DE1089998B

DE1089998B - Process for controlling the evenness of the molecular pre-orientation of threads spun from linear polyesters

Info

Publication number: DE1089998B
Application number: DEF19335A
Authority: DE
Inventors: Dr Herbert Kurzke; Dr Helmut Sattler
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1956-01-21
Filing date: 1956-01-21
Publication date: 1960-09-29

Description

Verfahren zur Kontrolle der Gleichmäßigkeit der molekularen Vororientierung von aus linearen Polyestern gesponnenen Fäden Fäden aus hochschmelzenden linearen Polyestern, insbesondere Terephthalsäurepolyestern, werden aus dem Schmelzfluß durch Auspressen aus Lochdüsen gewonnen. Diese Fäden werden von den sie erzeugenden Düsen abgezogen und auf Spulen gesammelt. Anschließend werden sie bei normaler Raumtemperatur oder auch bei höherer Temperatur in geeigneten Anordnungen auf das Mehrfache ihrer Ausgangslänge verstreckt, wobei ihnen eine bleibende molekulare Orientierung und damit eine hohe Festigkeit verliehen wird. Method of controlling the uniformity of the molecular pre-orientation of threads spun from linear polyesters threads made from high melting point linear Polyesters, especially terephthalic acid polyesters, are passed through from the melt flow Pressing out from perforated nozzles. These threads are produced by the nozzles that produce them peeled off and collected on spools. Then they are at normal room temperature or at a higher temperature in suitable arrangements to several times their Initial length stretched, giving them a permanent molecular orientation and so that a high strength is imparted.

Beim Abziehen von der Spinndüse erfahren die Fäden nun aber bereits eine schwache molekulare Vororientierung, deren Größe von dem Material und von den Spinnbedingungen, wie Spinntemperatur, Düsenanordnung, Lochdurchmesser, Fördermenge, Abzugsgeschwindigkeit und den Abkühlungsverhältni ssen, in verwickelter Weise abhängt. Unter diesen Parametern - gibt es einige, wie die Abkühlungsverhältnisse der frisch gesponnenen erstarrenden Fäden, deren Konstanz sich nur mit Mühe erzwingen läßt. When pulling off the spinneret, however, the threads already experience a weak molecular pre-orientation, the size of which depends on the material and the Spinning conditions, such as spinning temperature, nozzle arrangement, hole diameter, flow rate, The take-off speed and the cooling conditions depend in a complicated manner. Among these parameters - there are some like the cooling ratios of the fresh spun, solidifying threads, whose constancy can only be enforced with difficulty.

Der Betrag der molekularen Vororientierung ist nun von großer Bedeutung sowohl für die weiteren Verarbeitungsstufen als auch für die Eigenschaften des Endproduktes. So hängt beispielsweise die Verstreckbarkeit bei der endgültigen orientierenden Verstreckung von der Vororientierung ab. Auch werden die textilen Werte des Endproduktes, wie Reißfestigkeit, Bruchdehnung, Elastizitätsmodul, aber auch die Aufnahmefähigkeit für Farbstoffe und Ausrüstungsmittel, durch die Vororientierung beeinflußt. Zur Erzeugung immer gleichartiger Endprodukte muß daher die Vororientierung der Fäden jeder einzelnen Spinneinrichtung zeitlich konstant gehalten werden. Verschiedene gleichlaufende Spinneinrichtungen sind hinsichtlich der in ihnen entstehenden Vororientierung einander anzupassen. Dazu bedarf es einer laufenden Kontrolle der molekularen Vororientierung der unverstreckten Fäden. The amount of molecular pre-orientation is now of great importance both for the further processing stages and for the properties of the end product. For example, the stretchability depends on the final orienting Stretching from the pre-orientation. The textile values of the end product are also such as tensile strength, elongation at break, modulus of elasticity, but also the absorption capacity for dyes and finishing agents, influenced by the pre-orientation. To the The pre-orientation of the threads must therefore always be used to produce end products of the same type each individual spinning device are kept constant over time. Different Co-rotating spinning devices are with regard to the pre-orientation arising in them to adapt to each other. This requires constant monitoring of the molecular pre-orientation of the undrawn threads.

In der Praxis der Herstellung von Fäden aus linearen Polyestern, insbesondere Terephthalsäurepolyestern, wird die molekulare Vororientierung durch die optische Doppelbrechung der Spinnfäden gemessen und laufend kontrolliert, denn diese ist ein Maß für die Vororientierung der Kettenmoleküle in den Fäden. In the practice of making threads from linear polyesters, especially terephthalic acid polyesters, the molecular pre-orientation is caused by the optical birefringence of the filaments is measured and continuously monitored, because this is a measure of the pre-orientation of the chain molecules in the threads.

Die Messung der Doppelbrechung erfolgt an Einzelkapillaren der Spinnfäden unter dem Polarisationsmikroskop mit Hilfe eines optischen Kompensators, aus dessen Einstellung und der vorher gemessenen Faserdicke die Doppelbrechung berechnet werden kann. Sie wird als Verhältnis des optischen Gangunterschiedes in zwei senkrechten Schwingungsebenen des Lichtes zur Materialdicke angegeben und beträgt bei nur vororientierten Spinnfäden aus linearen Poly- estern 0 bis 20-10-3, vorzugsweise 2 10-3 bis 10.10-3. The birefringence is measured on individual capillaries of the filaments under the polarizing microscope with the help of an optical compensator, from which Setting and the previously measured fiber thickness the birefringence can be calculated can. It is expressed as the ratio of the optical path difference in two perpendicular Levels of oscillation of light are given for the material thickness and are only pre-oriented Spun threads made of linear poly- esters 0 to 20-10-3, preferably 2 10-3 to 10.10-3.

Die Bestimmung der Vororientierung aus der optischen Doppelbrechung hat nun eine Reihe von Nachteilen. Zur Messung selbst bedarf es eines ziemlich kostspieligen und in seiner Handhabung umständlichen Gerätes, des Polarisationsmikroskops mit Kompensator, das seinerseits wieder eine entsprechende Vorbereitung des Untersuchungsmateri als als mikroskopisches Präparat erfordert. Außerdem muß noch die Fadendicke bestimmt werden. Dadurch wird die Messung der Doppelbrechung zeitraubend und kann nur von besonders geschultem Personal vorgenommen werden. The determination of the pre-orientation from the optical birefringence now has a number of disadvantages. For the measurement itself, it takes a rather expensive one and in its handling cumbersome device, the polarizing microscope with Compensator, which in turn is a corresponding preparation of the investigation material than required as a microscopic preparation. In addition, the thread thickness has to be determined will. This makes the measurement of the birefringence time consuming and can only be done by specially trained personnel.

Dem Charakter der mikroskopischen Messung entsprechend, wird die Doppelbrechung nur für ein sehr kurzes Stück einer Einzelkapillare des Spinnfadens bestimmt. Da diese Vororientierung und damit die Doppelbrechung aber sehr stark unter anderem auch von den Abkühlungsverhältnissen bei der Erstarrung des Fadens abhängen, diese aber durch zufällige und zeitlich und räumlich schnell wechselnde Luftströmungen bestimmt sind, weisen die Doppelbrechungswerte eines Materials eine erhebliche Streuung auf. According to the nature of the microscopic measurement, the Birefringence only for a very short piece of a single capillary of the filament certainly. Since this pre-orientation and thus the birefringence is very strong among other things also on the cooling conditions during the solidification of the thread depend, but these are random and rapidly changing in terms of time and space Air currents are determined, the birefringence values of a material have a considerable spread.

Für ein mittleres Maß der Vororientierung müssen daher eine ganze Reihe von Doppelbrechungsmessungen durchgeführt werden, wodurch der Zeitaufwand noch wächst.For a medium degree of pre-orientation, a whole Series of birefringence measurements can be performed, reducing the time required still growing.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß zur Kontrolle der Gleichmäßigkeit der molekularen Vororientierung von aus linearen Polyestern, vorzugsweise Terephthalsäurepolyestern, gesponnenen Fäden die Schrumpfung der fertiggesponnenen, aber noch unverstreckten Fäden als Maß ihrer molekularen Vororientierung bei Temperaturen zwischen der Einfriertemperatur und dem-Schmelzpunkt des Polyesters bestimmt wird. Die beschriebenen Nachteile der Bestimmung der Vororientierung durch die bekannte Messung der optischen Doppelbrechung werden in dem neuen Verfahren. nach der Erfindung vermieden. In contrast, the invention consists in that to control the uniformity the molecular pre-orientation of linear polyesters, preferably Terephthalic acid polyesters, spun threads the shrinkage of the finished spun, but still undrawn Threads as a measure of their molecular pre-orientation at temperatures between the glass transition temperature and the melting point of the polyester is determined. The disadvantages of the Determination of the pre-orientation by the known measurement of the optical birefringence will be in the new process. avoided according to the invention.

Setzt man einen unverstreckten, vororientierten Spinnfaden einer erhöhten Temperatur aus, so schrumpft er. Der Betrag der Schrumpfung, beispielsweise ausgedrückt als Längenänderung in Prozenten der ungeschrumpften Ausgangslänge, hängt ab von den äußeren Bedingungen des Schrumpfvorganges, also von der Temperatur und von dem umgebenden Medium. Läßt man den Faden nicht frei schrumpfen, so tritt eine Schrumpfkraft auf, die außer von den angegebenen Parametern noch von dem Querschnitt des Fadens abhängt. If you set an undrawn, pre-oriented spinning thread increased temperature, it will shrink. The amount of shrinkage, for example expressed as the change in length as a percentage of the unshrinked original length, depends from the external conditions of the shrinking process, i.e. from the temperature and from the surrounding medium. If the thread is not allowed to shrink freely, one occurs Shrinkage force, which apart from the specified parameters also depends on the cross-section depends on the thread.

Die Schrumpfung unverstreckter, vororientierter Fäden aus linearen Polyestern, insbesondere Terephthalsäurepolyestern, bei gleichbleibenden äußeren Bedingungen wird durch das Ausmaß der Vororientierung der Kefteumdeküle in dem Faden bestimmt. The shrinkage of undrawn, pre-oriented threads made of linear Polyesters, especially terephthalic acid polyesters, with the same exterior Conditions is determined by the degree of pre-orientation of the chain ends in the thread certainly.

Weiterhin ändert sich die Schrumpfung mit den technischen Bedingungen des Verformungsvorganges, Spinntemperatur, Düsenanordnung, Düsengröße, Abzugsgeschwindigkeit und Abkühlungsverhältnissen, ähnlich wie die bisher als Maß der Vororientierung dienende Doppelbrechung.Furthermore, the shrinkage changes with the technical conditions the deformation process, spinning temperature, nozzle arrangement, nozzle size, take-off speed and cooling conditions, similar to those previously used as a measure of pre-orientation serving birefringence.

Damit bietet sich ein Verfahren zur Kontrolle der Gleichmäßigkeit der molekularen Vororientierung von aus linearen Polyestern gesponnenen Fäden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schrumpfung der unverstreckten Fäden als Folge erhöhter Temperatur unter sonst gleichbleibenden Bedingungen bestimmt wird. Die Schrumpfung äußert sich dabei als Längenänderung, wenn keine Kraft auf den Faden wirkt. Bei einer festen Kraft durch ein Belastungsgewicht äußert sie sich ebenfalls als Längenänderung, bei fester Einspannlänge des Fadens jedoch als Schrumpfkraft. In den beiden letzten Fällen geht als Maß der Vororientierung die Schrumpfspannung je Flächeneinheit ein, womit eine Dickenbestimmung des Fadens oder Fadenbündels notwendig wird. Man wird also mit Vorteil als Maß der Vororientierung die freie Schrumpfung des Fadens ohne die Einwirkung äußerer Kräfte heranziehen. This provides a method for checking uniformity the molecular pre-orientation of filaments spun from linear polyesters, the is characterized in that the shrinkage of the undrawn threads as a result elevated temperature is determined under otherwise constant conditions. the Shrinkage manifests itself as a change in length when there is no force on the thread works. In the case of a fixed force from a load weight, it is also expressed as a change in length, but with a fixed clamping length of the thread as a shrinkage force. In the last two cases, the shrinkage stress is used as a measure of the pre-orientation per unit area, which is a determination of the thickness of the thread or thread bundle becomes necessary. It is therefore advantageous to use the free measure of pre-orientation Use shrinkage of the thread without the action of external forces.

Die Schrumpfung der unverstreckten Fäden ist nur dann ein Maß ihrer molekularen Vororientierung, wenn die Schrumpfbedingungen konstant gehalten werden. Dazu bieten sich leicht eine Reihe von Möglichkeiten. The shrinkage of the undrawn threads is only then a measure of them molecular pre-orientation if the shrinkage conditions are kept constant. There are a number of ways to do this.

So kann die Schrumpfungsmessung in Luft erhöhter Temperatur erfolgen, etwa im Heizschrank oder Heizofen. Dabei muß aber die Temperatur genau konstant gehalten werden. Das gleiche gilt beim Schrumpfen in Wasser oder in hochgespanntem Dampf. Besonders einfach wird die Konstanthaltung der Schrumpftemperatur, wenn man die Schrumpfung in siedendem Wasser oder in entspanntem Naßdampf erfolgen läßt. The shrinkage measurement can be carried out in air at elevated temperature, for example in the heating cabinet or stove. But the temperature must be exactly constant being held. The same applies to shrinking in water or in high tension Steam. Keeping the shrinking temperature constant is particularly easy if you the shrinkage can take place in boiling water or in relaxed wet steam.

Vor allem der letzte Fall erlaubt sehr einfache Einrichtungen zur Schrumpfungsmessung. Ein Spinnfaden oder ein Bündel von solchen wird einseitig eingespannt, auf eine bestimmte Ausgangslänge abgeschnitten und in ein senkrechtes dampfdurchströmtes Rohr eingehängt. Nach wenigen Minuten wird die Probe aus dem Rohr genommen und ihre jetzt kürzere Länge gemessen.The last case in particular allows very simple facilities to be used Shrinkage measurement. A spider thread or a bundle of such is clamped on one side, cut to a certain initial length and converted into a vertical steam flow Hooked in the pipe. After a few minutes, the sample is removed from the tube and your now shorter length measured.

Die Schrumpfungsmessung kann an verhältnismäßig langen Stücken, die beispielsweise 20 oder 50 cm lang sein können, erfolgen. Außerdem lassen sich mit Vorteil vor der Messung mehrere Spinnfäden zu einem Bündel zusammenlegen, dessen Schrumpfung als Ganzes bestimmt wird. Damit tritt bei der Messung der Schrumpfung als Maß der Vororientierung eine dreifache Mittelung ein; es wird gemittelt über die Einzelkapillaren eines Spinnfadens, über die ganze Länge des schrumpfenden Fadens und schließlich über die gleichzeitig eingespannten Spinnfadenstücke. The shrinkage measurement can be carried out on relatively long pieces that can be for example 20 or 50 cm long. You can also use It is advantageous to combine several filaments into a bundle before measuring Shrinkage as a whole is determined. This occurs when measuring the shrinkage a triple averaging as a measure of the pre-orientation; it is averaged over the individual capillaries of a spun thread, over the entire length of the shrinking thread and finally over the pieces of spun thread clamped at the same time.

Durch diese Mittelung erübrigt sich unter sorgfältiger Einstellung der sonstigen Schrumpfbedingungen die bei der Doppelbrechungsmessung notwendig mehrfache Bestimmung.This averaging is unnecessary with careful adjustment of the other shrinkage conditions, the multiple necessary for the birefringence measurement Determination.

Beispiel 1 Durch Aufschmelzen von 18,8 g/min Schnitzeln aus Terephthalsäurepolyestern wurde bei einer Spinntemperatur von 2850 C aus einer Düse mit 24 Löchern von 0,25 mm Durchmesser ein Faden gesponnen, mit 1030 m/min Geschwindigkeit abgezogen und aufgespult. Er war unverstreckt und hatte einen Titer von 8 Denier je Einzelkapillare. Example 1 By melting 18.8 g / min chips made from terephthalic acid polyester was at a spinning temperature of 2850 C from a nozzle with 24 holes of 0.25 mm diameter a thread is spun, withdrawn at a speed of 1030 m / min and wound up. It was undrawn and had a titer of 8 denier per individual capillary.

Zur Kennzeichnung seiner Vororientierung wurden vergleichsweise zehn Doppelbrechungsmessungen an herauspräparierten Einzelkapillaren unter dem Polarisationsmikroskop durchgeführt. Es ergab sich ein Mittelwert von 4,9810-3 mit einem Fehler von +0,09-10-3. Zu dieser Messung wurden 25 Minuten gebraucht. Comparatively ten were used to identify its pre-orientation Birefringence measurements on dissected single capillaries under the polarizing microscope carried out. The result was a mean of 4.9810-3 with an error of + 0.09-10-3. This measurement took 25 minutes.

Die Schrumpfungsmessung des Materials erfolgte an einem Bündel von 20 cm Länge aus zehn Spinnfäden in einem dampfdurchströmten Rohr bei 970 C. The shrinkage measurement of the material was carried out on a bundle of 20 cm in length from ten spun threads in a pipe with steam flowing through it at 970 C.

Es wurden 50,250/0 Schrumpfung gemessen mit einem gesamten Zeitaufwand von 5 Minuten.50,250 / 0 shrinkage was measured with a total expenditure of time of 5 minutes.

Aus zahlreichen Messungen ergab sich für die Genauigkeit der Einzelschrumpfungsmessung ein Betrag von +O,2e/o. Das entspricht unter Berücksichtigung des gleichzeitigen Ganges von Doppelbrechung und Schrumpfung mit der Vororientierung einem Fehler in der Doppelbrechung von +0,04-10-3. Dieser ist also wesentlich geringer als bei der direkten Doppelbrechungsmessung, trotz des für diese wesentlich größeren Zeitaufwandes. Hinsichtlich des Zeitaufwandes ist noch hervorzuheben, daß in einer geeigneten mehrstelligen Apparatur Schrumpfungsmessungen an zehn bis zwanzig Spinnfäden verschiedener Herkunft durchgeführt werden können; die Zeitdauer für den eigentlichen Schrumpfvorgang spielt dann praktisch keine Rolle mehr. Numerous measurements resulted in the accuracy of the individual shrinkage measurement an amount of + O, 2e / o. This corresponds to taking into account the simultaneous Ganges of birefringence and shrinkage with the pre-orientation an error in the birefringence of + 0.04-10-3. So this is much lower than the direct birefringence measurement, in spite of the much greater time required for this. With regard to the time required, it should also be emphasized that in a suitable multi-digit Apparatus Shrinkage measurements on ten to twenty filaments of various origins can be carried out; the length of time for the actual shrinking process plays then practically no longer a role.

Beispiel 2 Ein Spinnfaden aus Terephthalsäurepolyestern mit einem Titer von etwa 200 Denier wird aus einer 18-Loch-Düse gesponnen, abgezogen und aufgespult. Example 2 A spun thread made of terephthalic acid polyester with a A titer of about 200 denier is spun, drawn off and wound up from an 18-hole nozzle.

Die Abzugsgeschwindigkeit wurde in drei Stufen variiert. Doppelbrechung und Schrumpfung für die mit den drei Abzugsgeschwindigkeiten gesponnenen Materialien sind in der Tabelle festgehalten: Tabelle zu Beispiel 2 Abzugs- geschwindigkeit | Doppelbrechung | Schrumpfung m/min Olo 600 2,5 10-3 31 800 3,6 10-3 40 1000 4,7 10-3 48 Die Werte zeigen deutlich, daß die Schrumpfung sich bei Änderung der Abzugsgeschwindigkeit im gleichen Sinne und Ausmaß ändert wie die Doppelbrechung.The take-off speed was varied in three stages. Birefringence and shrinkage for the materials spun at the three take-off speeds are recorded in the table: Table for Example 2 Deduction speed | Birefringence | shrinkage m / min Olo 600 2.5 10-3 31 800 3.6 10-3 40 1000 4.7 10-3 48 The values clearly show that the shrinkage changes with a change in the take-off speed in the same sense and extent as the birefringence.

Beispiel 3 Ein Spinnfaden aus Terephthalsäurepolyester mit einem Titer von etwa 200 Denier wurde aus einer 18-Loch-Düse gesponnen, mit 80 mlmin Geschwindigkeit abgezogen und aufgespult. Die Spinntemperatur wurde in drei Stufen variiert. Die entsprechenden Doppelbrechungen und Schrumpfungswerte sind in der Tabelle zusammengestellt: Tabelle zu Beispiel 3 Spinntemperatur | Doppelbrechung | Schrumpfung 0c 0/0 279 3,25 10-3 42 283 3,2 - 10-3 40,9 290 3,110-5 38 Schrumpfung und Doppelbrechung ändern sich in gleicher Weise mit der Spinntemperatur.Example 3 A spun thread made of terephthalic acid polyester with a titer of about 200 denier was spun from an 18-hole nozzle, drawn off at a speed of 80 ml / min and wound up. The spinning temperature was varied in three stages. The corresponding birefringence and shrinkage values are compiled in the table: Table for Example 3 Spinning temperature | Birefringence | shrinkage 0c 0/0 279 3.25 10-3 42 283 3.2-10-3 40.9 290 3.110-5 38 Shrinkage and birefringence change in the same way with the spinning temperature.

PATENTANSPROCHEr 1. Verfahren zur Kontrolle der Gleichmäßigkeit der molekularen Vororientierung von aus linearen Polyestern gesponnenen Fäden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrumpfung der fertiggesponnenen, aber noch unverstreckten Fäden als Maß ihrer molekularen Vororientierung bei Temperaturen zwischen der Einfriertemperatur und dem Schmelzpunkt des Polyesters bestimmt wird. PATENT APPEAL 1. Method of controlling the uniformity of the molecular pre-orientation of threads spun from linear polyesters, thereby characterized in that the shrinkage of the finished spun, but still undrawn Threads as a measure of their molecular pre-orientation at temperatures between the glass transition temperature and the melting point of the polyester is determined.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized in that the free Shrinkage of the threads is determined.

3. The method according to claim 1, characterized in that the shrinkage of the threads in hot air at a temperature between the freezing temperature and the Melting point of the polyester is determined.

4. The method according to claim 1, characterized in that the shrinkage the threads are determined in boiling water.

5. The method according to claim 1, characterized in that the shrinkage the threads in relaxed steam (wet steam) is determined.