritte des Spinnens, Streckens, Thermofixierens und irgendwelche zusätzlichen wahlfreien Verfahrensschritte unter Bedingungen durchgeführt werden, die das Erreichen einer kristallinen Mikrostruktur begünstigen, so dass der AMD der Filamente mindestens 240 Å beträgt. Vorzugsweise werden die Garne hergestellt durch Schmelzspinnen eines Propylenpolymer, und zwar vorzugsweise Polypropylen-Homopolymer, umfassenden thermoplastischen Harzes zum Formen eines oder mehrerer Filamente, Raffen der Filamente zu Garn, Orientieren der Filamente oder des Garns, Bauschen der Filamente oder des Garns und Themofixieren der gebauschten Filamente oder des gebauschten Garns, wobei die Bedingungen so gewählt werden, dass die Filamente oder das Garn eine kristalline Mikrostruktur entsprechend der vorstehend beschriebenen Charakterisierung durch Kleinwinkel-Röntgenbeugung entwickeln.
Für die Herstellung der erfundenen Fasern und Garne verwendete Harze umfassen Propylenpolymer. Mischungen und Harze aus Propylencopolymer können verwendet werden, obwohl es bevorzugt wird, dass nicht mehr als etwa 30 Gew.-% polymerisierte Comonomereinheiten oder zugemischte Harze vorhanden sind, um einen glatten Verfahrensablauf zu begünstigen, wobei bis zu etwa 10 Gew.-% noch mehr bevorzugt werden. Harze aus Propylen-Homopolymer sind am bevorzugtesten, wobei Allzweckharze in dem nominalen Schmelzflussbereich von etwa 3–35 g/10 min am besten geeignet sind.
Das zum Spinnen der Fasern verwendete Propylenpolymerharz kann auch verschiedene Additive und Modifikatoren enthalten. Beispiele beinhalten Pigmente, Verarbeitungshilfen, Wärme- und Lichtstabilisatoren, Flammschutzmittel, antimikrobielle Mittel, Keimbildungsmittel und elektrisch leitfähige Materialien. Spezifische Materialien für unterschiedliche Zwecke sind den Fachleuten gut bekannt und werden vorstehend erörtert.
Beim Schmelzspinnen wird geschmolzenes Harz zu einer Spinndüse mit einer oder mehreren Düsenöffnungen gefördert, aus der/denen das geschmolzene Harz in der Form von einem oder mehreren Filamenten austritt. Verhältnismäßig niedrige Spinntemperaturen werden bevorzugt; jedoch nimmt die Schmelzenviskosität des Harzes, das gesponnen wird, typischerweise mit abnehmenden Temperaturen zu. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, können Kristallinität und Schmelzenziehbarkeit auf Kosten der Kontinuität des Verfahrensablaufes erreicht werden. Es ist auch wichtig, zu hohe Spinntemperaturen zu vermeiden, denn diese können zu Güteabfall des Polymers, schlechten Faser- und Garneigenschaften und unangemessener Schmelzenviskosität führen. Die Abmaße der Düsenöffnungen der Spinndüse werden auf der Grundlage der gewünschten Querschnitte und Denierwerte der Filamente ausgewählt. Die Form der Düsenöffnungen ist nicht kritisch. Runde und deltaförmige Querschnitte sind verbreitet. Drei- und vierblättrige, Kreuz- und hantelförmige Querschnitte sowie komplexere Ausgestaltungen sind ebenfalls geeignet.
Nach dem Austritt aus dem Loch oder den Löchern der Spinndüse werden die Filamente normalerweise abgeschreckt, typischerweise durch Kontakt mit einem Abschreckmedium, wie kalte Luft oder ein anderes kaltes Gas, um das geschmolzene Harz fest werden zu lassen. Die Geschwindigkeit des Abschreckfluides wird auf einem Niveau gehalten, das die Bereitstellung einer Kühlung ohne Verschlingung der Filamente bewirkt.
Nach dem Spinnen und Abschrecken werden die Filamente orientiert, normalerweise durch Spannen oder Strecken. Verhältnismäßig niedrige Streckverhältnisse sind wünschenswert, obwohl die Festigkeit der entstehenden Fasern und Garne nicht so groß sein wird wie diejenige von Fasern und Garnen, die bei höheren Streckverhältnissen gestreckt wurden. Wenn bei niedrigen Streckverhältnissen gestreckte Fasern oder Garne anderen Verarbeitungsschritten unterworfen werden sollen, wie Zwirnen oder Mehrfachzwirnen, kann die Durchführung derartiger anderer Schritte bei niedrigen Geschwindigkeiten oder andere Vorkehrungen angemessen sein, um der geringeren Festigkeit Rechnung zu tragen.
Texturieren der orientierten Filamente oder des Garns kann mittels jedem geeigneten Verfahren durchgeführt werden. Texturieren wird vorzugsweise unter Verwendung von Fluidstrahlstrom-Texturieren durchgeführt. Eine Vielfalt von Strahlstromapparaturen ist bekannt und umfasst im allgemeinen einen hohlen, zylindrischen oder konischen Körper mit Durchlassöffnungen für Eintritt und Austritt des Garns, eine oder mehrere Durchlassöffnungen für den Eintritt des Fluids in der Körperwand, um Luft oder ein anderes Fluid, typischerweise bei hoher Geschwindigkeit, aus einer Quelle in die Strahlstromapparatur einzuführen, und einen oder mehrere innere Strömungsstörer oder Kanäle, um Turbulenz des Fluids zu begünstigen. Im Betriebszustand wird Garn durch die Strahlstromapparatur hindurchgelassen und das Hochgeschwindigkeits-Fluid reißt Filamente des Garns mit und bewirkt, dass sie sich Verheddern, Verwirbeln und Verschlingen, wodurch es Bauschigkeit und Textur herstellt. Das Fluid befindet sich typischerweise auf erhöhter Temperatur, um die Spannungsrelaxation in den Filamenten zu begünstigen und die dem Garn verliehene Textur zu fixieren. Andere Bauschungsverfahren sind ebenfalls geeignet. Beispiel beinhalten das Kräuseln oder Texturieren in der Stauchkammer, Texturieren durch Ziehen der Filamente über eine Kante, Knittern und Entknittern und unechtes Zwirnen und Entzwirnen. Wenn gewünscht, können die Filamente oder Garne gezwirnt, doppelgezwirnt, mehrfachgezwirnt oder anderen Verarbeitungs- oder Umwandlungsoperationen unterworfen werden, einschließlich Umwandlung zu Textilerzeugnissen nach Strecken und Texturieren, aber vor dem Thermofixieren.
Thermofixieren wird durchgeführt, nachdem die Filamente oder Garne gestreckt und texturiert wurden. Thermofixieren wird unter Verwendung eines Zeit- und Temperaturprofils durchgeführt, das den Filamenten die vorstehend beschriebene kristalline Mikrostruktur zu verleihen vermag. Temperaturen, die an den Schmelzpunkt des Propylenpolymers heranreichen, werden für eine Zeitdauer angewendet, die bewirkt, die Elastizität der Fasern oder Garne aus Propylenpolymer zu verbessern, ohne thermisch induzierten Schaden an den Fasern oder Garnen, wie diese zu schmelzen oder zu verschmelzen, oder die Entwicklung einer rauhgriffigen Textur, oder Verlust an Griffigkeit infolge Weichwerdens und nachfolgenden Festwerdens der Fasern oder Garne. Die Thermofixierungszeiten betragen im allgemeinen mindestens etwa zwei Sekunden, obwohl sich spezifische Zeiten abhängig von der Art und Form des Erzeugnisses, das thermofixiert wird, und von der Wärmeübertragungskapazität der Ausrüstung und des verwendeten Wärmeübertragungsmediums unterscheiden werden. Im allgemeinen stellen heißes Wasser und kondensierender Dampf eine verhältnismäßig schnelle Wärmeübertragung bereit und sind bei verhältnismäßig kurzen Verweilzeiten wirksam. Heiße Umwälzluft, Systeme aus erwärmten Walzen und herkömmliche Heißluftöfen stellen typischerweise eine langsamere Wärmeübertragung bereit und verlangen längere Verweilzeiten. Die Verweilzeit wird auch von der Form der in den Fasern oder Garnen enthaltenen Propylenpolymerfasern beeinflusst. Zum Beispiel wird ein hochgradig gebauschtes, loses, offenes Garnbündel bei sonst gleichen Bedingungen typischerweise eine kürzere Verweilzeit benötigen als ein wenig gebauschtes, festeres, dichteres Garnbündel. Das Thermofixieren wird mit ausreichend relaxierten Propylenpolymerfasern durchgeführt, um einen nicht unerheblichen Verlust an Bauschigkeit zu vermeiden.
Nach dem Thermofixieren können die Garne anderen Verarbeitungen oder Behandlungen unterworfen werden. Vorzugsweise werden derartige Vorgänge bei Temperaturen unter der Temperatur des Thermofixierens durchgeführt. Beispiele von weiteren Verarbeitungen oder Behandlungen beinhalten Zwirnen, Mehrfachzwirnen und Verfahren zum Fixieren der Verzwirnung von doppeltverzwirnten oder mehrfachverzwirnten Garnen und zum Fixieren der Verwindungen im Garn, die um das Aussehen zu verändern, die Bauschigkeit zu erhöhen oder für andere Zwecke verliehen wurden. Während es oft bevorzugt wird, derartige Vorgänge vor dem Thermofixieren durchzuführen, so dass dieses dazu dient, Verzwirnung, Mehrfachverzwirnung oder andere Merkmale festzuhalten oder zu fixieren, können derartige Vorgänge auch nach dem Thermofixieren mit guten Ergebnissen ausgeführt werden. Umwandlung der Fasern oder Garne zu Textilerzeugnissen, wie mittels Tuften, Weben, Vernadeln, Verbinden durch Wärme oder Klebstoff können ebenfalls durchgeführt werden. Die Wiederherstellung der Bauschigkeit der thermofixierten Garne, zum Beispiel nach dem Aufrollen in Verpackungen und Lagerung, kann mit jedem geeigneten Mittel erreicht werden, wie mechanische Einwirkung, Aussetzung an Wärme oder eine Kombination davon.
Für die Herstellung der erfundenen Fasern und Garne kann jede geeignete Maschine zum Schmelzspinnen, Orientieren, Bauschen und Thermofixieren verwendet werden. Schmelzspinnsysteme, Streckwalzenausgestaltungen und Texturiergeräte sind Fachleuten auf dem Gebiet der Herstellung von BCF-Garnen bekannt. Zum Thermofixieren können verschiedene Öfen, Rohre und Tunnels für Dampf und Warmwassersysteme verwendet werden. Heiße Luft, heißes Wasser und Dampferwärmungssysteme sind für die meisten Anwendungen geeignet, obwohl heiße Luft ein weniger wirksames Wärmeübertragungsmedium ist als Dampf oder heißes Wasser. Erwärmung durch Eintauchen in heißes Wasser erfordert nachfolgendes Trocknen der Fasern oder Garne. Andere Systeme zum Erwärmen, wie Infraroterwärmer, sind ebenfalls geeignet.
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen weiter beschrieben. In den Beispielen wurden PCR-Werte und Bauschigkeitgrade von Garnen gemessen, und es wurden Kleinwinkel- und Weitwinkel-Röntgenbeugung durchgeführt, mittels der folgenden Arbeitsweisen.
Plug Crush Recovery: Kurz gesagt wird bei der Plug Crush Recovery-Prüfung ein Garnpfropfen von vorgeschriebener Höhe und vorgeschriebenem Gewicht mit einer vorgeschriebenen Kraft in eine zylindrische Form gepresst und die Höhe des Pfropfens nach der Erholung gemessen. Die Probengrößen und die Prüfungsbedingungen unterscheiden sich etwas in Abhängigkeit vom Garntyp. Es werden für gezwirnte und ungezwirnte BCF-Garne Einzelheiten angegeben.
Für ungezwirnte BCF-Garne wird eine Probe von einem Gramm verwendet. Um die ungefähre Anzahl der für die Probe benötigten Garnenden zu bestimmen, wird das Probengewicht (1 Gramm) mit 236 220 multipliziert und durch den Denierwert des Garns dividiert.
Eine Fitzenhaspel mit einem Umfang von 1,0 Meter oder 1,5 Yards, erhalten von der Alfred Suter Company, Orangeburg, NY, wird verwendet, um Proben mit der richtigen Anzahl von Garnenden herzustellen. Das Garn wird durch eine Führung gewunden, die ein Teil der Fitzenhaspeleinheit und an der Fitzenhaspel befestigt ist. Die Haspel wird gedreht, um das Garn darauf aufzuwickeln. Die Anzahl der Umdrehungen der Fitzenhaspel ist ½ der Anzahl der benötigten Garnenden. Die Anzahl der benötigten Umdrehungen beträgt typischerweise 75 bis 100. Garne mit höherem Denier-Wert benötigen weniger Umdrehungen. Die Fitzenlänge – 2 Meter oder 3 Yards – reicht aus, um 3–5 Muster zu machen. Wenn die erforderliche Anzahl von Umdrehungen der Fitzenhaspel gemacht worden ist, wird das Garn geschnitten und eine Schlinge wird an einem Haspelarm gegenüber dem Arm, bei dem das Ende abgeschnitten wurde, um die Fitze gebunden. Die Fitze wird an dem gleichen Punkt geschnitten, an dem das Garn geschnitten wurde. Das Ergebnis ist ein Bündel von Garnen, das die vorbestimmte Anzahl von Enden enthält. Die geschnittene Fitze wird auf einen hölzernen Pflock gesteckt, der dann in einen Umluftofen gestellt wird, zum Beispiel in einen Blue M Oven, Modell DC-3366, erwärmt auf 132 ± 2°C. Die Fitze wird entfernt und sich mindestens 16 Stunden lang auf Standard-Laboratoriumsbedingungen ins Gleichgewicht setzen gelassen. Das Garn wird während des Zeitraums der Gleichgewichtseinstellung nicht angefasst oder auf andere Art mechanisch gestört.
Beim Herstellen der Muster für die Kompression werden Latexhandschuhe getragen, wenn Garn und Probenhalter angefasst werden.
Um die Testproben zu formen und zu halten, wird ein Glaszylinder mit einer Länge von 4,3 cm und einem Innendurchmesser von 2,54 cm verwendet. Eine doppelte Dicke der Fitze wird in den Zylinder eingelegt, und die einzelnen Garne werden zu der Längsrichtung des Zylinders und miteinander ausgerichtet. Es wird eine Länge aus der Fitze von ungefähr 38 cm durch den Zylinder gezogen, um sicherzustellen, dass die Enden parallel und nicht verheddert sind. Das Garn aus dem Muster, das aus dem Zylinder herausragt, wird mit einer Schere ungefähr 0,6 cm von jedem Ende des Zylinders abgeschnitten. Das Muster wird genau bündig zu den Enden des Probenhalters zugeschnitten, unter Verwendung einer Haarschneidemaschine, die landläufig im Handel für Laborbedarf erhältlich ist. Das Muster wird gewogen, während es in dem Halter ist. Einzelne Enden des Musters werden entfernt, bis die Masse des Musters 1,0 ± 0,15 Gramm beträgt. Beträgt die Masse des Musters von Anfang an weniger als 0,85 Gramm, wird die Fitze weggeworfen.
Für die Kompressionsprüfung wird eine Knopfpresse, hergestellt von Buehler Ltd., Lake Bluff, IL, mit einem Innendurchmesser von 2,54 cm und einem Außendurchmesser von 4,45 cm verwendet, um das Muster während der Kompression zu halten. Durch die gesamte Länge der Knopfpresse verläuft eine lichte Weite. Ein Stahlbolzen mit einem Durchmesser von 2,54 cm und einer Höhe von 1,52 cm wird im Inneren und an der Basis der lichten Weite untergebracht. Das Muster wird von dem Halter/Former für das Muster in die Knopfpresse übertragen, indem der Former/Halter sorgfältig mit der lichten Weite ausgerichtet wird und das Muster unter Verwendung eines Knopfpressenstößels in die Knopfpresse gedrückt wird. Der Stößel ist 6,85 cm lang, hat einen Durchmesser von 2,54 cm, wiegt 227 Gramm und passt genau in die Kammer der Knopfpresse hinein. Bei der Übertragung des Musters in die Knopfpresse wird der Pressenstößel im Inneren der lichten Weite gelassen; folglich befindet sich das Muster innerhalb der Knopfpresse zwischen dem Stahlbolzen und dem Knopfpressenstößel.
Eine hydraulische Presse der Firma Carver, Modell C, mit einer Kapazität von 12 Tonnen und ausgerüstet mit einem Zusatz zur Zeitsteuerung und Motorisierung und einem Schutzschild wird für die Kompression des Musters verwendet. Die Kompression erfolgt bei einem Druck von 1600 psi (11 N/mm²), was einer Kompressionskraft von 1260 pounds (572 kg) entspricht. Der Kraftsensor an der Carver-Presse wird auf 1260 ± 20 pounds (572 ± 9,1 kg) eingestellt. Die das zwischen dem Stahlbolzen und dem Knopfpressenstößel befindliche Muster enthaltende Knopfpresse wird auf der Grundplatte der Presse zentriert. Der Pressenstößel wird in Kontakt mit dem Knopfpressenstößel gebracht, und ein Druck von 1600 psi (11 N/mm²) wird aufgebracht und 300 Sekunden lang gehalten. Der Pressenstößel wird zurückgezogen und der Druck unmittelbar auf Null verringert. Die Knopfpresse wird von der Carver-Presse entfernt und der Pressenstößel wird dazu verwendet, den Stahlbolzen aus der Knopfpresse zu drücken. Es wird sorgfältig darauf geachtet, nicht irgendeinen Teil des Musters aus der Knopfpresse zu drücken. Ein Rückhaltering aus Glas (Innendurchmesser = 2,54 cm, Höhe 1,27 cm) wird mit der lichten Weite der Knopfpresse, aus welcher der Stahlbolzen entfernt wurde, ausgerichtet. Das Muster wird unter Verwendung des Knopfpressenstößels langsam in den Rückhaltering gedrückt. Der Rückhaltering wird als ein stützender Träger für das Muster verwendet; das Muster und der Ring werden mit dem Rückhaltering nach unten auf eine Tischplatte gesetzt. Während der Kompression können Garne aus der Senkrechten zur Seitenlage gedrängt werden. Jeder Fluchtungsfehler von Garnen kann durch die Wände des gläsernen Rückhalteringes gesehen werden. Wenn dies auftritt, wird das Muster teilweise aus dem Ende des Rückhalterings herausgedrückt. Die herauskommenden Garne werden sich von selbst gerade legen. Nach dem Geradelegen wird das Muster zu dem entgegengesetzten Ende des Rückhalterings gedrückt, um die Garne an diesem Ende des Musters sich gerade legen zu lassen. Sobald es ausgerichtet ist, wird das Muster in den Ring zurückgedrückt und das Ende des Musters bündig mit dem Ende des Rückhalterings gemacht. Das Muster wird sich 16,0 Stunden lang von der Kompression erholen gelassen.
Ein Druckanzeiger für niedrige Drucke der Firma Mitutoyo wird verwendet, um die zurückgewonnene Höhe des Musters zu messen. Eine Metallscheibe (Durchmesser = 2,53 cm, Höhe = 0,124 cm, Masse = 2 Gramm wird auf das Muster gelegt. Ein Presserfuß des Anzeigers bringt eine Kraft von 0,0225 psi (1,55·10^–4 N/mm²) auf, die wenn sie zu der Kraft von der Metallscheibe addiert wird, einen Druck von 0,0282 psi (1,94·10 N/mm²) ausübt. Die zurückgewonnene Höhe wird auf 0,002 cm genau gemessen. Der PCR-Wert ist gleich der zurückgewonnenen Höhe, dividiert durch die anfängliche Höhe (2,54 cm), als ein Prozentsatz ausgedrückt. Eine Probe zum Beispiel, die sich auf eine Höhe von 1,52 cm erholt, hat einen PCR-Wert von 60%. Die Standardabweichung von einzelnen Prüfungsergebnissen, gemessen an gleichen Materialien, beträgt 2,53% Druckerholungseinheiten. Ein einzelnes Prüfungsergebnis wird aus 5 Messungen aus einer Prüfungseinheit, zum Beispiel einer Garnpackung, erhalten. Der Standardfehler der Messungen hängt von der Anzahl der geprüften Einheiten ab.
Für gezwirnte BCF-Garne wird eine Probe von 4 Gramm verwendet. Eine Garnfitze wird unter Verwendung der Fitzenhaspel wie vorstehend beschrieben geformt, außer dass das Probengewicht mit 354 330 multipliziert und durch den Denierwert des Garns dividiert wird, um die ungefähre Anzahl von Garnenden für die Probe zu bestimmen. Die Fitzenlänge – 2 Meter oder etwa 3 Yards – wird 3–5 Muster ergeben. Die Länge des Garns in der Fitze ist typischerweise 50–100 Meter, wobei ein Garn mit höherem Denier-Wert kürzere Längen hat. Die Fitze wird wie vorstehend beschrieben geschnitten, und die geschnittene Fitze wird in einen schützenden, lockergewebten Maschenstoff gesteckt, der in einem Umluftofen untergebracht wird. Typischerweise wurde ein Blue M – Oven, Modell OV-490A-3 verwendet. Die Ofentemperatur ist 132 ± 2°C und die Verweilzeit beträgt 10 Minuten. Die Fitze wird entfernt und sich mindestens 1–4 Stunden lang auf Standardbedingungen ins Gleichgewicht setzen gelassen. Das Garn darf während der Gleichgewichtseinstellung nicht übermäßig angefasst oder auf andere Art mechanisch gestört werden.
Ein Zylinder aus Kupfer oder Stahl, (Länge 2,54 cm, Innendurchmesser 2,54 cm) wird als ein Former und Halter für das Muster verwendet. Während die Enden der Fitze frei hängen gelassen werden, werden sämtliche Enden in den Zylinder eingeführt und mit der Länge des Zylinders und miteinander ausgerichtet. Eine Länge aus der Fitze von ungefähr 38 cm wird durch den Zylinder gezogen, um sicherzustellen, dass die Enden parallel und nicht verheddert sind. Das Garn aus dem Muster, das aus dem Zylinder herausragt, wird mit einer Schere ungefähr 0,6 cm von jedem Ende des Zylinders abgeschnitten. Das Muster wird genau zugeschnitten, unter Verwendung einer Wolf Blazer Serie II – Säge, die von der Wolf Machine Company, Cincinnati, Ohio, erhältlich ist. Der Zylinder wird in dem Sägenhalter untergebracht und die herausragenden Garne werden unter Befolgung der Vorschriften des Herstellers zugeschnitten, bis die Oberfläche des Pfropfens mit den Enden des Zylinders bündig ist. Das Muster wird gewogen, während es in dem Halter ist. Einzelne Enden des Musters werden entfernt, bis die Masse des Musters 4,0 ± 0,015 Gramm beträgt. Bei der Bestimmung des Gewichts des Musters verwendete Waagen müssen auf 0,0001 Gramm genau sein. Beträgt die Masse des Musters von Anfang an weniger als 3,985 Gramm, wird die Fitze weggeworfen.
Für die Kompressionsprüfung wird eine Knopfpresse, hergestellt von Buehler Ltd., Lake Bluff, IL, (Innendurchmesser = 2,54 cm, Außendurchmesser = 4,45 cm) verwendet, um das Muster während der Kompression zu halten. Durch die Länge der Knopfpresse verläuft eine lichte Weite. Ein Stahlbolzen (Durchmesser = 2,54 cm, Höhe = 1,52 cm wird im Inneren und an der Basis der lichten Weite untergebracht. Das Muster wird von dem Halter/Former für das Muster in die Knopfpresse übertragen, indem der Former/Halter mit der lichten Weite ausgerichtet wird und das Muster unter Verwendung eines Knopfpressenstößels, der 6,35 cm lang ist, einen Durchmesser von 2,54 cm hat, 227 Gramm wiegt und genau in die Kammer der Knopfpresse hinein passt, in die Knopfpresse gedrückt wird. Bei der Übertragung des Musters in die Knopfpresse wird der Pressenstößel im Inneren der lichten Weite gelassen; folglich befindet sich das Muster innerhalb der Knnopfpresse zwischen dem Stahlbolzen und dem Knopfpressenstößel.
Eine hydraulische Presse der Firma Carver, Modell C, mit einer Kapazität von 12 Tonnen und ausgerüstet mit einem Zusatz zur Zeitsteuerung und Motorisierung und einem Schutzschild, wird für die Kompression des Musters verwendet. Das Muster wird bei 10000 psi (68,95 N/mm²) komprimiert, was einer Kompressionskraft von 7800 pounds (3538 kg) entspricht. Die das zwischen dem Stahlbolzen und dem Knopfpressenstößel befindliche Muster enthaltende Knopfpresse wird auf der Grundplatte der Presse zentriert. Der Pressenstößel wird in Kontakt mit dem Knopfpressenstößel gebracht, und ein Druck von 10000 psi (68,95 N/mm²) wird aufgebracht und 120 Sekunden lang gehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird der Pressenstößel zurückgezogen. Die Knopfpresse wird sofort von der Carver-Presse entfernt und der Knopfpressenstößel wird dazu verwendet, den Stahlbolzen aus der Knopfpresse zu drücken. Es wird sorgfältig darauf geachtet, nicht irgendeinen Teil des Musters aus der Knopfpresse zu drücken. Ein Rückhaltering aus Kupfer oder Stahl (Innendurchmesser = 2,54 cm, Höhe 1,27 cm) wird mit der lichten Weite der Knopfpresse, von der der Stahlbolzen entfernt wurde, ausgerichtet. Das Muster wird unter Verwendung des Knopfpressenstößels langsam in den Rückhaltering gedrückt. Wenn das Muster leicht über der Höhe des Rückhalterings ist, wird der Rückhaltering dazu verwendet, den Rest des Musters aus der Knopfpresse heraus zu ziehen. Der Rückhaltering wird als ein stützender Träger für das Muster verwendet; das Muster und der Trägerring werden mit dem Rückhaltering nach unten auf eine Tischplatte gesetzt.
Das Muster wird sich 30,0 Minuten lang erholen gelassen. Die Höhe nach der Erholung wird mittels einer Ames-Dickenlehre, Modell 81-0453 gemessen. Der Presserfuß des Druckmessers ist 2,54 cm und es wird eine Last von 15 Gramm auf den Presserfuß aufgebracht. Der PCR-Wert ist gleich der Höhe nach Erholung, dividiert durch die anfängliche Höhe (2,54 cm), als ein Prozentsatz ausgedrückt. Die Standardabweichung von einzelnen Prüfungsergebnissen der Kompressionserholung, gemessen an gleichen Materialien, beträgt 2,50% Druckerholungseinheiten. Ein einzelnes Prüfungsergebnis wird aus 5 Messungen aus einer Prüfungseinheit, zum Beispiel einer Garnpackung, erhalten. Der Standardfehler der Messungen hängt von der Anzahl der geprüften Einheiten ab.
Bauschigkeitsgrad: Etwa 15 m lange Garnlängen wurden 5 mal eingeschlagen, um eine Fitze zu bilden, und dann an einem Ende mit einem Überhandknoten verknotet und in einen Beutel gesteckt, der aus einem Webstoff mit ausreichender Leichtigkeit der Webart hergestellt wurde, um leicht Luftzirkulation in und durch den Beutel zu gestatten. Der Beutel hat seitlich, oben und unten Abmaße von etwa 20 cm. Der Beutel wird in einen auf 132°C vorgeheizten Ofen Blue M, Modell OV-500 gelegt. Nach 2 Minuten wird der Beutel heraus genommen, das Garn aus dem Beutel entnommen und das verknotete Ende gerade an der rechten Seite des Knotens in ein Entbauschungs-Prüfgerät eingespannt. Das Entbauschungs-Prüfgerät hat an einem Ende eine Klammer und ein geeichtes freilaufendes Rad mit einem Zeiger an einem anderen Ende. Der Durchmesser des Rades ist etwa 88 mm; es befindet sich etwa 758 mm entfernt von der Klammer und ist in Intervallen von 10° geeicht, um Bauschigkeit als einen Prozentsatz aufzuzeigen, um den die Länge einer Garnprobe, die vollständig gedehnt wurde, um ihre Bauschigkeit zu entfernen, die Länge des gebauschten Garns übertrifft.
Ein Garnstrang wird aus der Fitze herausgenommen und ein Schleifenknoten in sein freies Ende gedreht. Das Garn wird über das freilaufende Rad gelegt und ein Vorspanngewicht, das gleich 0,02 Gramm/Denier ist, wird an der Schleife aufgehängt. Die Nullmarkierung des Rades wird mit dem Zeiger an dem Rad ausgerichtet. Ein Gewicht entsprechend 0,5 Gramm/Denier, vermindert um das Vorspanngewicht, wird an der Schleife am Ende des Garns aufgehängt. Die dem Zeiger nächstbefindliche Zahl an dem Rad, wenn das Garn zuerst dem Gewicht unterworfen ist, wird als Bauschigkeitsgrad des Garns aufgezeichnet.
Kleinwinkel-Röntgenbeugung: Kleinwinkel-Röntgenmessungen wurden unter Verwendung eines Rigaku-Rotoflex-Röntgenstrahldiffraktometers mit einem Kleinwinkel-Goniometer und einer maximalen Energie von 12 kW durchgeführt. Das Diffraktometer hatte einen Röntgenstrahlengenerator vom Typ der rotierenden Anode mit einer Kupferanode, der CuKα-Strahlung der Wellenlänge 1,5418 Å erzeugt. Es wurde ein Nickelfilter verwendet. Das Kathodenfilament war 0,5 mm breit und 10 mm lang. Ein 0,16 mm breiter Quellspalt befand sich 88 mm von dem Brennpunkt der Anode entfernt. Ein zweiter, kollimierender Spalt war 0,03 mm breit und befand sich 100 mm von dem ersten Spalt entfernt. Eine mikrometergesteuerte, einstellbare Messerschneide, oder ein Spalt, befand sich 42 mm entfernt von dem kollimierenden Spalt. Ein Probenhalter befand sich im Zentrum des Goniometers. Die Entfernung von dem Brennpunkt der Anode zu der Probe war 250 mm. Kollimation erzeugte einen Röntgenstrahl mit voller Winkelbreite bei seiner halben Höhe von 1,81 Winkelminuten. Ein dritter Spalt zum Empfangen, 0,04 mm breit, befand sich zwischen dem Probenhalter und einem Zähler in 250 mm Entfernung von der Probe. Ein vierter Spalt, ebenfalls zwischen dem Probenhalter und dem Zähler, war 0,4 mm breit und 90 mm von dem Empfangsspalt entfernt. Das Kathodenfilament und die Spalte waren senkrecht angeordnet. Die einstellbare Messerschneide wurde mit dem Mikrometer auf einer Seite des Röntgenstrahls so eingestellt, dass eine Kante der Messerschneide sehr eng an dem Strahl war, ihn aber nicht berührte. Der Zweck dieser Einstellung ist, Hintergrundstreuung von den Kanten des Kollimationsspaltes abzuschneiden, so dass Streuung bei Beugungswinkeln 2θ von 4–5 Winkelminuten und größer minimal ist.
Muster zur Prüfung wurden hergestellt, indem Garne um einen Probenrahmen aus Metall mit einer Dicke von 1 mm und einem Fenster von 12 × 12 mm herum gewickelt wurden. Die Garne wurden bei dem Wickeln um den Rahmen herum gestreckt, um die Bauschung zu entfernen, ohne aber deren Filamente zu strecken. Für Garne mit Denierwerten von etwa 1400–1800 g/9000 Meter war die Anzahl der Windungen um den Probenrahmen herum etwa 32. Der Rahmen wurde in den Probenhalter im Zentrum des Goniometers eingebaut, wobei die Garnwindungen so positioniert waren, dass die Faserachsen horizontal angeordnet waren und so, dass alle Fasern von dem Röntgenstrahl getroffen wurden. Vor jedem Durchgang wurde das Diffraktometer angeschaltet und etwa 2 Stunden lang bei 45 kV und 150 mA gehalten, um die Stellung des Röntgenstrahls zu stabilisieren. Nach dem Vorwärmen wurde die Nullstellung für das System als die Winkelstellung der Mitte des Röntgenstrahls festgelegt. Die Mitte des Strahls ist als der Mittelpunkt der vollständigen Winkelbreite des Profils des Strahls bei der halben Profilhöhe definiert. Das Profil des Röntgenstrahls wurde bei 45 kV und 150 mA unter Verwendung eines Abschwächelementes gemessen. Die Kleinwinkel-Röntgenbeugung wurde durch kontinuierliches Abtasten mit einer Abtastgeschwindigkeit von 0,1° pro Minute in dem Bereich der Beugungswinkel 2θ zwischen 5–10 und 120 Winkelminuten gemessen. Die Abtastzeit betrug etwa 20 Minuten. Die Abtastung wurde bei jeder Probe dreimal für jeden der Faserachsenwinkel 0°, 10° und 20° durchgeführt. Für jede Abtastung wurde die Lorentz-Korrektur vorgenommen und diffuse Streuung auf der Grundlage der Interpolation des Profils der diffusen Streuung abgetrennt. Die maximale Intensität des Peaks wurde aus der Höhe des Peaks über der interpolierten Kurve der diffusen Streuung bestimmt. Gewöhnlich veränderte sich die diffuse Streuung nicht merklich mit Änderungen bei den Winkeln, mit denen die Faserachsen angeordnet waren. Die maximalen Intensitäten der Reflexionen für die verschiedenen Winkel, bestimmt nach Vornahme der Lorentz-Korrektur und Abtrennung der diffusen Streuung, wurden für die Berechnungen nach Formel (1) verwendet.
Für die 0°-Messungen wurde ϕ_m der Reflexionen als der Mittelpunkt der vollständigen Winkelbreiten der Reflexionen bei halben Höhen bestimmt und wurde für die Bestimmung der langen Perioden, L, gemäß Formel (2) verwendet. Scheinbare durchschnittliche Mikrofibrillen-Durchmesser (AMD) wurden unter Verwendung der Formeln (1) und (2) für Winkel α von 10° und 20° berechnet. Der durchschnittliche Wert der Berechnungen bei den beiden Winkeln stellt den AMD einer Probe dar.
Um die Genauigkeit der Messungen zu verbessern, ist es wünschenswert die Abtastdauer für die drei Abtastungen jeder Probe zu verringern. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit von Änderungen bei der Intensität des Röntgenstrahls von einer Abtastung einer Probe zu der anderen. Dafür wurde, nach einem langen Durchgang mit beim Winkel von 0° positionierter Faser, Abtastung von 5–10 bis 120 Winkelminuten in drei kurzen Abtastungen bei Faserwinkeln von 0°, 10° und 20° in dem kurzen Bereich von 2θ Winkeln durchgeführt, um in enger Nachbarschaft zu den Intensitätsmaxima zu messen. Jede dieser Abtastungen dauerte etwa drei Minuten. Die langen Abtastungen wurden verwendet, um die diffuse Streuung abzutrennen und die langen Perioden L zu bestimmen. Die kurzen Abtastungen wurden verwendet, um I_m(0) und I_m(α) zu bestimmen. Die Lorentz-Korrektur wurde wie vorstehend angebracht.
Weitwinkel-Röntgenbeugung: Ein Rigaku Rotaflex θ-2θ – Diffraktometer mit einem Generator mit rotierender Kupferanode (das gleiche wie das für die Kleinwinkelmessungen verwendete), betrieben bei 150 mA und 45 kV, wurde verwendet, um radiale äquatoriale und meridionale Abtastungen für Messungen der gesamten Kristallinität zu erhalten. Ein Standard-Nickelfilter wurde verwendet, um die Kβ – Komponente in dem einfallenden Strahl abzuschwächen. Die nominelle Wellenlänge der Kα-Strahlung war 1,5418 Å.
Die radiale Abtastung wurde verwendet, um prozentuale Kristallinität unter Verwendung der Ruland'schen Methode zu messen, die in „X-Ray Diffraction Methods in Polymer Science", von L. E. Alexander, Kapitel 3, id. beschrieben wird. Eine ebene Schicht von parallelen Garnen wurde auf einen Probenhalter gewickelt, der während der kreisförmigen Abtastung über den Winkelbereich von 5° bis 75° mit 60 Umdrehungen pro Minute gedreht wurde, mit 20 Upm bei der Bewegung in der θ-2θ – Betriebsart (die Probe und der Zähler wurden mit dem Geschwindigkeitsverhältnis 1 : 2 um die Achse des Goniometers bewegt). Typische Proben hatten 32 Garne, gleichmäßig über 12 mm Breite verteilt.
Es wurden Linienfokussierung, Spaltkollimation und passgenaue Anordnung der Spalte (Anordnung im Register) verwendet. Das Kathodenfilament war 0,5 mm breit und 10 mm lang, der erste (kollimierende) Spalt betrug 0,05 mm, der zweite registrierende (in Passgenauigkeit befindliche) Spalt betrug 0,3 mm und der dritte Spalt (der vor dem Zähler) betrug 0,6 mm. Die Entfernung zwischen Anode und Probe und die Entfernung zwischen Probe und registrierendem Spalt waren 185 mm. Dies ergab einen Röntgenstrahl mit einer Winkelbreite auf Halbhöhe von 5,6 Winkelminuten, was nicht mehr als 1/3–1/4 der entsprechenden Breite der engsten gemessenen Weitwinkel-Röntgenreflexionen war. Ein derartig enger Strahl wird verwendet, um eine wesentliche Verbreiterung der Reflexionen zu verhindern und um die Genauigkeit der Kristallinitätsmessungen zu begünstigen.
Die Software von Rigaku, welche das Ruland'sche Verfahren benutzte, wurde zur Berechnung der Kristallinität verwendet. Das Programm macht Korrekturen an der beobachteten Intensität wegen Streuung durch Luft, dem Faktor wegen Lorentz-Polarisation und wegen Absorption. Korrekturen wegen Streuung durch Luft werden vorgenommen, indem das unter den gleichen Bedingungen wie bei den Faserproben aufgenommene Streuprofil von Luft verwendet wurde. Der lineare Absorptionskoeffizient (9,416 cm^–1) und Probendickewerte wurden zur Vornahme der Korrekturen wegen Absorption verwendet. Die inkohärente Intensität wird mit dem entsprechenden Maßstabfaktor multipliziert und dann bei allen Werten von s (Größe des Streuungsvektors, s = 2sinθ/λ) von der beobachteten Intensität abgezogen. Die Software trennt auf standardisierte Art die kristallinen Peaks von dem Hintergrund aus amorpher plus inkohärenter Streuung. Dieser Vorgang erfordert jedoch eine gewisse Abschätzung der Form des Hintergrundes in den Gebieten, wo die kristallinen Peaks darüber liegen.
Die Berechnung der Kristallinität erfordert auch die Auswahl des Bereiches für verschiedene Werte eines Gewichtungsfaktors K. Die Software wählt den richtigen Wert, für den die erhaltene Kristallinität für alle Integrationsgrenzen konstant ist, so lange der kristalline Peak in diesen Grenzen eingeschlossen ist. Zum Schluss liefert das Verhältnis der korrigierten kristallinen Kurve zu dem zusammengesetzten korrigierten Profil den Kristallinitätswert.
Dieses Verfahren ist ganz befriedigend hinsichtlich der Widerspruchsfreiheit der Ergebnisse, auf Grund der Tatsache, dass ein konstanter Gewichtungsfaktor (K = 2,73–2,77) für alle Proben erhalten wurde. Widerspruchsfreie K-Werte sind wichtig, um Vergleiche zwischen verschiedenen Proben des gleichen Polymers anzustellen.
Kontrollversuch 1
Polypropylen-Homopolymer mit einer nominalen Schmelzflussgeschwindigkeit von 15 Gramm pro 10 Minuten gemäß ASTM D1238 Condition B wurde bei 230°C unter Verwendung eines Davis & Standard-Extruders als eine Schmelze extrudiert. Das geschmolzene Harz wurde durch eine Mehrloch-Spinndüse mit kreisförmigen Löchern extrudiert. Die Filamente wurden dann mit Luft bei einer Temperatur von 17,5°C in einer Querströmungs-Abschreckzone verfestigt. Die abgeschreckten Filamente wurden zusammen gebracht und dann über Aufnehmerwalzen laufen gelassen, wo 1 Gew.-% Spinnausrüstung, zusammengesetzt aus einer wässrigen Emulsion von Fettsäure und Fluorchemikalie, unter Verwendung eines Schlitzaufbringwerkzeugs aufgebracht wurde. Der Denierwert des entstandenen Garns war 1650 Gramm/9000 Meter.
Das Garn wurde weiter auf einer Streck-Texturier-Maschine verarbeitet (Neumag NPT 2000/6 von Neumünstersche Maschinen- und Apparatebau GmbH, Neumünster, Deutschland). Das Garn wurde zwischen erwärmten Walzen gestreckt, in einen Texturierstrahlstrom eingespeist, auf einer Siebtrommel niedergelegt und zu einer Aufwickelvorrichtung abgenommen. Die Walzen waren auf 90°C und 125°C erwärmt. Das Streckverhältnis war 1,5 : 1. Die Luft des Texturierstrahlstroms war auf 140°C erwärmt und der Luftdruck des Strahlstroms betrug 6 Bar. Das Garn kam aus dem Strahlstrom heraus und wurde zum Abkühlen auf einer Siebtrommel niedergelegt. Das Garn wurde mittels Aufwickeln von der Siebtrommel gezogen. Die Bauschigkeit des Garns war etwa 10%.
Das gebauschte Garn wurde nachfolgend zu Fitzen mit einem Umfang von etwa 36 inch (91,44 cm) und 122 Windungen gewickelt. Das Gesamtgewicht jeder Fitze war etwa 18 Gramm und die Fülldichte war etwa 0,3 cm³/g. Die Proben wurden mittels Kleinwinkel-Röntgenbeugung analysiert, um den scheinbaren durchschnittlichen Mikrofibrillendurchmesser (AMD) zu bestimmen, und auf Plug Crush Recovery (PCR, die Erholung nach Flachdrücken eines Garnpfropfens) geprüft. Der AMD war 160 Å und die PCR war 72%. Die Proben wurden auch in einem Umluftofen, Blue M Modell OV-490A-3 thermofixiert. Die Einstellungen des Ofens, die Thermofixierdauern, die Werte von PCR und AMD werden nachstehend gezeigt.
Kontrollversuch 2
Polypropylen mit einer nominalen Schmelzflussgeschwindigkeit von 16,5 g/10 Min. wurde bei Temperatureinstellungen von 400–435°F in einem mehrzonigen Extruder schmelzgesponnen. Die entstandenen Filamente wurden mit Luft von 15°C abgeschreckt und dann wurde eine Spinnausrüstung aufgebracht. Die Filamente wurde dann mittels Durchlaufen eines Fluidstrahlstrom-Texturierers texturiert. Das Garn wurde dann bei einem Streckverhältnis von etwa 2,5–3 mittels Durchlauf über eine Reihe von Walzen gestreckt, die auf 225, 275, 258 und 240°F (107,2; 135; 125,6; 115,6°C) erwärmt waren. Das entstandene Garn hatte einen Denierwert von 1394.
PCR und AMD des Garns waren 70–75% beziehungsweise 141 Å.
Kontrollversuch 3
Kommerzielle gebauschte Endlosfilament-Polypropylengarne, verkauft von Hercules und Wellington, wurden auf PCR und AMD geprüft. Die Ergebnisse erscheinen nachstehend:
Kontrollversuch 4

Proben von kommerziell erhältlichen, gebauschten Endlosfilament-Polypropylen-Teppichdeckgarnen wurden 50 Minuten lang in einem Luftofen bei 155°C thermofixiert und dann mit der PCR-Prüfung geprüft. Fünf Proben jedes Garns wurden geprüft; die nachstehend berichteten Ergebnisse sind ein Durchschnitt der einzelnen Prüfungsergebnisse.

Garnprobe (Denier)	PCR (%)
Beaulieu Red (1645)	79,8
Beaulieu Red (2043)	76,3
Beaulieu Blue (2035)	80,7
Beaulieu Beige (2051)	79,7
Shaw Light Red (1610)	79,4
Hercules Brown/Gold (2293)	80,3

Die Kontrollversuche 1–4 demonstrieren herkömmliche Herstellungsverfahren von BCF-Garn und die Prüfung von BCF-Garnen, die kommerziell verwendet werden oder wurden oder von verschiedenen Quellen erhältlich sind oder waren, mit und ohne zusätzliches Thermofixieren. Wie man aus den Ergebnissen dieser Kontrollversuch ersieht, wurde in keinem Fall ein AMD von mindestens 240 Å oder eine PCR von mindestens etwa 85% erreicht.
Beispiel 1
Unter Verwendung der Geräte wie in Kontrollversuch 1 wurde Polypropylen-Homopolymer mit einer Schmelzflussgeschwindigkeit von 15 Gramm pro 10 Minuten und einem gehinderten Amin als Stabilisator gegen UV-Licht, in einer Menge, die etwa 1,5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteilen der gesamten Zusammensetzung bereitstellt, als eine Schmelze durch eine Spinndüse mit zwei Sätzen von Löchern mit deltaförmigen Querschnitten extrudiert, und die Filamente wurden mit strömender Luft bei einer Temperatur von etwa 12°C in einer Querströmungs-Abschreckzone verfestigt. Die Filamente wurden zusammen gebracht und dann über Aufnehmerwalzen laufen gelassen, wo 1 Gew.-% der in Kontrollversuch 1 verwendeten Spinnausrüstung wie bei diesem Beispiel aufgebracht wurde. Der Denierwert des entstandenen Garns war 1520 Gramm/9000 Meter.
Das gesponnene Garn wurde auf der Streck-Texturier-Maschine weiter verarbeitet, wo das Garn zwischen erwärmten Walzenpaaren gestreckt, in einen Texturierstrahlstrom eingespeist, auf einer Siebtrommel niedergelegt und zu einer Aufwickelvorrichtung abgenommen wurde. Das Streckverhältnis war etwa 1,3 : 1. Das Garn wurde mittels eines Aufwickelgerätes von der Siebtrommel gezogen. Der Bauschigkeitsgrad des Garns war etwa 10%.
Das Garn wurde in einer modifizierten Superba-Verzwirnungsfixiereinheit (Superba TVP35, American Superba Corporation, Charlotte, NC) unter Verwendung von Dampf und heißem Wasser wärmebehandelt. Die Einheit war in der Form eines länglichen Rohrs oder Tunnels. Die Garne waren auf ein bewegliches Band gespult, das mit 12,5 Meter/Minute durch die Einheit laufen gelassen wurde. Die Garne wurden unter den folgenden Bedingungen erwärmt:
Analyse der Proben des Garns mittels Kleinwinkel-Röntgenbeugung ergab einen gemäß Formel (1) berechneten scheinbaren durchschnittlichen Mikrofibrillen durchmesser von 323 Å. Prüfung der Garne mittels der Plug Crush Recovery-Prüfung ergab eine PCR von 84%.
Beispiel 2
Polypropylen-Homopolymer mit einer Schmelzflussgeschwindigkeit von 15 Gramm pro 10 Minuten, in einer Mischung mit einem Konzentrat eines blauen Pigmentes und eines Stabilisators gegen UV-Licht wurde als eine Schmelze durch eine Spinndüse mit mehreren Löchern mit deltaförmigen Querschnitten extrudiert. Das Garn wurde in einer Abschreckzone mit radialer Einströmung mit strömender Luft bei 12°C abgeschreckt. Das Garn wurde über Walzen laufen gelassen, wo 1 Gew.-% Spinnausrüstung aufgebracht wurde. Das wie gesponnene Garn wurde auf einer Streck-Texturier-Maschine weiter verarbeitet wie in Beispiel 1. Zwei einstufige Zwirne des Garns wurden auf einer Mehrfachverzwirnungsmaschine für Teppichgarn (American Volkmann Corporation, Charlotte, NC) mit 4,5 Drehungen pro inch zusammengezwirnt. Das mehrfachverzwirnte, verzwirnte Garn wurde in einem Dampfautoklaven bei 155°C eine Minute lang erwärmt. Der AMD, bestimmt gemäß Formel (1) durch Kleinwinkel-Röntgenbeugungsabtastungen war 298 Å. Die PCR war 85%.
Vergleichsbeispiel 1
Bei diesem Vergleichsbeispiel wurde Thermofixieren mittels Dampf gemäß Beispiel 2 des kanadischen Patentes Nr. 957 837 auf ein verzwirntes, zweifachiges Teppichdeckgarn aus Polypropylen von 1450 Denier mit einer Druckerholung von 65– 70% angewendet.
Das Thermofixieren wurde unter Verwendung von 2 Rohren durchgeführt, jedes mit einer Länge von einem Meter, aber unterschiedlichen Durchmessern. Das weitere Rohr hatte einen Dampfeinlass von 1/4 inch. Entlang der Länge des kleineren Rohres wurden mit gleichen Abständen 30 Löcher, jeweils mit einem Durchmesser von 1/64 inch, gebohrt. Dieses Rohr wurde dann ins Innere des weiteren Rohrs verbracht und die Baugruppe wurde an ihren Enden abgedichtet, so dass zwischen den Rohren eine Kammer gebildet wurde. An jedem Ende der Baugruppe wurden Stopfbuchsen angebracht, um den Dampfdruck aufrecht zu halten. Die Garngeschwindigkeit durch das kleinere Rohr wurde mit einem Satz von Galetten, die sich in der Nähe jedes Endes der Baugruppe befanden, gesteuert.
In einer ersten Versuchsreihe wurde die Rohr-Baugruppe mit Dampf auf eine Temperatur von 155°C und einen Druck von 65 psig (0,45 N/mm²) im Inneren des kleineren Rohrs druckbeaufschlagt. Die Garne wurden mit Geschwindigkeiten durch das kleinere Rohr laufen gelassen, durch die Verweilzeiten von etwa ¾, ½, 1/3 und 1/10 Sekunden bewirkt wurden. Nach dem Erwärmen wiesen alle vier Proben einen merklichen Verlust an Griffigkeit, Bauschigkeit und Aussehen auf. Keine der Proben war als Teppichdeckgarn annehmbar.
In einer zweiten Versuchsreihe war die Dampftemperatur in dem kleineren Rohr 145°C. Die Garne wurden mit Verweilzeiten von etwa 1 und ¼ Sekunden durch das kleinere Rohr laufen gelassen. Aussehen, Bauschigkeit und Griffigkeit beider Proben blieben erhalten, aber die Druckerholungen waren nur 58% beziehungsweise 62%.
Ähnliche Versuche wurden unter Verwendung unverzwirnter, gebauschter Endlosfilamentgarne aus Polypropylen durchgeführt. Wieder waren die bei den höheren Temperaturen behandelten Garne wegen Schmelzens nicht annehmbar. Bei tieferen Temperaturen behandelte Garne verloren ihre gesamte Bauschigkeit.
Beispiel 3
Polypropylen-Homopolymer mit einer nominalen Schmelzflussgeschwindigkeit von 15 Gramm pro 10 Minuten gemäß ASTM D1238 Condition B wurde unter Verwendung eines Davis & Standard-Extruders bei 230°C zu Filamenten mit rundem Querschnitt schmelzgesponnen und dann abgeschreckt und mit Ausrüstung behandelt wie im Kontrollversuch 1. Die Garne wurden wie in Beispiel 1 gestreckt und texturiert, aber mit leichten Erhöhungen bei Streckverhältnis und Druck des Luftstrahlstroms. Das Garn hatte einen Bauschigkeitsgrad von 10%. Das gebauschte Garn wurde zu Fitzen gewunden und bei 145°C 50 Minuten lang thermofixiert. Prüfung des Garns mit der Plug Crush Recovery-Prüfung ergab einen PCR-Wert von 85%. Der AMD des Garns, ausgehend von Kleinwinkel-Röntgenbeugungsabtastungen gemäß Formel (1) bestimmt, war 235 Å. Wiederholen des Verfahrensablaufs, aber mit Thermofixieren bei 10°C höher, ergab Garne mit einem ausgehend von Kleinwinkel-Röntgenbeugungsabtastungen gemäß Formel (1) bestimmten AMD von 310 Å und einer PCR von 93%. Wiederholen des Verfahrensablaufs, aber mit auf 1–10 Minuten verringerter Dauer des Thermofixierens, ergab Garne mit ausgehend von Kleinwinkel-Röntgenbeugungsabtastungen gemäß Formel (1) bestimmten AMD-Werten von 287– 290 Å und PCR-Werten von 91–92%.
Beispiel 4
Gemäß Beispiel 2 hergestelltes Garn wurde zu einem Teppich mit einem Deckgewicht von 30 Unzen pro Quadratyard und 0,25 inch Florhöhe getuftet. Kompressionsprüfung des Teppichs ergab 86,5% Erholung von der Kompression.
Vergleichsbeispiel 2
Bei einem Versuch, Garn gemäß den Lehren von US 3152380 herzustellen, wurde ein Polypropylen mit 0,15 Gew.-% zugesetztem Titandioxid bei 238°C durch zwei Spinndüsen, mit jeweils 72 runden Löchern, schmelzgesponnen. Die Filamente wurden abgeschreckt und mit einem Streckverhältnis von 3,25 : 1 bei einer Temperatur von 130°C unter Verwendung einer Reihe von Walzen gestreckt. Die erhaltenen Filamente hatten Denierwerte von 15. Die Garne wurden gebauscht und dann bei verschiedenen Temperaturen 10 Minuten lang in einem Autoklav in einem ungespannten Zustand erwärmt. Dann wurden die PCR-Werte der Garne gemessen. Temperaturen und PCR-Werte werden in der folgenden Tabelle angegeben.
Vergleichsbeispiel 3
In einem Versuch, den Lehren von US 3256258 zu folgen, wurde Polypropylen mit einer nominalen Schmelzflussgeschwindigkeit von 15 g/10 min. bei einer Schmelzentemperatur von 230°C durch eine Spinndüse schmelzgesponnen, abgeschreckt, gestreckt und gebauscht. Die gebauschten Garne wurden bei unterschiedlichen Temperaturen ohne Spannung erwärmt und die PCR-Werte der Garne gemessen. Erwärmungsdauern und -Temperaturen und die Durchschnitte von fünf PCR-Messungen für jede Probe werden nachstehend angegeben.

Claims

Faser umfassend Propylenpolymer und gekennzeichnet durch eine solche Kleinwinkel-Röntgenbeugung, dass ein Durchschnitt von
bei einer solchen Positionierung der Faser, dass deren Längsachse mit Winkeln, α, von 10° und 20° von einer Senkrechten zum Röntgenstrahl geneigt ist, mindestens etwa 240 Å beträgt, wobei I_m(0) die maximale Intensität der Kleinwinkel-Röntgenstrahl-Meridianreflexion bei einer solchen Positionierung der Faser, dass deren Längsachse senkrecht zum Röntgenstrahl steht, ist, I_m(α) die maximale Intensität der Kleinwinkel-Röntgenstrahl-Meridianreflexion bei einer solchen Positionierung der Faser, dass deren Längsachse mit dem Winkel α von der Senkrechten zum Röntgenstrahl geneigt ist, ist,
ϕ_m eine Winkelposition in Radiant des Zentrums der Kleinwinkel-Röntgenstrahl-Meridianreflexion in halber Höhe relativ zum Zentrum des einfallenden Röntgenstrahls bei einer solchen Positionierung der Faser, dass deren Längsachse senkrecht zum Röntgenstrahl steht, ist, und wobei die Kleinwinkel-Röntgenbeugung mit CuKα-Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,5418 Å durchgeführt wird und der Röntgenstrahl auf eine Winkelweite bei halber Höhe von 1,81 Winkelminuten Spalt-kollimiert ist.
Faser nach Anspruch 1 in Form einer Stapelfaser.
Faser nach Anspruch 1 in Form einer Endlosfaser.
Faser nach irgendeinem der Ansprüche 1, 2 und 3, worin das Propylenpolymer Polypropylen-Homopolymer umfasst.
Multifilamentgarn umfassend eine Faser nach Anspruch 3 oder 4.
Garn nach Anspruch 5 mit einer Plug Crush Recovery von mindestens etwa 80%.
Garn umfassend eine Faser nach irgendeinem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4.
Teppich mit einer Floroberfläche umfassend eine Faser oder ein Garn nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7.
Gewebe oder Vliesstoff umfassend eine Faser oder ein Garn nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7.
Textilerzeugnis umfassend eine Faser oder ein Garn nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7.
Texturiertes Filamentgarn umfassend eine Mehrzahl von Filamenten von Propylenpolymer und mit einer Plug Crush Recovery von mindestens etwa 85%.
Garn nach Anspruch 11, worin das Propylenpolymer Polypropylen-Homopolymerumfasst.
Teppich mit einer Floroberfläche umfassend ein Garn nach Anspruch 11 oder 12.
Gewebe oder Vliesstoff umfassend ein Garn nach Anspruch 11 oder 12.
Textilerzeugnis umfassend ein Garn nach Anspruch 11 oder 12.