DE1928243A1 - Verfahren zur Herstellung dreidimensional gekraeuselter Fasern und Faeden - Google Patents

Description

FARBWERXE HOECHST AG. vormals Meister Lucius & Brüning . Aktenzeichen: - Fw 6067

Datum 30. Kai 1969 - Dr.v.F/Mu

"Verfahren zur Herstellung dreidimensional gekräuselter Fasern und Fäden¹»

Es sind Verfahren bekannt, nach denen sich Polyesterfäden mit einer der natürlichen Kräuselung der Wolle sehr nahe kommenden Spiralkräuselung herstellen lassen. Das diesen Verfahren gemeinsame Prinzip ist eine einseitige rasche Abkühlung der aus der Schmelze frisch gesponnenen, noch heißen Fäden unmittelbar unter der Schmelzspinndüse. Eine solche Abkühlung kann durch einseitiges Anblasen der heißen Fäden mit kalter Luft erfolgen, wie es in der US-Patentschrift Nr. 3 050 821 beschrieben ist, oder durch einen dünnen Flüssigkeitsfilm auf einem porösen Hohl-" körper (brit. Patentschrift Nr. 809 273)* oder auch trocken auf einem geeigneten Kühlkörper, ein Verfahren, welches Gegenstand der belgischen Patentschrift Nr. 708 919 ist. In allen genannten Patenten bewirkt die einseitige Abkühlung der Spinnfäden in noch plastischem Zustand eine abnehmende Orientierung der Makromoleküle über.den Fadenquerschnitt von der abgekühlten zur noch warmen Seite des Fadens hin. Dieses Orientierungsgefälle bleibt über den anschließenden Streckprozeß erhalten und bewirkt eine mehr oder weniger latente Kräuselung, weil die beiden Seiten des Fadens ein unterschiedliches Kontraktionsvermögen besitzen. Durch Erwärmen der verstreckten, getrockneten Fäden bei gegebener Schrumpfmöglichkeit kann diese Kräuselung dann entwickelt werden.

Zur Entwicklung einer latenten Kräuselung sind verschiedene Verfahren beschrieben worden. Eine Möglichkeit ist das Erhitzen der verstreckten Fasern, wobei es vorteilhaft sein soll, wenn man diese zuerst auf Stapel schneidet und dann erst den Erhitzungsprozeß vornimmt. Die Faser wird dabei in spannungs-

009850/1988

losem Zustand in heißer luft 15 Minuten auf 140°C erhitzt (USP 3 050 821).

Bei einem anderen Verfahren wird die Kräuselung an einen solchen Faserkabel ebenfalls nach dem Verstrecken ausgelöst, und zwar entweder beim Passieren einer Heizzone, die sich zwischen zwei Förderorganen befindet oder in einem beheizten Ofen, in dem man lose Stränge des Faserkabels zum freien Schrumpf aufhängen kann (brit. Patentschrift 809 273).

Diesen bekannten Verfahren haftet nun der Mangel an, daS Fäden oder Fasern vor der Auslösung der Kräuselung bei tiefen Temperaturen - Polyäthylenterephthalatfäden beispielsweise bei unter 6O⁰C - vollständig getrocknet werden müssen, damit.das Orientierungsgefälle über den Fadenquerschnitt beim Trocknungsprozeß erhalten bleibt. Trocknet man bei höheren Temperaturen, so gleichen sich die Orientierungsunterschiede in den einzelnen Fäden aus, so daß die ursprünglich vorhandene latente Zräuselung nicht mehr entwickelt werden kann, da sie in dem unsachgemäß durchgeführten Trocknungsprozeß vernichtet wurde.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung dreidimensional gekräuselter Fäden oder Fasern aus synthetischen Hochpolyneren, bevorzugt aus Polyestern, ausgehend von Fäden oder Faserkabeln, in denen durch Erzeugen eines Orientierungsgefälles über den Querschnitt eine latente Kräuselung hervorgerufen wurde, gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daS nan die Fäden oder Faserkabel verstreckt, sie daraufhin bei Tenperaturen zwischen 50⁰C und 230⁰C ohne Zulassung eines Schrumpfes trocknet und dann bei Temperaturen zwischen 60 und 230⁰C in völlig entspanntem Zustand die Auslösimg der Kräuselung vornimmt« Eine bevorzugt Ausführungsform des erfindungsgesäßeh Verfahrens besteht darin, daß man die Fäden oder Faserkabel nach dem Verstrecken ohne Zulassung eines Schrumpfes bei Temperaturen zwischen 50 und 230°C trocknet, sie dann - ebenfalls ohne einen Schrumpf zuzulassen - auf eine Temperatur unter 50°C abkühlt, und sie dann in ,völlig entspanntem Zustand zur Auslösung der Kräuselung;'einer Värrae -

behandlung bei 60 - 230⁰C, vorzugsweise bei 90 - 130⁰C, unterzieht. Eine weitere bevorzugte Ausführungsfonn des Verfahrens besteht darin, daß die Trocknung in einem Temperaturbereich erfolgt, dessen untere Grenze 20⁰C unterhalb des Umwandlungspunktes 2. Ordnung und dessen obere Grenze mindestens 35⁰C unterhalb des Schmelzpunktes der Fäden liegt, vorzugsweise zwischen 90 und 16O⁰C.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so ausgeführt, daß die Fäden bzv/. das Fadenkabel beim Trocknen und bein Abkühlen nachverstreckt werden, wobei diese Hachverstreckung zwischen 1 und 50 £, vorzugsweise zwischen 1 ucd 10 £, bezogen auf die Länge vor dieser NachverStreckung, liegt. Insbesondere erfolgen alle Verfahrensschritte in einem kontinuierlichen Arbeitsgang an einem laufenden Kabel.

Das neue Verfahren ist mit den gebräuchlichen Einrichtungen technisch sehr einfach durchzuführen. Die unverstreckten Fäden

- in geringer Anzahl oder als starkes Faserkabel (z.B. 500 000 dta$

- werden durch ein Avivagebad geführt, das die üblicher. Stoffe enthält, die Gleit- und Haftvermögen der Fasern günstig beeinflussen und der elektrostatischen Aufladung entgegenwirken. Anschließend werden die Fäden oder das Kabel abgequetscht xiri zwischen zwei Valzenseptetten verstreckt. Das verstreckte Kabel wird über zv/ei weitere Streckwerke geleitet, die in ihrer. Funktionsfähigkeit den beiden ersten Förderorganen zur Hauptverstreclcung gleichen. Dabei fördert das dritte V.'alsenaggregat mit mindestens der gleichen Geschwindigkeit wie das zweite, das vierte Aggregat mit mindestens der gleichen Geschwindigkeit wie das dritte, so daß das Kabel beim Trocknen zwischen dem zweiten und dritten Streckwerk nicht schrumpfen kann. Eine bevorzugte Form .des Verfahrens besteht darin, das Kabel sowohl beim Trocknen als auch bein Abkühlen 1-50 #, vorzugsweise 1 - 10 £, nachzuverstrecken.

Der Abstand der Streckwerke voneinander richtet sich nach den gegebenen Trocknungs- und Abkühlungsmöglichkeiten und ist so .bemessen, daß das Kabel beim Verlassen des vierten Strec>v;erkes

009850/1988

vollständig getrocknet und unter 50⁰C abgekühlt ist. Die Trocknug kann entweder auf dem zweiten Streckwerk erfolgen, wenn dessen Walzen durch Dampf oder eine Heizflüssigkeit eine· ausreichende Wärmemenge zugeführt werden kann, oder man trocknet das Kabel zwischen zweitem und drittem Streckwerk auf einer beheizten Metall· oberflache, in heißer luft, durch Infrarot-Beheizung oder in einem hochfrequenten elektromagnetischem Wechselfeld. Die Trocknung erfolgt bevorzugt in einem ΤβιηρβΓαΐμΓοβΓβίοΙι, dessen untere Genze 20⁰C unterhalb des Umwandlungspunktes 2. Ordnung und dessen obere Genze mindestens 35⁰C unterhalb des Schmelzpunktes der Fäden .' liegt,' insbesondere zwischen 90 C und 16O⁰C. Ganz analog wird die Abkühlung entweder auf dem dritten oder vierten Streckwerk vorgenomman, wenn von deren Walzen durch eine durch das Walzeninnere fließende Kühlflüssigkeit ausreichend Wärme abgeführt werden kann, oder aber man kühlt zwischen dem dritten und vierten Streckwerk auf einer Metalloberfläche oder in einem strömenden Medium,das in der Lage ist, dem Kabel eine ausreichende Wärmemenge zu entziehen.

Unter bestimmten Voraussetzungen läßt sich das Verfahren auch mit nur drei Streckwerken durchführen. Zunächst bringt man die Avivage vor dem Streckvorgang auf das unverstreckte Faserkabel und quetstt gut ab. Anschließend wird das Kabel zwischen dem ersten und zweiten Walzenaggregat verstreckt. Das letztere wird durch eine Heizflüssigkeit oder überhitzten Wasserdampf' auf einer genügend hohen Temperatur gehalten, damit das Kabel vollständig getrocknet dieses Streckwerk verläßt. Das dritte Streckwerk kann- durch eine umlaufende Flüssigkeit gekühlt werden, und zwar so stark, daß das Kabel beim Ablaufen unter 50⁰C abgekühlt ist.

Es ist zweckmäßig, das Kabel in diesem Falle zwischen dem zweiten und dritten Streckwerk auf einer gekühlten Metalloberfläche oder einfach in luft ausreichend vorzukühlen.

Für den Fall, daß man die Kräuselung erst nach Abkühlung auslöst,.. ist es ein wesentlicher Bestandteil des Verfahrens, das vollständig getrocknete Kabel auf Temperaturen unter 50⁰C. abzukühlen, bevor man die Zugbelastung abbaut, das heißt, bevor das Kabel die Möglichkeit erhält, gegebenenfalls zu schrumpfen. ;' '

"■■·■■:- 009850/1988

Das vollständig getrocknete und ausreichend gekühlte Kabel weist nach dem Entspannen eine leichte, sehr weitbogige Kräuselung auf und die einzelnen Fäden haften nicht mehr aneinander. Es wird nunmehr zur Auslösung der Kräuselung einer Wärmebehandlung bei 60 - 230⁰C, vorzugsweise 90 - 130⁰C,in einem gasförmigen oder flüssigem Heizmedium zugeführt. Dabei soll das Kabel möglichst spannungslos vorliegen, weil auch durch die geringste Zugbeanspruchung in Richtung des Fadenachse - beispielsweise unter dem Gewicht von 1·m Faden - die Qualität der sich ausbildenden Kräuselung merklich verschlechtert wird. Unter "Qualität der Kräuselung" wird in diesem Zusammenhang die Anzahl der Bögen/cm Fadenlänge, die Kräuselbeständigkeit und das Ernolungsvermögen der vorübergehend gestauchten Fasern verstanden. So zeigte es sich, daß bei einer Auslösung der Kräuselung zwischen zwei nebeneinanderliegenden Förderaggregaten infolge der durch das Eigengewicht des Kabels bewirkten Zugspannung die Ausbildung der bestmöglichen Kräuselung verhindert wird, auch dann, wenn das zweite Aggregat sich so lang- ' sam dreht, daß das Kabel leicht durchhängt. Diese Zugspannung wird an jeder Stelle des Kabels zwischen den beiden Förderaggregaten in gleichem Maße .'wirksam <, Demgegenüber läßt sich eine wesentlich geringere Spannung sehr einfach .an einem freihängendem Kabel verwirklichen, das nur der Einwirkung der Schwerkraft unterworfen ist. Am unteren Ende des Kabels ist die Spannung gleich null. An einem kontinuierlich laufenden Kabel kommt man diesem Grenzwert sehr nahe, wenn man es beispielsweise vertikal von einem Förderaggregat ablaufen läßt auf ein darunter befindliches horizontales Förderband, welches das Kabel weitertransportiert. Unmittelbar bevor das Kabel auf das Förderband aufläuft, steht es unter der geringsten Zugbeanspruchung. Wenn man es hier mit Wasserdampf oder heißer Luft anbläst, erhält man eine Faser, deren Kräuselung derjenigen aller anderen kontinuierlich hergestellten Fasern qualitativ überlegen ist,.

Zur kontinuierlichen Weiterverarbeitung wird das gekräuselte .Kabel auf dem horizontal laufenden Transportband weiter ge-

009850/ Ί

fördert. Im allgemeinen ist eine Thermofixierung der Kräuselung in heißer Luft oder Wasserdampf erwünscht. Man kann sie in bekannter Weise fortlaufend durchführen, ebenso das Schneiden und Verpacken der fertigen Faser·

Das beschriebene vollkontinuierliche Verfahren bietet die Möglichkeit, eine Faser herzustellen^ deren Kräuselung derjenigen nativer Fasern gleicht und die in ihrer Formbeständigkeit den bisher bekannten synthetischen Fasern überlegen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut geeignet für Fäden, Fasern oder Kabel aus linearen hochmolekularen Polyestern. Bevorzugt wird es auf lineare, hochmolekulare Polyester angewendet, deren Säurekomponente zu mindestens 90 Molprozent aus Terephthalsäureeinheiten und deren Diolkomponente zu mindestens 90 Molprozent aus Äthylenglykoleinheiten besteht. ^:

Selbstverständlich können auch Fäden, Fasern bzw. Kabel aus Copolyestern oder Polyesteramiden eingesetzt werden.

Das Interesse an einem wirtschaftlichen Verfahren zur Herstellung von spiralig gekräuselten Fasern oder Fäden hat bedeutend zugenommen, nachdem deren wertvolle Eigenschaften allgemein bekannt geworden sind. Bei den in herkömmlicher Weise in Stauchkammern gekräuselten Fasern ist die Kräuselung auf die Knickstellen lokalisiert. An diesen Knickstellen ist die Faser morphologisch stark verändert, was sich auf die Kräuselbeständigkeit ungünstig auswirkt. Demgegenüber ist die spiralige Kräuselung erstmalig ebenso wie die der nativen Fasern gleichmäßig auf die gesamte Faserlänge verteilt, so daß die Formbeständigkeit von Vliesen oder textlien Gebilden wesentlich verbessert ist.

Diese geschätzten Eigenschaften eröffnen der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Faser neue Einsatzgebiete. In allen Fällen, wo eine Faser mit gutem Bauschvolumen bei gutem Erholungsvermögen nach Belastung verlangt wird, kann sie mit Vorteil ein-

Beispiel 1:

Ein Fadenkabel aus 10 000 Einzelfäden, die beim Schmelzspinnen unmittelbar unter der Spinndüse auf einer Metalloberfläche einseitig abgekühlt wurden und daher ein Orientierungsgefälle besitzen, wird mit einer Geschwindigkeit von 23 m/min durch ein Avivagebad aus einer wässerigen Lösung eines Allylphenyl-Polyglykoläthers sowie aliphatischer Polyglykoläther und von Fettsäureestern zv.'eiwertiger Alkohole gefahren, abgequetscht und in gewöhnter Weise in Dampf zwischen zwei Streckwerken (Siebenwalzen-Streckwerk) im Verhältnis 1 ; 2 verstreckt. Die Herstellung der Spinnfäden ist in der belgischen Patentschrift Nr. 708 919 beschrieben. Das verstreckte Kabel wird über zwei weitere Streckworke geleitet, wobei sich das dritte 1,04 mal I so schnell dreht wie das zweite und das vierte 1,04 nal so schnell wie das dritte. Zwischen dem zweiten und dritten Septett befindet sich ein 4 m lenger und 50 cm breiter Metallkörper, dessen Oberfläche auf 140 C beheizt wird. Die Walzen des dritten und vierten Septetts werden von Kühlwasser durchflossen, wobei das Kabel auf der Walzenoberfläche auf etwa ?0°C abgekühlt wird. Von der letzten Walze des vierten Ssptetts läßt nan das Kabel in freiem Fall 1 m senkrecht nach unten auf ein Transportband laufen und bläst unmittelbar über den Transportband überhitzten Wasserdampf von etwa 110°C von beiden Seiten durch,das Kabel. Hierbei springt die Kräuseluns ein, was zu einer starken Torminderung der Kabelgeschwindigkeit führt. Bei einer Vfalsonuralaufgeschwindigkeit von 50 m/min auf den vierten Septett wird die Geschwindigkeit des Förderbandes auf 10 m/min eingestellt. Das Kabel gelangt auf dem Förderband in einen beheizten Kanal, in dem es durch heiße Luft während einer Yerweilzeit von 60 sek. auf 150⁰C Kabeltemperatur aufgeheizt wird. Nach dem Verlasssen des Fixierkanals kann das Kabel abkühlen und wird dam wie üb- - lieh geschnitten.

An dieser Faser wurden folgende Werte gemessen: Reißfestigkeit =3,1 p/dtex
Reißdehnung " . = 25 #

009850/1988

BAiORfQtNAt

K₁ = 20,3 $

K₂ = 15,3 1°

Kräuselbeständigkeit = 75,5 £

Kräuselung =4-5 Bogen/cn.

Beispiel 2:

Ein Fadenkabel aus 50 000 Einzelfäden, die nach den Angaben der belgischen Patentschrift Hr. 708 919 hergestellt wurden und ein Orientierungsgefälle besitzen, wird - wie in ersten Beispiel beschrieben - mit einer Geschwindigkeit von 23 n/nin durch ein Avivagebad gefahren, abgequetscht und anschließend zwischen zwei Septetten im Wasserdampf verstreckt. Die Walzen des zweiten Septetts werden durch überhitzten Danpf auf 100,⁰C Oberflächentenperatur beheizt, so daß das Kabel nach der Terstreckung vollständig getrocknet wird. Der Abstand zwischen den zweiten und dritter. Septett beträgt 5 n. Hier kühlt das Kabel in der Luft bei Rauntenperatur weitgehend ab. Die !falzen des dritten Septetts drehen sich nit 43 n/nin 1,04 mal so schnell wie die des zweiten Septetts. Sie sind wassergekühlt, so daß das Zabel vollständig abgekühlt von dritten Septott ablauft. Zs wird in entspannten Zustand zur Auslösung und Fixierung der Kräuselung einer 'lärnebehandlung zugeführt so, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurde. Die Faserwerte entsprechen den in Beispiel 1 angegebener..

'/■

00 9 8 5 0/1988 g_AB.original

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   Verfahren.zur Herstellung von dreidimensional gekräuselten Fäden oder Faserkabeln aus synthetischen Hochpolymeren, bevorzugt aus Polyestern, ausgehend von Fäden oder Faserkabeln, in denen durch Erzeugen eines Orientierungsgefälles über den Querschnitt eine latente Kräuselung hervorgerufen wurde, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fäden verstreckt, sie daraufhin bei Temperaturen zwischen 50⁰C und 230⁰C ohne Zulassung eines Schrumpfes trocknet, und bei Temperaturen zwischen 60⁰C und 230⁰C in völlig entspanntem Zustand die Auslösung der Kräuselung ( vornimmt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fäden nach dem Verstrecken ohne Zulassung eines Schrumpfes bei Temperaturen zwischen 50⁰C und 230⁰C trocknet, sie - ebenfalls ohne einen Schrumpf zuzulassen - auf eine Temperatur unter 5O⁰C abkühlt, und sie dann in völlig entspanntem Zustand zur Auslösung der Kräuselung einer Wärmebehandlung bei 60° bis-23O°C, vorzugsweise bei 900 bis 13O⁰C, unterzieht.
3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung in einem Temperaturbereich erfolgt, dessen untere Grenze 20⁰C unterhalb des Umwandlungspunktes 2. Ordnung und dessen obere Grenze mindestens 35°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fäden liegt, vorzugsweise zwischen 90 und 160°C.
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden bzw. das Fadenkabel beim Trocknen und beim Abkühlen nachverstreckt werden, wobei dieseNachverstreckung zwischen 1 und 50 #, vorzugsweise zwischen 1 und 10 56, bezogen auf die Länge vor dieser Nachverstreckung, liegt·
5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß alle Verfahrensschritte in einem kontinuierlichen Arbeitsgang an einem laufenden Kabel durchgeführt werden.

   ^iI¹ 009850/191» ·