DE1785502A1 - Polyaethylenterephtahalat-Faeden,-Garne und -Corde - Google Patents

Description

E. I. DU PONT DS NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898, V. St. A.

Polyethylenterephthalat-Fäden, -Garne und -Corde

Die Erfindung betrifft Polyäthylenterephthalat-Fäden, -Garne und -Corde, welche eine besondere Eignung zur Verstärkung von elaetomeren Gebilden haben.

Fäden aus Polyäthylenterephthalat sind allgemein bekannt, aber die Kombination von hoher Festigkeit, hoher Dehnung und hoher Beständigkeit gegen BiegungsermUdung konnte bisher bei diesen Fäden nloht erreicht werden. Diese Eigenschaftskombination verleiht diesen Fäden eine Ideale Eignung für diejenigen Zwecke, bei denen Zugfestigkeit und gute Quereigensohaften benötigt

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werden· Solehe Fäden würden sieh besonders zur Verstärkung von ElastomergegenaUfoden, wie Luftreifen» Keilriemen, Planen und SohlSuchen eignen·

Gegenstand der Erfindung sind Polyäthylenterephthalat-Fäden, »Garne und -Corde, die gekennzeichnet sind durch eine Fadenreissfestigkeit von mindestens 10 g/den (bezogen auf den Ti· ter beim Bruch)« eine Bruchdehnung von mindestens XO & ein Molekulargewicht des Polyäthylenterephthalats entsprechend einer relativen Viskosität zwischen 47 und 10O₉ eine molekulare Orientierung zwischen den Fadenachaen, die ausreicht für eine Schallgeschwindigkeit zwischen 4 und 6 ke/Sek., einen Kristallisationsgrad, der ausreicht für *ine Dichte zwischen 1,57 und 1,42 g/ear, und eine ■ mittlere fiitfernung zwischen Kristall! ten (oder zwischen Bereichen hoher Kristallini tat) die ausreicht, um einen Langperiodenabstand von windestens 125 8 zu ergeben·

Diese Fäden werden erhalten, indes »an ein Polykondensat, das aus wenigstens 95 % wiederkehrenden Äthylenglykolterepfathalat-Einheiten gebildet wird und eine relative Viscoslttt von wenigstens 49 hat, schee3atversplnnt, die Spannung auf dea Spinnfadenverlauf in der Erstarrungs»one auf weniger als 0,028 g/den hält und danach die FMden bei einer Teeperatur von 80 bis 255⁰C auf

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mindestens das 5,7faehe ihrer Länge im unverstreckten Zuatar ι νarstreckt, wobei man mindestens den letzten Teil der Verstrekkung bei einer Temperatur über 140 ⁰C vornimmt. Als Polymerisat wird für die erfindungsgemässen Fäden ein hochmolekulares Polyäthylenterephthalat verwendet, d. h. ein Polykondensate das von mindestens 95 & vorzugsweise mindestens 97 % wiederkehrenden Äthylenterephthalat-Elnheiten der Formel

gebildet wird. Dabei können bis zu etwa 5 Mol#, vorzugsweise weniger als 3 Mol£ anderer esterbildender Einheiten zugeführt werden. Von solchen anderen esterbildenden Einheiten, die in diesen kleineren Mengen vorliegen können, seien DlätkylengXy kol, andere Polymethylenglykole mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Hexahydro-p-xylylenglykol, andere aromatische Dicarbonsäuren, wie Isophthalsäure, Bibenzoesäure, p-Terphenyl-4,4"-diearbonsäure, Hexahydroterephthalsäure und dergleichen oder kleine Mengen aliphatischer Säuren, wie Adipinsäure, oder einer Hydroxysäure, wie Hydroxyessigsäure, genannt.

Die erfindungsgemässen Fäden werden von Polyäthylenterephthalat mit einem genügenden Molekulargewicht gebildet, um eine relative Viscosität von wenigstens 47 zu ergeben. Die

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kennzeichnen sich durch eine Reissfestigkeit von mindestens 10 g/den (bezogen auf den Titer beim Bruch) und eine Bruchdehnung von mindestens 10 #.

Das Molekulargewicht kann anhand der relativen Viscosltät ausgedrückt werden. Unter der relativen Viscosität ist hier das Verhältnis der Viscosität einer 10#igen Lösung (2,15 g Polykondensat auf 20 ml Lösungsmittel) Polyethylenterephthalat in einem Gemisch von 10 Gew.teilen Phenol und 7 Gew.teilen 2,4,6-Trichlorphenol zur Viscosität des Phenol-Trichlorphenol-Geraisches als solchem, ausgedrückt in den gleichen Einheiten bei 25 ⁰C, zu verstehen. Die erfindungsgemäss hergestellten Fäden haben eine relative Viscosität zwischen 47 und 100, vorzugsweise 50 und 70.

Der Grad der Molekularorientierung längs einer Fadenachse kann anhand der "Schallgeschwindigkeit" bestimmt werden, wobei höhere Geschwindigkeitswerte einen höheren Orient!erungsgrad bedeuten. Die für die Schallgeschwindigkeit geltenden Beziehungen und Prüfverfahren sind von Charch und Moaely in Textile Research Journal^ Vol. 29, Juli 1959, S. 525, beschrieben word-sn. Die Schallgeschwindigkeit (Einheit. km/Sek.) wird zusammenfassend bestimmt, indem man unter Verwendung bekannter Vorrichtungen eine, Schallwelle mit einer Frequenz von 10 000 Hz über eine bekannte Strecke die Polymerisatstruktur

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durchlaufen lässt. Bei der Bestimmung der hier genannten Schallgeschwindigkeitswerte wurden die Fäden unter einer Streckspannung von 3,0 g/den gehalten. Die erfindungsgemäss erhaltenen Fäden weisen Schallgeschwindlgkeitswerte im Bereich von 4 bis 6 ktn/Sek» auf.

Der Grad der Kristallinität länge eines Fadens kann durch Dichtemessungen bestimmt werden. Die hier genannten Dichtewerte (Einheit g/cnr) sind in einem Dichtegradienten-Zylinder duroh Beobachtung der Gleichgewichtshöhe einer kurzen Fadenprobe bestimmt, die in einem sorgfältig geeichten, inerten FlUssigkeltsgemisch sich verändernder Dichte hängt. Das Flüssigkeitsgemisch wird von n-Heptan und Tetrachlorkohlenstoff gebildet. Die Dichte der erfindungsgemäss hergestellten Fäden liegt zwischen 1,37 und 1,42 g/onr.

Die mittlere Entfernung zwischen Kristalliten (oder in Bereichen hoher Kristallinität) längs einer Fadenachae steht in Beziehung zu dem "Langperlodenabstand", der aus Kleinwinkel-Röntgenstreuungsbestimmungen gewonnen wird, die nach bekannten Methoden durchgeführt werden, Man lässt eine Röntgenstrahlung bekannter Wellenlänge, z. B. CuKot-Strahlung von 1,54 8 Wellenlänge, senkrecht zur Faseraohee duroh die Faser hindurchtreten und zeichnet das Diagramm photographisch auf. Man unter-

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sucht die diskrete meridiale Streuung bei kleinen Winkeln. d. h. Winkeln von weniger als etwa 1°. Aufgrund einer Messung der Verschiebung der Strahlung gegenüber einer Geraden und den räumlichen Merkmalen der Vorrichtung lässt sich der wiederkehrende Abstand d unter Verwendung der Braggschen Gleichung ηλ. = 2 d sin θ errechnen, worin η die Konstante 1 (Brechung erster Ordnung), /L die Wellenlänge der einfallenden Strahlung und θ den Braggschen Winkel bedeutet. Der Langperioden-Abstand 1st gleich dem Wert von d, ausgedrückt in der Einheit $. Eine nähere Erläuterung von Verfahren zur Bestimmung der Kleinwinkel-Röntgenstrsuung enthält Kapitel 12 von H. P. Klug und L. E. Alexander, ^MX-Ray Diffraction Procedures", John Riley & Sons, New York, New York, V. St. A., 1954.

Die erfindungsgemässen Fäden haben einen Langperiodenabstand von mehr als 125 S. Geeignete, über diesem Kindestwert liegende Langperiodenabstände hängen von dem Molekulargewicht des Polykondensates und der Molekularorientierung und Kristallini tat des Fadens ab. Diese Abhängigkeit ist graphisch in der Zeichnung erläutert, bei welcher eine Funktion von Schallgeschwindigkeit, Dichte und relativer Viscosität gemäss der Fomnmel

χ - 2,4455 SV - 17,641<$ + O,O4O85 RV + 16,0820

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(SV = Schallgeschwindigkeit, 3 gleich Dichte und KV gleich relative Viscosität) als Abszissenwerte gegen den Langpericdenatostand als Ordinatenwerten aufgetragen ist. Wenn die Schallgeschwindigkeit, die Dichte und die relative Viaeosität innerhalb der obengenannten Bereiche solche Werte aufweisen» dass χ kleiner als 4,8 ist, müssen die Fäden gernäss der Erfindung einen Langperiodenabstand von mehr als 165 $ aur.,c^oen. Wenn χ zwischen 4,8 und 6,1 Äiegt, muss der Langperiodenabstand gleich den oder grosser als die entsprechen den Werte(n) auf der* Linie EP sein. Wenn χ gröa^ex als 6,1 ist, sind Langperlodenabstände von mehr als 125 Ä geeignet.

Hochmolekulares Polyäthyienterephthalat ist nach bekannten Verfahren und mit bekannten Katalysatoren erhältlich (z. B* geraäss USA-Patentschrift 2 916 474, 2 647 885 und 2 534 028' Obwohl Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenterephthalat mit einer relativen Viscosität von mehr als 47 beschrieben worden sind, ist dieses Polykondensat noch nicht au Fäden scnmelzgesponnen worden. Der Umstand, dass Informationen über schmelzgesponnene Polyäthylenterephthalat-Päden mit einer relativen Viacosität im Bereich von 47 bis 100 bisher fehlen, ist verstär.dlich, wenn man die Schwierigkeit _t Polykondensate mit einer derart hohen Schmelzviscosität zu handhaben, den Bedarf an über dan Normalwerten liegenden Spinntemperaturen und dan Bedarf an stärkeren, für hohe Drücke geeigneten Vor-

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richtungen sowie die bisher geltende Anschauung berücksichtigt, dass bei Polykondensaten mit einer relativen Viscosität von mehr als etwa 25 oder 40 in bezug auf die Fadeneigenschaften keine Vorteile zu erwarten seien.

Die Schwierigkeiten« welche die Handhabung von geschmolzenem Polyäthylenterephthalat mit einer relativen Viscosität in dem hier beschriebenen Bereich bietet, werden noch klarer, wenn man die Schmelzviscosität mit derjenigen des Polyamides vergleicht. Die Schmelzviscosität von Polyäthylenterephthalat und von 66 Nylon (bestimmt bei Scherstärken von weniger als 10 Sek." ) sind in der folgenden Tabelle einander bei zwei verschieden hohen relativen Visoositäten gegenübergestellt:

Relative Schmelzvlsco3ltät, P (304 ⁰C)

TloSile^{täfc 66 Ν}*^1οη Polyäthylen-Lösung? terephthalat

50 750 5800

70 1700 22 000

Die Spinnbedingungen zur Herstellung der erfindungsgenässen Fäden müssen so gewählt werden, dass die auf die erstarrenden Fäden einwirkende Spannung ungewöhnlich niedrig 1st und das ersponnene Fadengut sich somit, vor dem Verstrecken, durch

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eine sehr geringe Mstiekularorientierung auszeichnet. Das Feilen der Orientierung in dem ersponnenen Fadengut ist wesentlich, wenn bei dem folgenden Verstrecken die notwendigen Ver-Streckungsverhältnisse erhalten werden sollen. Das ersponner^ Fadengut soll eine optische Doppelbrechung von weniger als e⁴;wa 0,00^0 und vorzugsweise weniger als etwa 0,0020 aufweisen. Zur Erzielung dieser Doppelbrechungswerte muss die Spannung auf dem Spinnfadenlauf, bestimmt an einem Punkt unter der Abschrc-ck zone vor jeglicher Berührung der erstarrten Fäden mit einer "esten Fläche, weniger als etwa 0,028 g/den und vorzugsweise weniger als 0*012 g/den betragen (die hier genannten Tifcerwerte beziehen sich auf den Titer des erstarrten, nicht verstreckten Fadengutes)· Vorzugsweise arbeitet man mit geringeren Spannungen des Fadenlaufes; in der Praxis kann sich eine untere Grenze von etwa 0,0001 g/den ergeben.

Eine bevorzugte Arbeitsweise bei der Herstellung der erfindung3· gemässen Fäden zur Erreichung einer geringen spannung auf dem Fadenlauf beim Schmelzspinnen von hochmolekularem Polyäthylenterephthalat besteht darin, die Erstarrung der Fäden zu verzögern, indem man die Abkühlung des Polykondensates auf einer Strecke von mehreren Zentimetern unmittelbar unter der Spinndüse zurückhält, d. h. die Abschreckung verzögert. Die Abkühlung soll so zurückgehalten werden, dass der grösste Teil der Titer-

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Verfeinerung eintritt, bevor sich die Fäden genügend verfestigt haben, um einer Ausbildung innerer Spannungen zu uriif χ liegen. Die Regelung der Ablriihlgescimindigkeit kann er feiger, indem man das Fadenbündel unmittelbar unter der Spinndüse rat einer geeigneten Heizvorrichtung, z. B. einem Muffelofen oder einem beheizten Zylinder, umgibt. Wach einer bevorzugten Arbeitsweise wird einem umschlossenen Raum, welcher die ausgepressten Fäden unmittelbar unter der Spinndüsenfläche umgibt, ein Strom eines auf eine Temperatur über dem Schoielzpurirs c-es: Polycondensates, d. h. über etwa 270 ⁰C, und vorzugsweise z.uf über etwa 300 ⁰C erhitzten Gases (z. B. Trockenluft oaer ein inertes Gas) zugeführt. Die ümschliessung soll so ausgebildet bzw. angeordnet sein, dass das erhitzte Gas auf einer Strecke von mehreren Zentimetern mit den Fäden in Berührung bleibt. Eine Verzögerung der Abkühlung auf 30 bis 60 cm reicht gewöhnlich für Spinngesohwindlgkeiten von etwa 450 m/tein. und Polykondensat-Viscositäten von 49 bis 60 aus. Bei höheren Geschwindigkeiten und höheren Viscositäten kann es notwendig sein, die Abkühlung auf Strecken bis zu etwa 120 esa zurückzuhalten.

Nach einem bevorzugten Spinnverfahren wird die Geschwindigkeit· der anfänglichen Abkühlung der ausgepressten Fäden so geregelt dass sie wie folgt innerhalb bestimmter Grenzen liegt:

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178550;

Q-Jb O- Di ν. £Α

T — Ί?

Eine verminderte temperatur, Y, sei als -—ψ——- und ein

ioV ^s

Zeitabhängige, X, als agg-^l"än7gⁱaden' ^definlert» ^T*^obei

7: die Qasteniperatur an die Spinndüsenfläche an- ° grenzend (in ⁰C),

T die Temperatur der die Fäden umgebenden Gashülle im Abstand L von der Spinndüse (in ⁰C).

T die SpinndüsentesTiperatur (in ⁰C)-

L irgendeine Entfernung von der Spinndüse (in m),

m/Sek. die Spinngeschwindigkeit und

den/Faden der Fadentiter der erstarrten* nicht verstreckten Fäden ist.

Die Bedingungen müssen so gewählt werden, dass der Bruch V λ zwischen O₅OOl als Minimum und 0,08 als Maximum innerhalb k Zone der verzögerten Abkühlung liegt« Bei höhermolekularen Polykondensaten und höheren Spinngeschwindigkeiten eoll sich Y/X vorzugsweise einem Wert von 0,001 nähern. Die Gasteraperatur,. T , muss, wie oben erwähnt, über 270 ⁰C liegen; sie

^so

kann bei hochmolekularen Polykondensaten und hohen Spinngeschwindigkeiten sehr hohe Werte» wie 700 ⁰C, aufweisen. Temperaturen über etwa 700 ⁰C führen gewöhnlich nicht zu weiteren Verbesserungen und lassen sich im praktischen Arbeitsnmssstab nicht leicht aufrechterhalten. 10S8A0/1A0Ö

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BAD OR.GiNAL

Nach einer bevorzugten Arbeitsweise sur Herstellung der erfindungsgemessen Fäden wird das geschmolzene Polykondensat in eine Atmosphäre eines inerten Gases, d. h. eines im wesentlichen sauerstofffreien Gases ausgepresst. Zu geeigneten inerten Gasen gehören heisser Stickstoff und heisses Kohlendioxid wie auch inerte, organische Dämpfe. Die Verwendung eines sauerstofffroien Gases unmittelbar unter der Spinndüse setzt den Abbau, den man an diesem Funkt beim Auspressen von Polykondensaten mit einer relativen Viscosität von mehr als etwa 50 oder 55 erhält, stark herab. Durch die Verwendung eines sauerstofffreien Gases kann eine weltgehende Senkung des normalerweise eintretenden Verlustes der relativen Viscosität, wie um 5 bis 6 Einheiten, erhalten werden, während gleichzeitig der normalerweise eintretende Gewinn an Carboxylgruppen-Gehalt weitge* hend, wie um 6 bis 8 fiqu./10 g* vermindert wird. Die mit einem inerten Gas erhaltene Verbesserung ist bei Verwendung von Polymerisaten mit höherer relativer Viscosität, d. h. von 75 bis 100, noch ausgeprägter.

Unter der Zone der geregelten, verzögerten Abschreckung werden die Fäden in eine Zone rascher Abschreckung eingeführt, in welcher gegen die Fäden ein nicht erhitztes oder gekühltes Gas (Luft) geblasen wird, was beispielsweise quer zu den Fäden oder in bezug auf die Fäden radial nach innen erfolgen kann. Die Fä-

109840/ UOO a«, ordinal

1 7 8 5 γ- Ο

n-360-mv:

den dürfen irgendein festes Material erst berühren, wenn dl' Temperatur des Fadenlaufes auf einen Funkt unter der Einfrio"~ temperatur (Übergangstemperatur zweiter Dränung) gesenkt i?.

Die nächste, wesentliche Stufe bei der Herstellung der Faden gemäss der Erfindung besteht in der Heissverstreckung des nicht orientierten, gesponnenen Fadengutes. Man kann die Streckstufe mit der Spinnstufe unter Erzielung eines kontinuierlichen Verfahrens koppeln oder das gesponnene Fadengu* zu Packungen a· machen und später in einem gesonderten Arbeitsgang verstreckan» Strsckverhältnisse von weniger als 5*7 ergeben keine genügen·"? Orientierung der Faser, um den Anforderungen der vorliegende-Erfindung zu genügen. StreckverhUltnisse von mehr als etwa l"¹ werden im Hinblick auf ArbeitsschWierigkeiten^. Fadenbrüche w:* dergleichen gewöhnlich der Praxis nicht gerecht. Nach einer vorzugten Arbeitsweise beim Verstrecken wird das Fadengut i: einem Dampfstrahl verstreckt, wobei auf den Fadenlauf zur Erhitzung des Fadengutes auf Strecktemperatur eine hohe ueieclTr'r* iiigkeit aufweisender, überhitzter Wasserdampf auf geleitet wird = Dampf temperature^ im Bereich von 175 hi3 450 ⁰C sif-d geeigns"'» Höhermolekular© Fadenmaterialien werden am besten bei der hö heren Temperaturen verstreokt« Man kann bei dieser speziell·-- Veratreckungsme thode mit kai ton Zuführwalzen (d. h, mit. ain<?r Temperatur von weniger als 65 ⁰C) und kalten Streekvaisen ar

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belten, aber es kann in einigen Fällen erwünsoht sein« heisse Streokwalzen, z. B. von mehr als 140 ⁰C, einzusetzen, um den Restsohrumpf des Fertigfadengutes zu vermindern und die Bildung von Fadenpackungen beim Aufwickeln zu verbessern.

In den folgenden Beispielen wird die Herstellung der erfindungs· gemessen Fäden beschrieben:

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BAD 0RS3INAL

Bei spiel

a) Bis-ß-hydroxyäthyl-terephthalat wird kontinuierlich aus Äthylenglykol und Dimethylterephthalat nach der Arbeitsweise der USA-Patentschrift 2 829 155 hergestellt und durch eine beheizte Leitung einem zweiten Behälter für die Polymerisation zugeführt Xa dem zweiten Behälter wird die Temperatur des monomeren Gemische erhöht und der auf dem System lascende Druck vermindert_v um dampfförmige Nebenprodukte zu entfernen? wobei ein nieäermolekularss Vorpolymerisat erhalten wird In Form einer Aufschlämmung in ftlykol werden etwa 0,1 # ^Ti02 (Gesogen ^auf das Polymerisatgewicht) zugesetzt Das flüssige Vorpolymerisat, das eine Viscoeitätszahl (intrinsic viscosity) von etwa 0,2 aufweist, wird kontinuierlich einem Polymerisations~Rührbehälter (Endbehandlung) zugeführt, in welchem die Temperatur auf etwa 310° G erhöht und der absolute Druck auf etwa 1 am Hg vermindert wird> Die Polymerisation wird fortgesetzt, bi« die relative Viscosität dea Polymeri£;atea auf etwa 57 gestiegen ist r

in der obigen "'eise erhaltene, hochviscoee Polykondensat wird von dem Endbehandlungsbehälter durch beheizte Lei tungen einer Spinnvorrichtung zugepumpt, auf welcher das Polykondensat unter Verwendung einer herkömmlichen Sandpackung und einer i92-Loch~Spinndü3e (Lochdurchmeeser 0,3 mm) bei einer Temperatur von 300° C echmelzReeponnen wird Direkt unterhalb der Spinndüse worden die 4'.isge-

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pressten Fäden durch ein vertikal angeordnetes, beheiztes zylindrisches Rohr von etwa O,3i Länge geführt _T um die Abkühlung der Fäden auf dieser Strecke stark zu verzögern, Die Temperatur des Rohre (auch als Wärmer bezeichnet) beträgt 375° C, woraus sieh eine Abkühlgeschwindigkeitr Y/Xp von etwa O₉OO25 ergibt, · Bsia> Verlassen des Schutzes des beheizten Zylinders werden die ausgepressten Fäden danr zur Abschreckung mit querströmender Kühlluft (genäse USA-Patentschrift 2 273 105) zusammengebracht Die Spannung dee Paderilaufs beträgt Q_POO26 g/den Die Fäden laufen dann Über eine Waise? auf welcher eine Gleitausrüstung aufgebracht wird, un.d 1;:..^ nn ^ Ine nicht beheizt® Förderwalze_r die mit· einer O^sa.-..'i^digkelt von 229 m/Min-, arbeitet» An diesem Punkte genommene Proben des Fadengutes haben eine Doppelbrechung von O,0005

Von der Förderwalze laufen die Fäden dann durch eine Dompf düse, an welcher auf den Fadenlauf Dampf mit einer Temperatur von 350° G aufgeführt wird, um das Fadengut zu erhitzen und einen Streckpunkt auszubilden Von der Dampfdüse läuft das Fadengut zu und im eine kalte Streckwalze, die mit ge« nügender Geschwindigkeit umläuft_p um ein Streckverhältnis von 6,25 zn erhalten Die Fäden laufen darauf zu einer herkömmlichen Aufwicklung

Das erhaltene Fadengut besitzt eine Reissfestigkeit von 9,6 g/denj> eine Bruchdehnung von 15 $ und ein (Ι\ϊ)_ο· c von Oj.77 g/don Beaogen auf den Titer beim Bruch betritt die

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Reiasfestigkeit 11,2 g/den.> Die Schlingenfeatigkeit dee Fadengutes beträgt 5»1 g/den, woraus sich ein Verhältnis der Schlingeafestigkeit zur Reissfestigkeit im geraden Zustand von O₉53 ergibt. Das Fadengut wird von einem Polykondensat gebildet» das eine relative Viscosität vcn 52 aufweist und nicht mehr als 3 MoI^ Kthergruppen_v berechnet als Diäthylenglykolp enthält. Das Fadengut hat weiter eine Dichte von 1,3923 g/car , eine Schallgeschwindigkeit von 4,82 km/Sek und einen Langperioden-Abatand von ißQ Α.

Zur Herstellung eines 840/2 (92 tex/2fach) Reifencords wird das in der obigen Weise hergestellte Fadengut mit 5 Z~Drehungen/co gedrallt Zwei der erhaltenen Garne werden gefacht und mit 5 S-Drehungen/cra verzwirnt Der Cord wird in zwei Stufen "heissverstreckfp wobei die erste Stufe mit einer Streckung von -2 "/* bei 232° G und die zweite Stufe mit einer Streckung von 5 ?S₉ bezogen auf die Anfangslänge, bei 177° C durchgeführt wird In beiden Stufen beträgt die Einwirkungszeit 80 Sek.. Die Reissfestigkeit des Cordes beträgt 7»8 g/den* was 81 fo des Wertes entspricht, der für einen 100 # Reissfestigkeits-Umwandlungsfaktor des Ausgangs-Fadengutes zu erwarten gewenen wäre,

b) Zur Erläuterung der kritischen Bedeutung eines Polykondensates mit hoher relativer Visconität wird die obige Arbeits weise (a) mit der Abänderung wiederholt_f dasa das der Spinn stelle augeführte Polykondensat eine relative Vipcosität von 29 aufweistr Das Fadengut wird in im wesentlichen der

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gleichen Weise erspönnen und verstreckt» Bas erhaltene Fadengut "besitzt eine Dichte von 1,3952 g/cra , eine Schallgeschwindigkeit von 4»57 km/Seko und einen Langperioden-Abstand

von 156 A. Der genäse (a) hergestellte Cord weist eine Reissfestigkeit von lediglich 5»3 g/den auf- Das Reissfestigloeits-Umwandlungsverhältnis beträgt hier nur 61 ?S,

c) Zur Erläuterung der kritischen Bedeutung der Spinnbedingungen wird die Arbeitsweise (a) mit der Abänderung wiederholt, dass kein Versuch gemacht wird, die Abkühlung der gesponnener Fäden unmittelbar unter der Spinndüse au lenken« do ho es wird kein Wärmer zur Verzögerung der Padenabkühlung vorgesehen und die Fäden werden der querströmenden Kühlluft ausgesetzt, sobald sie die Spinndüsenflftche verlassen. Die Spannung auf dem Fadenlauf erweist sich zu 0,0285 g/den, und die Doppelbrechung des gesponnenen Fadengutes beträgt 0,0080 Bine VerStreckung dieser Fäden auf ein Streckverhältnis von mehr als etwa 4,2 erweist sich als unmöglich, wodurcl das vollständig verstreckte Fadengut eine Reissfestigkeit von nur 8,8 g/den und ein (Λΐ)ο c von etwa 2,5 g/den hat, Die weitere Untersuchung des Fadengutes zeigt, dass es eine Dichte von 1,3950 g/cm , eine Schallgeschwindigkeit von 4,55 km/Sek, und einen Langperioden-Abstand von 145 A aufweist. Bin aus diesem Fadengut hergestellter Cord besitzt eine Bruchfestigkeit von 5,1 g/den, w&e einen Reissfestigkeite-Umwandlungsfaktor von nur 58 i> bedeutet.,

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JL Jk. Ji JH J--Λ. Α

Ep. wird cine Reihe von Polykcndensatprol-ony hergestellt nacü be>annvGn Methoden aua Dimethylterephthalat und Äthylenglykcl> wie in Baispiel 1 _Pa GOhmelzgeaporinan. und veratrecki; (Bedingungen siehe Tabells I) > Es werden swei verschiedene Streckverfahren angewandt, einmal eine sweistufig« Hainewalzenverstrecki.')^: und sun anderen eine einstufige Yerstreclcung, bei welcher ·ΐ: ^τ. Paclengut an den Streckpunkt eine Danipi'düse passiert_; Die E-Ig-³"-schäften des verstreckten Faäenguteo sind in Tabelle XI zusammengestellt .

Äug ,1a«em Feöengut werden Rfifencord-Proben hergestellt ₉ irde:i man άειο Padengut mit 5 S~Dr<jhimgen/c;rt örallty swoi der eriu.ltenen Garne facht und mit 5 Erehungen/ca verzwirnt . Per Ccr 5. wird dann in zwei Stufen heiss^erstrockty und 7,war in der '*■ re sten Stufe um 5 f° bei 205° G und in ier sweiten Π-ufe um *' f. bei 220' 0- Diese Bedingungen führen su Corden ai" -::.nem "■: "■ . koef' isienten von etvm 7»5·^ ^ie Gcrlfeatigkeit· let ir der -H⁸I Ie genannt,

Werte der Kont.rollprobs K erläutern ü:.ö- Ei g*?: och aft on d:',e für heute verfügbare iscluiischi Pä^'-r; ε,^ΐ? Polyäthy.ien'ierepl· ^Γ'1αε,^

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^iocli sind Ei.n-3 3l3tr-ac.:.riun.g d2.:> T^colls-iv/er-ti;. e-sί,/;-'· die Übereg-arhöit fror ^ä^an geniiSu· csr E^fiLr.d'uT^ ülie:? ti:'.-:; !-".outrol'.-. ^:^n

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O O 7 L /0V860L

	O O	Spinnbedingungen	Tempe	Faden	Länge	Ge-	Dop-	IjJjJJ[ e o I Streckbedi ngungen	•ντο Q f» Vi 1X7 *ϊ ΤΓί ö »■*ixV* JLLi dig» keit, ra/Min	Dampf-	10 Streck	Ge- schwin dig- keit. m/Minc	2c Streck	dig- keit, m/Min0	samt *■
	33 ω	Probä	ratur	zahl	des	schwin	-pel-	Förderwalze	229	düsen™-	walze	987	walze	1462	streck- nis
	Γ"		der Spinn·= anord- gang,		Wärme rohrs ρ cm-ä-) *	dig- keit; m/Min?	bre chung des ge spon nen Fadens	Tempe ratur»	273		Teaipe - C	1188	Tempe- -ratur„ C	1737	6r42
			305	192	38	229	0,0009	102	273	ohne	150	1188	225	1839	6,38
	A	290	192	38	273	0,0015	109	229	ohne	155	1449	224	—	6,76
	B	290	192	33	273	0,0010	109	229	ohne	155	1440	224		6,36
	C	310	192	33	229	0,0009	kalt	229	355	kalt	1462		-	6f3O
	D1	300	192	38	229	0,0006	kalt	229	360	kalt	1531			6,4
	E	32Γ)	100	30	229	0,0018	kalt	229	400	kalt	1531		-	6,7
»	ϊ	325	100	30	229	0,0021	kalt	229	400	kalt	1587			677
	G	320	100	30	229	0,0027	kalt	496	450	kalt	2034		2788	6,9
	H	320	100	30	229	0,0024	kalt		450	kalt
I	294	200	ohne	496	0,0012	80		ohne	125		165
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Durch Fachen und Drallen deo Faclengutes D von Beispiel 2 wird ein 850/1/2 Reifencord mit einen Prallkoeffizienten von T»5 gebildet. Der Cord wird einer zweistufigen Heiaaverstreckung unterworfen und hierbei zuerst in ein wässriges Gemisch getaucht, da3 ein Polyepoxyd ("Kponite 100" von Shell) und ain dispergierteß, £einteilige3 phenolisc'aea Addukt des Mathylen^bis^-phenolioocyanats enthält,, und hierauf bei einer .Einwirkungszeit von 60 Sek bsi 205° C un ρ i<> vsrstreckt. Der Oörd wird dann in einen Reoorcin-Pornaldehyd-7ir.yi^>y:-idin-Latexkxebstoff getaucht und bei 210° C 0 ^e/> verstreckt» wobei die Binwirkungsdauer v/ieäer 60 Sek., beträgt-. Der erhaltene Cord hat einen Geeamttiter von 1 787 den? eine Reissfostig- kiilx von ?_r3 g/den und eine Dehnung von 12_:,9 i> - Mi':· dioaeai Cord wird nach üblichen bekannten Verfahren ein 8*50 χ 14" Vieifach-Kraftfahrzeugreifen aufgebaut (in Deutschland ateilt bei Reifen das Zoll das übliche Mass dar), Der Reifen wird einer beschleunigten Prüfung auf Dauerhaftigkeit unterworfen_P wobei der Keifen im aufgeblasenen Zustand und unter einer Belastung,, die eine 24#ige Biegung in Reifenprofil erlaubt» mit 56 km/Std- an einer Stahlscheibe von 1_P22 ε Durchmesser laufen gelassen wird * Die Umgebungstemperatiir beträgt 38° 0, iTach ")e8*i.aS'ter Pi'iJfur.g wird der Reifen "Zerlegt und 4".te Bruchfestigkeit dos Cordea auf einem Instron-Eugfestigkeitsprüfer beatinnt·.. Die Jirgobnisoe werden auf Progent Festigkeitaverlust Jo ϊίκ)0 kra umgerechnet. Die Corde geasäee öer Erfindung ergebe»

109840/1400

BAD ORIGINAL

1-"8C 23 ' ■ "^J

hierbei ΐλΛ-2-r. Festiglceifcavarliwi; vcn 2,5 ',i/'-SOO ic.:. ..-i: bei eiiis'Si äquivalenten Reifen, tier mt lsi Handel v*j.r.^?-.ii "^efhnisi>h«is Polyäthylenterephthalat ?&d entia-terial "rο■ vor EeiopieX 2) aufgebaut wird_:> der iestigkeit&Yer^tt aer gleiüßsä Prüfung 11 _r5 y5/i6OO km beträgt-

Bei dsr Prüfung äer Karkas3finfe9tigki?l'c eines in de? cbr.gen "'/eise Mit ·3-.?τη Fadenmaterial geraäss äer Erfindung "rergentell -ien Seif-in£i wird eine JCoXbenen^rgie ro/i 124 kg-m fer^;!.ulten_;-viaareiä ε·in Kontrollreifen äquivalenten Aufbaue? -la:? rai'i e; ΐ^r; in Handel verfügbaren iadenmatorial aufgebaut wird, -iinen W<--r·- ~'"on 57 Isri'ii» ergibt Disse Werte bedeuten eine ΕτΙιγ'γϊλ^ λ^r ^: stigkeit vcn nit den Fadexsaaterialien jjenäsa der Erfindung gebauten Seifen von 27 $«

Helfen erweist sich ir- anderen Beziehungen im C-.-..oai'ver \ pslyKxidrerstärkten Heifen als mindestens äquival'ir-* und d---PolyaEidrsifen in einer wichtigen Eigenschaft weit iber.leg-'i · Polya-siflrei.fen-j welche die anerkanntereaassen besten ;.ä "■ -"anO- ; v-srfagt-srsn Reifen darstellten,, leiden unter der irs-^heInUn₄-- :" Ausbildung Ton "Flaohstellen", einer Helfen unrund he it, 5ie ■■_: einem '-bumpernden" Geräusch während des Pahrens fuhrt_f .vähr;;nii mit den Polyäthylenterepnthalat-Gorden aufgebaute Reifen diese Erscheinung nicht zeigen=,

Beispiel 4

Geechmolmnee Polyäthylanterephthalat; mit einer relativen 7xx* soaitrit von 60 wird einsr Spinnvorrichtung zugefUrar*;, d'.-rch.

: - 3 4 0 / U ('; 0

eine Sandpackung getrieben und durch eine 192-Loch-Spinndüse /on 315° O ausgepresst« Die ausgepressten Fäden werden unmittelbar unter der Spinndüse mit einem isolierten,, zylindri-Bebens, kleine öffnungen aufweisenden Ring (Wärmer) von 12j7 cm Länge umgeben_p durch den hindurch ein Gemisch von Stickstoff und Kohlendioxyd von 335° C in Bezug auf die Fäden radial nach innen gerichtet wird An den Ring ist eine 48 cm lange, isolierte, zylindrische Muffe angesetzt _t die eine Kammer bildet, in welcher die ausgepressten Fäden auf 61 cm mit den heissen, inerten Gasen in Berührung bleiben Die Geschwindigkeit der Abkühlung, Y/X, auf diesen 61 cm Anfangslaufstrek= ke beträgt ungefähr O_rOO2$h Etwa 15 cm unterhalb der Muffe der Wärmezone treten die ausgepressten Fäden in ein zweites; zylindrisches» kleine öffnungen aufweisendes Rohr von ungefähr 4Of5 cm Länge ein, durch welches hindurch Luft von Raumtemperatur in einer in Bezug auf die Fäden radialen Richtung nach innen gerichtet wird, um das heisse Gas aus der ersten Zone abzublasen und die Abschreckung der Fäden einzuleiten Dio Fäden passieren aus diesem Abschreckzylinder nach unten etwa 76 cm ruhender Luft von Raumtemperatur und treten dann in ein vertikal angeordnetes, offene Enden aufweisendes Gleichstrom-Abschreckrohr von ungefähr 2,13 m Länge und 23 cm Durchmesser ein, durch welches durch die Bewegung der Fäden selbst Luft von Raumtemperatur hindurchgezogen wird. Am Boden des Gleichstrom-Abschreckrohre beträgt die Spannung auf dem Fadenlauf ungefähr 0,007 g/den und die Fadenteraperatur etwa 50° C Die abgeschreckten Fäden werden dann mit einer Waise

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BAD OBiGiNAL

v. an welcher eine antistatische GIe x'fcauisri.· stung aufgebracht wird? und laufen dann über eine For de rweur die mit 457 m/Min, umläuft und auf einer Temperatur von 5O^C gehalten wird, Von der Förderwaise laufen die Fäd^n durch ti Dampf düse j» mit welcher auf das Padengut zur Einleitung der Streckung Dampf mit einer Temperatur von 400° C aufgeführt wird,, und dann zu und um ein Paar Streckwalzen, die mit 2743 m/Min- umlaufen und auf einer Temperatur von IuO⁰ G gehalten werden, Das veratreckte Fadenbündel wird dann einer Art "Verflechtung" unterworfen, indem man es durch, eine Düss gemäas USA-Patentschrift 2 985 995 führt, und hierauf auf eine herkömmliche Packung aufgewickelt

Bei den an anderer Stelle beschriebenen ₉ kritischen Gharak« terisierungsprüfungen ergibt das veratreckte Padengut einen Langperioden-Itöntgenabstand von 174 $» eine Schallgeschwindigkeit von 4₉65 km/Sek (bestimmt bei 3*1 g/den); eine tive Vii'cosität des Polykondensates von 52 und eine durch echnittliohe Padendicht© von 1 »3994 g/cm-,

erhaltene Padengut hat einen Tier von 840 den, eine Reiss« festigkeit von 9,3 g/den bei 14 % Dehnung (bezogen auf den T\- ter beim Brueh eine Relssfestigkeit von 10,8 g/den) und eine? Anfangsmodul von 115 g/den. Wenn das Padengut zu einem 840/2 leifeneord verarbeitet wird, dessen Einzelgarne mit 4_S? &~Or%* hungen/co gedrallt und wit 4,5 Z-Drehungen/cm verzwimt sind, wird ei» Rtisefeetigkeite-ümwandlungsfaktor von etwa 85 % er

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Beispiel

Zur "Erläuterung der Besiehung zwischen FadenstruRtur und Fadenverhalten wird eine Reihe von Polyäthylenterephthalat-FKden
hergestellt_s deren physikalische Eigenschaften in zwei Gruppen fallen Die erste Gruppe (erfindungsgeiaäss) wird von Fäden
gebildet, deren Eigenschaften und Verhaltensweisen der vorliegenden Erfindung entsprechen« d° h> die eine hohe Festigkeit
und eine Überlegene Dauerbiegefestigkeit besitzen» Sie zweite Gruppe (Kontrollproben) wird von Fäden gebildet, deren Vernal= tensweisen für den Stand der Technik typisch sind Alle Fadenproben werden den früher beschriebenen Prüfungen zur Charakterisierung der Struktur unterworfen; die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengefasst₉ die auch als Kennwert für das Verhalten des Fadenmaterials die Reissfestigkeit (bezogen auf den !Titer beim Bruch) nennt, Die Tabellenwerte liegen ferner den
in der Zeichnung veranschaulichten Punkten zu Grunde- Alle
erfindungsgeraäeeen Fäden liegen in der Fläche ABCDEF ₉ während sich alle Kontrollproben ausserhalb dieser Fläche befinden

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§AB ORIGINAL - 26 -

Tabelle XXX Vrohe Fadens truktujr Rs l

	174
	180
5a	175
5b	168
	148
	149
5s	139
5 ar
5g
Kontrolle	136
proben	153
5h	148
5i	138
53	148
5k
51

4,82	t?3943	52
4,62	1,-3925	51
4,50	1,3940	50
4,72	1,3960	50
4,92	193814	50
4*06	1,3805	50
4,38	1,3806	50

4,12	U3924	29
4,21	1,3918	48
4,49	1,3953	28
4S12	1,406?	35
3,82	1,4055	29

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- 27 -

Langperio~Schal"U Diahi«; Relative ΐ®?**

den~Ab~₀ geschwin- e/cm Viii cc- a, , stand; A digkeit, sit St ^e'

kn/Sek

10,4

10,7

10_s6

10,3

10,7

10,9

11,0

6,7 7,7 ε%5

8,2

Claims (1)

1. D-380-Div« 4. November 1968

   Patentanspruch

   Polya^>thylentarephthalat*FSden* -Garne und -Corde, gekenn* zeichnet durch eine Fadenreissfestigkeit von mindestens 10 g/den (bezogen auf den Titer beim Bruch), eine Bruchdehnung von mindestens 10 %, eint Molekulargewicht des Polyäthylenterephthalats entsprechend einer relativen Vieoosit&t zwischen 47 und 100» eine molekulare Orientierung zwischen den Fadenachsen, die ausreicht für eine Schallgeschwindigkeit zwischen 4 und 6 km/Sek., einen KrlstaXlieationegrad, der ausreicht für eine Dichte zwischen 1,37 und 1,42 g/cm-, und eine mittlere Entfernung Zwischen Kristalliten (oder zwischen Bereichen hoher Kristallinität), die ausreicht, um einen Langperiodenabstand von mindestens 125 % zu ergeben.

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