DE69126914T2

DE69126914T2 - Process for spinning synthetic fibers with high strength, high modulus and low shrinkage

Info

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

Abstract

A process for spinning an organic synthetic melt spinnable polymer is disclosed herein. The process includes the steps of: extruding the polymer through a spinneret (16); passing the filaments from the spinneret through an elongated zone (18); maintaining the filaments at a temperature above the glass transition temperature of the polymer within the zone; and thereafter converging the filaments. Alternatively, the process includes the steps of: extruding the polymer through a spinneret; providing an elongated zone having a length of at least 5 meters or means for controlling the temperature within said zone from a predetermined maximum to a predetermined minimum; passing the filaments through the zone; and thereafter converging the filaments. <IMAGE>

Description

Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spinnverfahren zur Herstellung synthetischer Garne mit hoher Festigkeit, hohem Modul und geringer Schrumpfung.The present invention relates to a spinning process for producing synthetic yarns with high strength, high modulus and low shrinkage.

Background of the invention

Seitdem faserbildende, schmelzspinnbare synthetische Polymere eingeführt worden sind, suchten Faserhersteller nach Wegen, um die Festigkeits- und Stabilitätseigenschaften der aus diesen Polymeren hergestellten Fasern zu erhöhen. Die zusätzlichen Festigkeits- und Stabilitätseigenschaften der Fasern sind notwendig, damit sich ihren Produkten Anwendungen eröffnen, die über die Verwendung für Textilien hinausgehen. Zu diesen Nicht-Textilverwendungen (auch als "industrielle Verwendungen" bekannt) gehören: Reifenkord; Nähgarn; Segeltuch; Stoffe, Gewebe oder Matten, die für den Bau von Straßenbetten oder andere Geotextilanwendungen verwendet werden; industrielle Bänder; Verbundstoffe; Architekturtextilstoffe; Verstärkungen in Schläuchen; laminierte Textilstoffe; Seile; und dergleichen.Since fiber-forming, melt-spinnable synthetic polymers were introduced, fiber manufacturers have sought ways to increase the strength and stability properties of fibers made from these polymers. The additional strength and stability properties of the fibers are necessary to allow their products to have applications beyond textiles. These non-textile uses (also known as "industrial uses") include: tire cord; sewing thread; canvas; fabrics, weaves, or mats used for roadbed construction or other geotextile applications; industrial tapes; composites; architectural textiles; reinforcements in tubing; laminated textiles; ropes; and the like.

Ursprünglich wurde für einige dieser industriellen Verwendungen Rayon verwendet. Danach verdrängte Nylon das Rayon als Material der Wahl. In den 70er Jahren wurden herkömmliche Polyester, wie Polyethylenterephthalat, gegen Nylon ins Rennen geschickt. Etwa im Jahre 1985 wurden leistungsfähigere Polyester, d.h. solche mit höherer Festigkeit und größerer Stabilität, eingeführt.Rayon was originally used for some of these industrial uses. Nylon then replaced rayon as the material of choice. In the 1970s, traditional polyesters, such as polyethylene terephthalate, were pitted against nylon. Around 1985, higher-performance polyesters, i.e. those with greater strength and stability, were introduced.

Eine kurze Übersicht über einen Teil des Standes der Technik im Patentbereich, der unten zusammengefaßt ist, zeigt, daß drei allgemeine Bereiche als mögliche Wege der Verbesserung der Festigkeits- und Stabilitätseigenschaften dieser synthetischen Fasern untersucht wurden. Zu diesen allgemeinen Bereichen gehören: Verfahren, die auf das Verstrecken gerichtet sind; Verfahren, die auf das Polymer gerichtet sind; und Verfahren, die auf das Spinnen gerichtet sind. Im folgenden soll sich der Ausdruck "Verstrecken" auf das Erhitzen und Strecken beziehen, das mit einem Garn im Spinnzustand durchgeführt wird. Der Ausdruck "Behandlung des Polymers" soll sich auf das beziehen, was vor dem Spinnen mit dem Polymer gemacht wird. Der Ausdruck "Spinnen" soll sich auf Verfahren zur Bildung von Filamenten aus Polymer beziehen, jedoch unter Ausschluß des Verstreckens.A brief overview of some of the prior art in the patent field, which is summarized below, shows that three general areas have been investigated as possible ways of improving the strength and stability properties of these synthetic fibers. These general areas include: processes directed at drawing; processes directed at the polymer; and processes directed at spinning. As used herein, the term "drawing" shall refer to the heating and drawing performed on a yarn in the as-spun state. The term "treating the polymer" shall refer to what is done to the polymer prior to spinning. The term "spinning" shall refer to processes for forming filaments from polymer, but excluding drawing.

Die Verfahren, die auf das Verstrecken gerichtet sind, sind die folgenden:The processes aimed at stretching are the following:

JP-A-55022012 offenbart das Einleiten von Nylon-6-Multifilamentsträngen in eine Abkühlungskammer, wo sie abgekühlt und in Gegenwart eines Gases orientiert werden. Sie werden gebündelt, und Prozeßöl, das wenigstens 80 Gew.-% Wasser enthält, wird aufgetragen. Eine Verstreckung von 5 bis 15% erfolgt zwischen einer ersten Zugwalze und einer zweiten Zugwalze, die mit einer Geschwindigkeit von 3900 bis 4700 U/min rotiert, bevor der Strang aufgenommen wird.JP-A-55022012 discloses introducing nylon-6 multifilament strands into a cooling chamber where they are cooled and oriented in the presence of a gas. They are bundled and process oil containing at least 80% by weight of water is applied. A stretch of 5 to 15% occurs between a first draw roll and a second draw roll rotating at a speed of 3900 to 4700 rpm before the strand is taken up.

Im US-Patent Nr. 3,090,997 wird das mehrstufige Verstrecken von Polyamiden zur Verwendung als Reifenkord offenbart. Die Fasern (Nylon) werden in herkömmlicher Weise schmelzgesponnen. Danach werden die gesponnenen Fasern in einem dreistufigen Verfahren verstreckt (verstreckt, dann erhitzt, dann abermals verstreckt), wobei man ein verstrecktes Nylon mit den folgenden Eigenschaften erhält: Reißlänge im Bereich von 10,4 bis 11,1 Gramm pro Denier (gpd); Dehnung im Bereich von 12,9 bis 17,1%; und Anfangsmodul von 48 bis 71 gpd/100%.U.S. Patent No. 3,090,997 discloses multi-stage stretching of polyamides for use as tire cord. The fibers (nylon) are melt spun in a conventional manner. Thereafter, the spun fibers are stretched (stretched, then heated, then stretched again) in a three-stage process, to produce a stretched nylon having the following properties: tenacity in the range of 10.4 to 11.1 grams per denier (gpd); elongation in the range of 12.9 to 17.1%; and initial modulus of 48 to 71 gpd/100%.

Im US-Patent Nr. 3,303,169 wird ein einstufiges Streckverfahren für Polyamide offenbart, das Polyamidgarne mit hohem Modul, hoher Reißlänge und geringer Schrumpfung ergibt. Das gesponnene Polyamid wird verstreckt und auf wenigstens 115ºC erhitzt, wobei man ein Garn erhält mit: Reißlänge im Bereich von 5 bis 8,7 gpd; Dehnung im Bereich von 16,2 bis 30,3%; Anfangsmodul von 28 bis 59 gpd/100%; und Schrumpfung im Bereich von 3,5 bis 15%.US Patent No. 3,303,169 discloses a one-step stretching process for polyamides that produces polyamide yarns with high modulus, high breaking length and low shrinkage. The spun polyamide is drawn and heated to at least 115ºC to give a yarn having: breaking length in the range of 5 to 8.7 gpd; elongation in the range of 16.2 to 30.3%; initial modulus of 28 to 59 gpd/100%; and shrinkage in the range of 3.5 to 15%.

Im US-Patent Nr. 3,966,867 wird ein zweistufiges Streckverfahren für Polyethylenterephthalat mit einer relativen Viskosität von 1,5 bis 1,7 offenbart. In der ersten Stufe werden die Fasern einer Temperatur zwischen 70 und 100ºC und einem Streckverhältnis von 3,8 bis 4,2 ausgesetzt. In der zweiten Stufe werden die Fasern einer Temperatur zwischen 210 und 250ºC und einem Streckverhältnis, d.h. erstes und zweites Streckverhältnis zusammen, im Bereich von 5,6 bis 6,1 ausgesetzt. Das erhaltene verstreckte Garn hat die folgenden Eigenschaften: Reißlänge 7,5 und 9,5 gpd; Dehnung ungefähr 2 bis 5% bei einer Belastung von 5 gpd; Dehnung beim Reißen 9 bis 15%; und Schrumpfung 1 bis 4%.In U.S. Patent No. 3,966,867, a two-stage stretching process is disclosed for polyethylene terephthalate having a relative viscosity of 1.5 to 1.7. In the first stage, the fibers are exposed to a temperature of between 70 and 100°C and a stretch ratio of 3.8 to 4.2. In the second stage, the fibers are exposed to a temperature of between 210 and 250°C and a stretch ratio, i.e., first and second stretch ratios combined, in the range of 5.6 to 6.1. The resulting stretched yarn has the following properties: breaking length of 7.5 to 9.5 gpd; elongation of approximately 2 to 5% at a load of 5 gpd; elongation at break of 9 to 15%; and shrinkage of 1 to 4%.

Im US-Patent Nr. 4,003,974 wird aus Polyethylenterephthalat gesponnenes Garn mit einer HRV von 24 bis 28 auf 75 bis 250ºC erhitzt, während es verstreckt wird, wird dann über eine geheizte Streckwalze geführt und schließlich entspannt. Das verstreckte Garn hat die folgenden Eigenschaften: Reißlänge 7,5 bis 9 gpd; Schrumpfung etwa 4%; Dehnung beim Reißen 12 bis 20%; und Lasttragekapazität von 3 bis 5 gpd bei 7% Dehnung.In U.S. Patent No. 4,003,974, yarn spun from polyethylene terephthalate having an HRV of 24 to 28 is heated to 75 to 250°C while being drawn, then passed over a heated draw roll and finally relaxed. The drawn yarn has the following properties: breaking length 7.5 to 9 gpd; shrinkage about 4%; elongation at break 12 to 20%; and load carrying capacity of 3 to 5 gpd at 7% elongation.

EP-A-034880 betrifft ein Verfahren zur Bildung eines kontinuierlichen Filamentgarns aus einem schmelzspinnbaren synthetischen linearen Polymer. Das geschmolzene Polymer wird durch eine geformte Öffnung extrudiert, so daß ein geschmolzenes Filament entsteht, das dann durch eine Verfestigungszone und dann eine Konditionierungszone geleitet wird, wo es oberhalb seiner Glasübergangstemperatur und unterhalb seiner Schmelztemperatur gehalten wird. Danach wird es herausgezogen und aufgewickelt. In der Konditionierungszone ist komprimierter Dampf mit einem absoluten Druck von über 136 kN/m² vorhanden.EP-A-034880 relates to a process for forming a continuous filament yarn from a melt-spinnable synthetic linear polymer. The molten polymer is extruded through a shaped orifice to form a molten filament which is then passed through a solidification zone and then a conditioning zone where it is maintained above its glass transition temperature and below its melting temperature. It is then drawn out and wound up. In the conditioning zone there is compressed steam at an absolute pressure of over 136 kN/m2.

Die Verfahren, die auf das Verbessern der Garneigenschaften durch Behandlung des Polymers gerichtet sind, sind die folgenden:The processes aimed at improving the yarn properties by treating the polymer are the following:

In den US-Patenten Nr. 4,690,866 und 4,867,963 ist die Grenzviskosität (I.V.) des Polyethylenterephthalats größer als 0,90. Im US-Patent Nr. 4,690,868 sind die Eigenschaften der Faser im Spinnzustand (unverstreckt) wie folgt: Dehnung beim Reißen 52 bis 193%; Doppelbrechung 0,0626 bis 0,136; und Kristallinitätsgrad 19,3 bis 36,8%. Die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge 5,9 bis 8,3 gpd; Dehnung 10,1 bis 24,4%; und Trockenschrumpfung (bei 210ºC) 0,5 bis 10,3%. Im US-Patent Nr. 4,867,936 sind die Eigenschaften der verstreckten Faser wie folgt: Reißlänge etwa 8,5 gpd; Dehnung beim Reißen etwa 9,9%; und Schrumpfung (bei 177ºC) etwa 5,7%.In U.S. Patent Nos. 4,690,866 and 4,867,963, the intrinsic viscosity (I.V.) of the polyethylene terephthalate is greater than 0.90. In U.S. Patent No. 4,690,868, the properties of the as-spun (undrawn) fiber are as follows: elongation at break 52 to 193%; birefringence 0.0626 to 0.136; and degree of crystallinity 19.3 to 36.8%. The properties of the drawn yarn are as follows: breaking length 5.9 to 8.3 gpd; elongation 10.1 to 24.4%; and dry shrinkage (at 210ºC) 0.5 to 10.3%. In U.S. Patent No. 4,867,936, the drawn fiber properties are follows: breaking length about 8.5 gpd; elongation at break about 9.9%; and shrinkage (at 177ºC) about 5.7%.

Die Verfahren, die auf das Spinnen gerichtet sind, sind die folgenden:The processes aimed at spinning are the following:

Im US-Patent Nr. 3,053,611 wird Polyethylenterephthalat nach dem Verlassen der Spinndüse in einem zwei Meter langen Spinnschacht auf 220ºC erhitzt. Danach wird in einem zweiten Schacht kaltes Wasser auf die Fasern gesprüht. Die Fasern werden mit einer Geschwindigkeit von 1600 Metern pro Minute (mpm) aufgenommen und anschließend verstreckt, wobei man eine Reißlänge von 315 gpd erhält.In U.S. Patent No. 3,053,611, polyethylene terephthalate is heated to 220ºC in a two-meter-long spin shaft after it leaves the spinneret. Cold water is then sprayed onto the fibers in a second shaft. The fibers are taken up at a speed of 1600 meters per minute (mpm) and then stretched to give a breaking length of 315 gpd.

Im US-Patent Nr. 3,291,880 wird ein Polyamid aus einer Spinndüse gesponnen und dann auf etwa 15ºC abgekühlt, und dann wird die Faser mit überhitztem Dampf bestrahlt. Die Faser im Spinnzustand hat eine geringe Orientierung und eine geringe Doppelbrechung.In U.S. Patent No. 3,291,880, a polyamide is spun from a spinneret and then cooled to about 15ºC, and then the fiber is irradiated with superheated steam. The as-spun fiber has low orientation and low birefringence.

Im US-Patent Nr. 3,361,859 wird ein synthetisches organisches Polymer zu einer Faser gesponnen. Wenn die Fasern die Spinndüse verlassen, werden sie einer "kontrollierten verzögerten Abkühlung" unterzogen. Diese Abkühlung wird über die ersten sieben inch hinter der Spinndüse durchgeführt. Oben (d.h. in der Nähe der Spinndüse) beträgt die Temperatur 300ºC, und unten (d.h. ungefähr 7 inch von der Spinndüse entfernt) beträgt die minimale Temperatur 132ºC. Das Garn im Spinnzustand hat eine geringe Doppelbrechung (11 bis 35 x 10&supmin;³), und die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge 6,9 bis 9,4 gpd; Anfangsmodul 107 bis 140 gpd/100%; und Dehnung beim Reißen 7,7 bis 9,9%.In U.S. Patent No. 3,361,859, a synthetic organic polymer is spun into a fiber. As the fibers exit the spinneret, they undergo a "controlled delayed cooling." This cooling is carried out over the first seven inches behind the spinneret. At the top (i.e., near the spinneret) the temperature is 300ºC, and at the bottom (i.e., At the spinneret (approximately 7 inches from the spinneret), the minimum temperature is 132ºC. The as-spun yarn has low birefringence (11 to 35 x 10⁻³), and the drawn yarn properties are as follows: breaking length 6.9 to 9.4 gpd; initial modulus 107 to 140 gpd/100%; and elongation at break 7.7 to 9.9%.

In den US-Patenten Nr. 3,936,253 und 3,969,462 wird die Verwendung eines beheizten Mantels (mit einer Länge im Bereich von einem halben foot bis zwei feet) mit Temperaturen im Bereich von etwa 115 bis 460ºC offenbart. Im ersteren ist die Temperatur am oberen Teil des Mantels größer als am unteren Teil. Die Eigenschaften des verstreckten Garns des ersteren sind wie folgt: Reißlänge 9,25 gpd; Dehnung etwa 13,5%; und Schrumpfung etwa 9,5%. Im letzteren ist die Temperatur innerhalb des Mantels konstant, und die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge 8 bis 11 gpd; und Dehnung beim Reißen 12,5 bis 13,2%.U.S. Patent Nos. 3,936,253 and 3,969,462 disclose the use of a heated jacket (ranging in length from one-half foot to two feet) with temperatures ranging from about 115 to 460°C. In the former, the temperature at the top of the jacket is greater than at the bottom. The drawn yarn properties of the former are as follows: breaking length 9.25 gpd; elongation about 13.5%; and shrinkage about 9.5%. In the latter, the temperature within the jacket is constant and the drawn yarn properties are as follows: breaking length 8 to 11 gpd; and elongation at break 12.5 to 13.2%.

Im US-Patent Nr. 3,946,100 werden die Fasern aus einer Spinndüse gesponnen und bei einer Temperatur unter 80ºC verfestigt. Die verfestigten Fasern werden dann erneut auf eine Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur des Polymers (Tg) und seiner Schmelztemperatur erhitzt. Diese erhitzte Faser wird mit einer Geschwindigkeit zwischen 10ºC und 60ºC Metern pro Minute aus der Heizzone gezogen. Die Eigenschaften des gesponnenen Garns sind wie folgt: Reißlänge 3,7 bis 4,0 gpd; Anfangsmodul 70 bis 76 gpd/100%; und Doppelbrechung 0,1188 bis 0,1240.In U.S. Patent No. 3,946,100, the fibers are spun from a spinneret and solidified at a temperature below 80ºC. The solidified fibers are then reheated to a temperature between the glass transition temperature of the polymer (Tg) and its melting temperature. This heated fiber is drawn from the heating zone at a rate between 10ºC and 60ºC meters per minute. The properties of the spun yarn are as follows: breaking length 3.7 to 4.0 gpd; initial modulus 70 to 76 gpd/100%; and birefringence 0.1188 to 0.1240.

Im US-Patent Nr. 4,491,657 wird Polyestermultifilamentgarn mit hoher Geschwindigkeit schmelzgesponnen und verfestigt. Die Verfestigung erfolgt in einer Zone, die nacheinander eine Heizzone und eine Kühlzone umfaßt. Bei der Heizzone handelt es sich um eine zylinderformige Heizvorrichtung (Temperatur im Bereich von der Schmelztemperatur des Polymers bis 400ºC) mit einer Länge im Bereich von 0,2 bis 1,0 Metern. Die Kühlzone wird mit Luft von 10º bis 40ºC abgekühlt. Nach diesem Verfahren hergestelltes verstrecktes Garn hat die folgenden Eigenschaften: Anfangsmodul 90 bis 130 gpd; und Schrumpfung (bei 150ºC) kleiner als 8,7%.In US Patent No. 4,491,657, polyester multifilament yarn is melt spun and bonded at high speed. Bonding takes place in a zone which comprises a heating zone and a cooling zone in succession. The heating zone is a cylindrical heating device (temperature in the range from the melting temperature of the polymer to 400ºC) with a length in the range of 0.2 to 1.0 meters. The cooling zone is cooled with air from 10º to 40ºC. Polyester yarn produced by this process Drawn yarn has the following properties: initial modulus 90 to 130 gpd; and shrinkage (at 150ºC) less than 8.7%.

Im US-Patent Nr. 4,702,871 wird die Faser in eine Kammer mit Unterdruck gesponnen. Die Eigenschaften des gesponnenen Garns sind wie folgt: Festigkeit 3,7 bis 4,4 gpd; Doppelbrechung 104,4 bis 125,8 (x 10&supmin;³); und Kontraktion in trockener Hitze 4,2 bis 5,9% bei 160ºC während 15 Minuten.In U.S. Patent No. 4,702,871, the fiber is spun in a vacuum chamber. The properties of the spun yarn are as follows: tenacity 3.7 to 4.4 gpd; birefringence 104.4 to 125.8 (x 10-3); and dry heat contraction 4.2 to 5.9% at 160ºC for 15 minutes.

Im US-Patent Nr. 4,869,958 wird die Faser in Abwesenheit von Wärme gesponnen und dann aufgenommen. An dieser Stelle hat die Faser einen geringen Kristallinitätsgrad, ist jedoch hochgradig orientiert. Danach wird die Faser wärmebehandelt Die Eigenschaften der verstreckten Faser sind wie folgt: Reißlänge 4,9 bis 5,2 gpd; Anfangsmodul 92,5 bis 96,6 gpd/100%; und Dehnung 28,5 bis 32,5%.In U.S. Patent No. 4,869,958, the fiber is spun in the absence of heat and then taken up. At this point, the fiber has a low degree of crystallinity but is highly oriented. After that, the fiber is heat treated. The properties of the drawn fiber are as follows: breaking length 4.9 to 5.2 gpd; initial modulus 92.5 to 96.6 gpd/100%; and elongation 28.5 to 32.5%.

Die obige Patentübersicht zeigt, daß zwar einige der nach diesen verschiedenen Verfahren hergestellten Fasern eine hohe Festigkeit oder eine geringe Schrumpfung haben, aber keines der obigen Patente ein Garn oder ein Verfahren zur Herstellung eines solchen verstreckten Garns lehrt, das die Kombination einer hohen Reißlänge, eines hohen Anfangsmoduls und einer geringen Schrumpfung aufweist.The above patent review shows that while some of the fibers produced by these various processes have high strength or low shrinkage, none of the above patents teach a yarn or a process for producing such a drawn yarn that has the combination of high breaking length, high initial modulus and low shrinkage.

Die Patente, die der Lehre eines solchen verstreckten Garns am nächsten kommen, sind die US-Patente Nr.4,101,525 und 4,195,052, verwandte Patente, die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurden. In diesen Patenten werden die Polyesterfilamente (wobei das Polymer eine Grenzviskosität von 0,5 bis 2,0 Deziliter pro Gramm hat) aus einer Spinndüse schmelzgesponnen. Die geschmolzenen Filamente werden durch eine Verfestigungszone geleitet, wo sie gleichmäßig abgeschreckt und in feste Fasern umgewandelt werden. Die festen Fasern werden unter einer wesentlichen Spannung (0,015 bis 0,15 gpd) aus der Verfestigungszone gezogen. Diese festen Fasern im Spinnzustand zeigen eine relativ hohe Doppelbrechung (etwa 9 bis 70 x 10&supmin;³). Dann werden die im Spinnzustand befindlichen Fasern verstreckt und anschließend wärmebehandelt Die Eigenschaften des verstreckten Filaments sind wie folgt: Reißlänge 7,5 bis 10 gpd; Anfangsmodul 110 bis 150 gpd/100%; und Schrumpfung weniger als 8,5% in Luft von 175ºC.The patents that come closest to teaching such a drawn yarn are U.S. Patent Nos. 4,101,525 and 4,195,052, related patents assigned to the assignee of the present invention. In these patents, the polyester filaments (where the polymer has an intrinsic viscosity of 0.5 to 2.0 deciliters per gram) are melt spun from a spinneret. The molten filaments are passed through a consolidation zone where they are uniformly quenched and converted into solid fibers. The solid fibers are pulled from the consolidation zone under a substantial tension (0.015 to 0.15 gpd). These as-spun solid fibers exhibit a relatively high birefringence (about 9 to 70 x 10⊃min;³). The as-spun fibers are then drawn and subsequently heat treated. The properties of the drawn filament are as follows: breaking length 7.5 to 10 gpd; initial modulus 110 to 150 gpd/100%; and shrinkage less than 8.5% in air at 175ºC.

Brief description of the invention

Hier wird ein Verfahren zum Spinnen eines Polyesterpolymers offenbart. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: Extrudieren des Polymers durch eine Spinndüse; Leiten der Filamente aus der Spinndüse durch eine längliche Zone; Halten der Filamente auf einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polymers über einen Abstand von etwa 3 m oder mehr innerhalb der Zone; danach Zusammenführen der Filamente und Aufnehmen des Filaments mit einer Geschwindigkeit von mehr als 30ºC m/minA method of spinning a polyester polymer is disclosed here. The method includes the steps of: extruding the polymer through a spinneret; directing the filaments from the spinneret through an elongated zone; maintaining the filaments at a temperature above the glass transition temperature of the polymer for a distance of about 3 m or more within the zone; thereafter gathering the filaments together and taking up the filament at a rate of greater than 30ºC m/min.

Ein alternatives Verfahren ist ein Verfahren zum Spinnen eines Polyesterpolymers, umfassend die Schritte: Extrudieren des Polymers durch eine filamentbildende Einrichtung; Bereitstellen einer länglichen Zone (d.h. einer Zone mit Längsabmessungen, die die seitlichen Abmessungen überschreiten) mit einer Länge von wenigstens 5 m; Leiten der Filamente aus der filamentbildenden Einrichtung durch die längliche Zone; und danach Zusammenführen der Filamente.An alternative method is a method of spinning a polyester polymer comprising the steps of: extruding the polymer through a filament forming device; providing an elongated zone (i.e., a zone having longitudinal dimensions that exceed the lateral dimensions) having a length of at least 5 m; passing the filaments from the filament forming device through the elongated zone; and thereafter bringing the filaments together.

Ein weiteres alternatives Verfahren ist ein Verfahren zum Spinnen eines Polyesterpolymers, umfassend die Schritte: Extrudieren des Polymers durch eine filamentbildende Einrichtung; Bereitstellen einer länglichen Zone von etwa 3 m oder darüber, die Einrichtungen zum Regeln der Temperatur innerhalb der Zone von einem vorbestimmten Maximum zu einem vorbestimmten Minimum aufweist; Leiten der Filamente aus der filamentbildenden Einrichtung durch die längliche Zone; und danach Zusammenführen der Filamente.Another alternative method is a method of spinning a polyester polymer comprising the steps of: extruding the polymer through a filament forming device; providing an elongated zone of about 3 m or more having means for controlling the temperature within the zone from a predetermined maximum to a predetermined minimum; passing the filaments from the filament forming device through the elongated zone; and thereafter gathering the filaments together.

Bei allen Verfahren sind die dadurch hergestellten Filamente gekennzeichnet durch: (1) eine Kristallgröße von weniger als etwa 55 Å sowie entweder (a) eine optische Doppelbrechung von mehr als etwa 0,090 oder (b) eine amorphe Doppelbrechung von mehr als etwa 0,060 oder (c) einen Langperiodenabstand von weniger als etwa 300 Å und (2) einen Kristallgehalt von etwa 10 bis etwa 43%, eine Reißlänge im gesponnenen Zustand von etwa 1,6 bis 4,6 g/dtex (1,7 bis etwa 5,0 Gramm pro denier), einen Modul im gesponnenen Zustand im Bereich von etwa 9 bis 127 g/dtex pro 100% (10 bis etwa 140 Gramm pro denier pro 100%), eine Heißluftschrumpfung von etwa 5 bis etwa 45% und eine Dehnung von etwa 50 bis 160%.In all processes, the filaments produced are characterized by: (1) a crystal size of less than about 55 Å and either (a) an optical birefringence of greater than about 0.090 or (b) an amorphous birefringence of greater than about 0.060 or (c) a long period spacing of less than about 300 Å and (2) a crystal content of about 10 to about 43%, an as-spun length of about 1.6 to 4.6 g/dtex (1.7 to about 5.0 grams per denier), an as-spun modulus in the range of about 9 to 127 g/dtex per 100% (10 to about 140 grams per denier per 100%), a hot air shrinkage of about 5 to about 45%, and an elongation of about 50 to 160%.

Description of the drawing

Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung ist in der Zeichnung ein Schema des Verfahren gezeigt, das zur Zeit bevorzugt wird; wobei jedoch vorausgeschickt wird, daß diese Erfindung nicht auf die genaue Anordnung und die Mittel, die gezeigt sind, beschränkt ist.For the purpose of illustrating the invention, there is shown in the drawing a schematic of the process which is presently preferred, it being understood, however, that this invention is not limited to the precise arrangement and instrumentalities shown.

Figur 1 ist ein schematischer Aufriß des Spinnvorgangs.Figure 1 is a schematic elevation of the spinning process.

Figur 2 ist ein schematischer Aufriß des Streckvorgangs.Figure 2 is a schematic elevation of the stretching process.

Detailed description of the invention

Verstreckte Garne mit hoher Reißlänge, hohem Anfangsmodul und geringer Schrumpfung sowie das Verfahren, nach dem solche Garne gesponnen werden, werden im folgenden diskutiert. Der Ausdruck "Garn" oder "Filament" oder "Faser" soll sich auf jede Faser beziehen, die aus einem schmelzspinnbaren synthetischen organischen Polymer hergestellt ist. Solche Polymere können Polyester und Polyamide umfassen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Erfindung hat jedoch besondere Bedeutung für Polyester, wie zum Beispiel Polyethylenterephthalat (PET), Gemische von PET und Polybutylenterephthalat (PBT) sowie PET, das mit multifunktionellen Monomeren vernetzt ist (z.B. Pentaerythrit). Jedes der obigen Polymere kann herkömmliche Additive enthalten. Die I.V. des Garns (für Polymer auf PET-Basis) kann zwischen 0,60 und 0,87 liegen.Drawn yarns with high tensile strength, high initial modulus and low shrinkage, as well as the process by which such yarns are spun, are discussed below. The term "yarn" or "filament" or "fiber" is intended to refer to any fiber made from a melt-spinnable synthetic organic polymer. Such polymers may include, but are not limited to, polyesters and polyamides. However, the invention has particular relevance to polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), blends of PET and polybutylene terephthalate (PBT), and PET crosslinked with multifunctional monomers (e.g., pentaerythritol). Any of the above polymers may contain conventional additives. The I.V. of the yarn (for PET-based polymer) may be between 0.60 and 0.87.

Die vorliegende Erfindung hängt jedoch nicht von der Grenzviskosität (I.V.) des Polymers ab.However, the present invention does not depend on the intrinsic viscosity (IV) of the polymer.

In Figur 1 ist eine Spinnvorrichtung 10 gezeigt. Ein herkömmlicher Extruder 12 zum Schmelzen von Polymerchips befindet sich in Fluid-Verbindung mit einem herkömmlichen Spinnbalken 14. Innerhalb des Spinnbalkens 14 gibt es ein herkömmliches Spinnpack 16. Das Pack 16 kann ringförmig ausgebildet sein, und es filtert das Polymer, indem es das Polymer durch ein Bett aus feinen Teilchen leitet, wie in der Technik wohlbekannt ist. Als Teil des Packs 16 enthält dieses eine herkömmliche Spinndüse (nicht gezeigt). Die Geschwindigkeiten des Fließens von Polymeren durch das Pack können im Bereich von etwa 10 bis 55 pounds pro Stunde liegen. Die Obergrenze von 55 pounds ist nur durch die physikalischen Abmessungen des Packs 16 definiert, und durch die Verwendung größerer Packs können größere Fließgeschwindigkeiten erhalten werden. Die Faserfeinheit pro Filament in gesponnenem Zustand (dpf) liegt im Bereich von 3 bis 20, da sich erwiesen hat, daß die optimalen Eigenschaften und mechanischen Merkmale für das Garn zwischen 5 und 13 dpf auftreten.In Figure 1, a spinning apparatus 10 is shown. A conventional extruder 12 for melting polymer chips is in fluid communication with a conventional spin beam 14. Within the spin beam 14 there is a conventional spin pack 16. The pack 16 may be annular and it filters the polymer by passing the polymer through a bed of fine particles, as is well known in the art. As part of the pack 16, it includes a conventional spinneret (not shown). Rates of flow of polymers through the pack may range from about 10 to 55 pounds per hour. The upper limit of 55 pounds is defined only by the physical dimensions of the pack 16, and by using larger packs, greater flow rates can be obtained. The as-spun fiber count per filament (dpf) is in the range of 3 to 20, as it has been shown that the optimum properties and mechanical characteristics for the yarn occur between 5 and 13 dpf.

Gegebenenfalls kann die Faser beim Verlassen der Spinndüse mit einem heißen Inertgas (z.B. Luft) abgeschreckt werden. Siehe US- Patent Nr. 4,378,325, auf das hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Typischerweise ist das Gas etwa 230ºC heiß und wird mit etwa sechs Standard-Kubikfeet pro Minute (scfm) zugeführt. Wenn die Luft zu heiß ist, d.h. über 260ºC, werden die Eigenschaften des gesponnenen Garns beträchtlich verschlechtert.If desired, the fiber may be quenched with a hot inert gas (e.g., air) as it exits the spinneret. See U.S. Patent No. 4,378,325, incorporated herein by reference. Typically, the gas is about 230ºC and is delivered at about six standard cubic feet per minute (scfm). If the air is too hot, i.e., above 260ºC, the properties of the spun yarn will be significantly degraded.

Unmittelbar unter dem Spinnbalken und dicht (d.h. luftdicht) daran montiert befindet sich eine längliche Säule 18. Die Säule umfaßt ein isoliertes Rohr mit einer Länge von etwa 5 m oder mehr. Die Säulenlänge wird unten ausführlicher diskutiert. Der Innendurchmesser des Rohrs ist ausreichend groß, z.B. 30,5 cm (12"), so daß alle Filamente aus der Spinndüse die Länge des Rohrs durchlaufen können, ohne es zu verstopfen. Die Säule ist mit einer Vielzahl herkömmlicher Bandheizkörper ausgestattet, so daß die Temperatur innerhalb des Rohrs entlang seiner Länge gesteuert werden kann. Die Säulentemperaturen werden unten ausführlicher diskutiert. Die Säule ist zwecks einer besseren Temperatursteuerung vorzugsweise in mehrere diskrete Temperaturzonen unterteilt. Insgesamt 4 bis 7 Zonen sind verwendet worden. Gegebenenfalls kann die Säule 18 auch ein Lufteinleitungsrohr 17 enthalten, das verwendet wird, um die Temperatur in der Säule zu steuern. Das Einleitungsrohr 17 ist so ausgebildet, daß es ein Inertgas gleichmäßig um den Umfang der Säule herum verteilt.Immediately below the spinning beam and tightly (i.e., airtight) mounted thereto is an elongated column 18. The column comprises an insulated tube about 5 m or more in length. The column length is discussed in more detail below. The inner diameter of the tube is sufficiently large, e.g., 30.5 cm (12"), so that all filaments from the spinneret can travel the length of the tube without clogging it. The column is equipped with a variety of conventional band heaters, so that the temperature within the tube can be controlled along its length. Column temperatures are discussed in more detail below. The column is preferably divided into several discrete temperature zones for better temperature control. A total of 4 to 7 zones have been used. Optionally, the column 18 may also include an air inlet tube 17 which is used to control the temperature within the column. The inlet tube 17 is designed to distribute an inert gas evenly around the circumference of the column.

Innerhalb des untersten Endes der Säule 18 befindet sich ein perforierter Kegelstumpf 19, d.h. eine Einrichtung zum Reduzieren der Luftturbulenz. Der Kegelstumpf 19, der vorzugsweise eine Länge von drei feet und am obersten Ende einen Durchmesser, der dem Rohrdurchmesser entspricht, und am unteren Ende einen etwa halb so großen Durchmesser aufweist, wird verwendet, um Luft über einen mit einem Ventil versehenen Abluftanschluß 21 aus dem untersten Ende des Rohrs auszublasen, so daß eine Bewegung in der Fadenlinie aufgrund von Luftturbulenz wesentlich reduziert oder völlig beseitigt ist.Within the lowermost end of the column 18 is a perforated truncated cone 19, i.e. a means for reducing air turbulence. The truncated cone 19, which is preferably three feet long and has a diameter at the upper end equal to the diameter of the pipe and at the lower end about half that diameter, is used to exhaust air from the lowermost end of the pipe through a valved exhaust port 21 so that movement in the threadline due to air turbulence is substantially reduced or eliminated.

Unterhalb des untersten Endes der Säule wird die Fadenlinie zusammengeführt. Diese Konvergenz kann durch einen Finishapplikator 20 erreicht werden. Dies ist der erste Kontakt, den das Garn nach dem Verlassen der Spinndüse erfährt.Below the lowest end of the column, the thread line is converged. This convergence can be achieved by a finish applicator 20. This is the first contact that the yarn experiences after leaving the spinneret.

Die Länge der Säule, die Nichtkonvergenz der einzelnen Filamente und das Lufttemperaturprofil innerhalb der Säule sind für die vorliegende Erfindung von besonderer Bedeutung. Das Temperaturprofil wird so gewählt, daß die Fasern über eine erhebliche Länge der Säule (z.B. wenigstens 3 Meter) auf einer Temperatur oberhalb ihres Tg gehalten werden. Diese Temperatur könnte über die gesamte Länge der Säule beibehalten werden, aber die aufgewickelten Filamente wären dann instabil. Daher wird die Temperatur innerhalb der Säule aus praktischen Gründen auf unter Tg reduziert, so daß die Filamente keine weiteren Veränderungen der Kristallstruktur mehr erfahren, bevor sie aufgewickelt werden. Vorzugsweise wird das Teinperaturprofil so gewählt, daß es das Temperaturprofil widerspiegelt, das sich innerhalb des Rohrs einstellen würde, wenn keine Wärme von außen zugeführt würde. Die Situation mit "keiner Wärme von außen" ist jedoch praktisch nicht durchführbar, da zahlreiche Variablen die Säulentemperatur beeinflussen. Daher wird das Temperaturprofil geregelt, vorzugsweise linear, um die Temperatur als Variable bei dem Verfahren zu eliminieren.The length of the column, the non-convergence of the individual filaments and the air temperature profile within the column are of particular importance for the present invention. The temperature profile is chosen so that the fibers are maintained at a temperature above their Tg over a significant length of the column (eg at least 3 meters). This temperature could be maintained over the entire length of the column, but the wound filaments would then be unstable. Therefore, for practical reasons, the temperature within the column is reduced to below Tg so that the filaments do not undergo any further changes in crystal structure before they are wound. Preferably the temperature profile is chosen to reflect the temperature profile that would be established inside the tube if no external heat were applied. However, the "no external heat" situation is not practically feasible because numerous variables affect the column temperature. Therefore, the temperature profile is controlled, preferably linearly, to eliminate temperature as a variable in the process.

Die Lufttemperatur innerhalb der Säule wird durch die Verwendung der Bandheizgeräte gesteuert. Vorzugsweise wird die Säule in mehrere Abschnitte unterteilt, und die Lufttemperatur in jedem Abschnitt wird auf einen vorbestimmten Wert geregelt. So kann die Temperatur innerhalb der Säule über die Länge der Säule variiert werden. Die Temperatur innerhalb der Säule kann in einem Bereich von der Polymerspinntemperatur bis zur oder bis unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) des Polymers liegen (Tg für Polyester beträgt etwa 80ºC). Die Polymerspinntemperatur tritt um die Spinndüse herum auf, d.h. wenn das geschmolzene Polymer die Spinndüse verläßt. Die Lufttemperaturen innerhalb der Säule werden jedoch vorzugsweise auf etwa 155ºC bis etwa 50ºC geregelt. Bei Aufwickelgeschwindigkeiten von weniger als 14 000 feet pro Minute wird der erste Abschnitt, der der Spinndüse benachbart ist, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 155ºC geregelt, und der am weitesten von der Spinndüse entfernte Abschnitt wird auf etwa 50ºC geregelt.The air temperature within the column is controlled by the use of the band heaters. Preferably, the column is divided into several sections and the air temperature in each section is controlled to a predetermined value. Thus, the temperature within the column can be varied along the length of the column. The temperature within the column can range from the polymer spinning temperature to or below the glass transition temperature (Tg) of the polymer (Tg for polyester is about 80°C). The polymer spinning temperature occurs around the spinneret, i.e., as the molten polymer exits the spinneret. However, air temperatures within the column are preferably controlled to about 155°C to about 50°C. At wind-up speeds of less than 14,000 feet per minute, the first section adjacent to the spinneret is preferably controlled to a temperature of about 155ºC, and the section farthest from the spinneret is controlled to about 50ºC.

Ein lineares Temperaturprofil ist jedoch nicht das einzige Temperaturmuster, das zu den hier offenbarten günstigen Ergebnissen führt. Bei Aufnahmegeschwindigkeiten (oder Aufwickelgeschwindigkeiten) von mehr als 14 000 fpm (4300 mpm) kann das Temperaturprofil (wenn die Säule in vier diskrete Zonen unterteilt wird) wie folgt verlaufen: (von der Spinndüse aus nach unten) die erste Zone - etwa 105ºC bis etwa 110ºC; die zweite Zone - etwa 110ºC bis etwa 115ºC; die dritte Zone - etwa 125ºC bis etwa 130ºC; und die vierte Zone - 115ºC bis etwa 120ºC.However, a linear temperature profile is not the only temperature pattern that produces the favorable results disclosed here. At take-up (or wind-up) speeds greater than 14,000 fpm (4300 mpm), the temperature profile (if the column is divided into four discrete zones) can be as follows: (from the spinneret downward) the first zone - about 105ºC to about 110ºC; the second zone - about 110ºC to about 115ºC; the third zone - about 125ºC to about 130ºC; and the fourth zone - 115ºC to about 120ºC.

Was die Säulenlänge betrifft, so scheint für die vorliegende Erfindung häufig eine minimale Säulenlänge von fünf Metern (mit einer Säulentemperatur oberhalb des Tg des Polymers für wenigstens drei Meter) mit einer Filamentkonvergenz danach notwendig zu sein. Säulenlängen zwischen fünf und neun Metern sind für die Erfindung geeignet. Die Obergrenze von neun Metern ist eine praktische Grenze und kann erhöht werden, wenn der Platz es zuläßt. Um die Reißlängeneigenschaften zu optimieren, wird eine Säulenlänge von etwa sieben Metern bevorzugt.As for column length, the present invention often appears to require a minimum column length of five meters (with a column temperature above the Tg of the polymer for at least three meters) with filament convergence thereafter. Column lengths between five and nine meters are suitable for the invention. The upper limit of nine meters is a practical limit and can be increased if space permits. To optimize break length characteristics, a column length of about seven meters is preferred.

Die Fasern werden zusammengeführt, nachdem sie die Säule 18 verlassen. Diese Konvergenz kann durch Verwendung eines Finishapplikators erreicht werden.The fibers are converged after they leave the column 18. This convergence can be achieved by using a finish applicator.

Nach der ersten Auftragung des Finish (d.h. bei Finishapplikator 20) wird das Garn um ein Paar von Streckwalzen 22 genommen. Danach kann eine zweite Auftragung von Finish erfolgen (d.h. bei Finishapplikator 23). Die erste Finishauftragung kann vorgenommen werden, um die auf den Fasern aufgebaute statische Elektrizität zu reduzieren. Dieses Finish wird jedoch manchmal abgestreift, wenn die Fasern über die Streckwalzen laufen. Das Finish kann also nach den Streckwalzen erneut aufgetragen werden.After the first application of finish (i.e. at finish applicator 20), the yarn is taken around a pair of draw rolls 22. After this, a second application of finish may be made (i.e. at finish applicator 23). The first application of finish may be made to reduce the static electricity built up on the fibers. However, this finish is sometimes stripped off as the fibers pass over the draw rolls. So the finish may be reapplied after the draw rolls.

Dann werden die Fasern auf einen herkömmlichen Aufwickler 24 mit kontrollierter Spannung geleitet. Die Aufwickelgeschwindigkeit ist größer als 3000 mpm (9800 fpm) mit einer maximalen Geschwindigkeit von typischerweise 5800 mpm (19 000 fpm). Ein optimaler Bereich liegt bei etwa 3200 bis 4100 mpm (10 500 bis 13 500 fpm) Der am meisten bevorzugte Bereich liegt zwischen etwa 3200 und 3800 mpm (10 500 und 12 500 fpm). Bei Geschwindigkeiten von unter 3000 mpm (9800 fpm) werden die Gleichmäßigkeitseigenschaften des Garns schlechter.The fibers are then fed to a conventional winder 24 with controlled tension. The winder speed is greater than 3000 mpm (9800 fpm) with a maximum speed of typically 5800 mpm (19,000 fpm). An optimum range is about 3200 to 4100 mpm (10,500 to 13,500 fpm). The most preferred range is about 3200 to 3800 mpm (10,500 to 12,500 fpm). At speeds below 3000 mpm (9800 fpm) the evenness properties of the yarn deteriorate.

Das nach dem obigen Verfahren hergestellte, im Spinnzustand vorliegende (d.h. unverstreckte) Polyestergarn läßt sich allgemein dadurch charakterisieren, daß es relativ kleine Kristalle und eine relativ hohe Orientierung aufweist. Vermutlich sind es diese Eigenschaften des im Spinnzustand vorliegenden Garns, die es ermöglichen, die unten diskutierten einzigartigen Eigenschaften des verstreckten Garns zu erreichen.The as-spun (ie undrawn) polyester yarn produced by the above process can generally be characterized by the fact that it has relatively small crystals and a relatively high orientation. Presumably these Properties of the as-spun yarn that enable the unique drawn yarn properties discussed below to be achieved.

Um die allgemeine Charakterisierung des Polyestergarns im Spinnzustand zu quantifizieren, werden die kleinen Kristalle anhand der (in Å gemessenen) Kristallgröße definiert, und die Orientierung wird anhand eines der folgenden Punkte definiert: optische Doppelbrechung; amorphe Doppelbrechung; oder Kristalldoppelbrechung. Außerdem ist das gesponnene Polyestergarn durch die Kristallgröße und den Langperiodenabstand (den Abstand zwischen den Kristallen) charakterisiert. Allgemein kann das Polyestergarn im Spinnzustand dadurch charakterisiert werden, daß es eine Kristallgröße von weniger als 55 Å sowie entweder eine optische Doppelbrechung von mehr als 0,090 oder eine amorphe Doppelbrechung von mehr als 0,060 oder einen Langperiodenabstand von weniger als 300 Å aufweist. Noch mehr bevorzugt kann das Polyestergarn im Spinnzustand dadurch charakterisiert werden, daß es eine Kristallgröße im Bereich von etwa 20 bis etwa 55 Å sowie entweder eine optische Doppelbrechung im Bereich von etwa 0,090 bis etwa 0,140 oder eine amorphe Doppelbrechung im Bereich von etwa 0,060 bis etwa 0,100 oder einen Langperiodenabstand im Bereich von etwa 100 bis etwa 250 Å aufweist. Am meisten bevorzugt kann das Polyestergarn im Spinnzustand dadurch charakterisiert werden, daß es eine Kristallgröße im Bereich von etwa 43 bis etwa 54 Å sowie entweder eine optische Doppelbrechung im Bereich von etwa 0,100 bis etwa 0,130 oder eine amorphe Doppelbrechung im Bereich von etwa 0,060 bis etwa 0,085 oder einen Langperiodenabstand im Bereich von etwa 140 bis etwa 200 Å aufweist.To quantify the general characterization of the as-spun polyester yarn, the small crystals are defined by the crystal size (measured in Å) and the orientation is defined by one of the following: optical birefringence; amorphous birefringence; or crystal birefringence. In addition, the as-spun polyester yarn is characterized by the crystal size and the long-period spacing (the distance between the crystals). In general, the as-spun polyester yarn can be characterized by having a crystal size of less than 55 Å and either an optical birefringence of greater than 0.090 or an amorphous birefringence of greater than 0.060 or a long-period spacing of less than 300 Å. Even more preferably, the as-spun polyester yarn can be characterized by having a crystal size in the range of about 20 to about 55 Å and either an optical birefringence in the range of about 0.090 to about 0.140 or an amorphous birefringence in the range of about 0.060 to about 0.100 or a long period spacing in the range of about 100 to about 250 Å. Most preferably, the as-spun polyester yarn can be characterized by having a crystal size in the range of about 43 to about 54 Å and either an optical birefringence in the range of about 0.100 to about 0.130, or an amorphous birefringence in the range of about 0.060 to about 0.085, or a long period spacing in the range of about 140 to about 200 Å.

Wie der Fachmann erkennen wird, beträgt die Kristallgröße des gesponnenen Garns etwa 1/3 der Kristallgröße herkömmlicher Garne im optimalen Bereich der Aufwickelgeschwindigkeit. Die Kristallgröße nimmt mit der Geschwindigkeit zu, bleibt jedoch gering. Die amorphe Orientierung im gesponnenen Zustand ist sehr hoch, etwa doppelt so hoch wie normal. Dieses gesponnene Garn hat eine so hohe Orientierung und geringe Schrumpfung, daß es ganz ohne Verstrecken verwendet werden könnte.As one skilled in the art will appreciate, the crystal size of the spun yarn is about 1/3 of the crystal size of conventional yarns in the optimum range of winding speed. The crystal size increases with speed, but remains small. The amorphous orientation in the as-spun state is very high, about twice as high as normal. This spun yarn has such a high orientation and low shrinkage that it could be used without any stretching.

Außerdem kann das gesponnene Polyestergarn die folgenden Eigenschaften haben: einen Kristallgehalt (d.h. anhand der Dichte bestimmtes Kristallinitätsniveau) von 10 bis 43%; eine Reißlänge im gesponnenen Zustand von etwa 1,5 bis 4,5 g/dtex (1,7 bis 5, gpd); einen Modul im gesponnenen Zustand im Bereich von 9 bis 127 g/dtex pro 100% (10 bis 140 gpd/100%), eine Heißluftschrumpfung von etwa 5 bis 45%; und eine Dehnung von 50 bis 160%.In addition, the spun polyester yarn may have the following properties: a crystal content (i.e., level of crystallinity determined by density) of 10 to 43%; an as-spun tensile strength of about 1.5 to 4.5 g/dtex (1.7 to 5.0 gpd); an as-spun modulus in the range of 9 to 127 g/dtex per 100% (10 to 140 gpd/100%); a hot air shrinkage of about 5 to 45%; and an elongation of 50 to 160%.

Danach wird das gesponnene Garn verstreckt. Wir beziehen uns auf Figur 2. Es kann entweder eine ein- oder eine zweistufige Streck- Operation verwendet werden. Es hat sich jedoch erwiesen, daß eine zweite Stufe wenig bis gar keinen zusätzlichen Nutzen bringt. Es ist möglich, daß die Spinnoperation direkt an eine Streckoperation gekoppelt ist (d.h. ein Spinn/Streck-Verfahren).The spun yarn is then drawn. Refer to Figure 2. Either a one- or two-stage drawing operation can be used. However, it has been found that a second stage provides little to no additional benefit. It is possible for the spinning operation to be directly coupled to a drawing operation (i.e. a spin/draw process).

Das Garn im Spinnzustand kann von einer Ablaufspule 30 einer Zuführrolle 34 zugeführt werden, die von Raumtemperaturen bis auf etwa 150ºC erhitzt werden kann. Danach wird die Faser einer Streckrolle 38 zugeführt, die von Raumtemperaturen bis ungefähr 255ºC erhitzt werden kann. Wenn keine geheizten Rollen verfügbar sind, kann eine Heizplatte 36 verwendet werden, die von 180º bis 245º geheizt werden kann. Die Heizplatte 36 (mit einer sechs-inch großen gekrümmten Kontaktfläche) wird in die Streckzone, d.h. zwischen Zuführrolle 34 und Streckrolle 38, gebracht. Die Streckgeschwindigkeit liegt in einem Bereich von 75 bis 300 mpm. Das typische Streckverhältnis beträgt etwa 1,65 (für gesponnenes Garn, das mit etwa 3800 mpm hergestellt wird). Als optimale Zuführrollentemperatur, die die höchste Zugfestigkeit ergibt, wurde etwa 90ºC gefunden. Die optimale Streckrollentemperatur beträgt etwa 245ºC. Wenn die Heizplatte verwendet wird, liegt die optimale Temperatur zwischen etwa 240 und 245ºC. Die Streckrollentemperatur erlaubt eine gewisse Kontrolle der Heißluftschrumpfung. Im allgemeinen sind geringe Schrumpfungen wünschenswert, da sie die besten Stabilitätsbewertungen von behandeltem Kord ergeben.The as-spun yarn may be fed from a delivery spool 30 to a feed roll 34 which may be heated from room temperature to about 150°C. The fiber is then fed to a draw roll 38 which may be heated from room temperature to about 255°C. If heated rolls are not available, a heating plate 36 may be used which may be heated from 180° to 245°. The heating plate 36 (having a six-inch curved contact surface) is placed in the draw zone, i.e., between the feed roll 34 and the draw roll 38. The draw speed is in the range of 75 to 300 mpm. The typical draw ratio is about 1.65 (for spun yarn produced at about 3800 mpm). The optimum feed roll temperature, which gives the highest tensile strength, has been found to be about 90ºC. The optimum stretch roll temperature is about 245ºC. If the hot plate is used, the optimum temperature is between about 240 and 245ºC. The stretch roll temperature allows some control of the hot air shrinkage. In general, low shrinkages are desirable as they give the best stability ratings of treated cord.

Wenigstens eine Endverwendung, für Segeltuch, erfordert jedoch höhere Schrumpfungen des verstreckten Garns, und diese können mit niedrigeren Streckrollentemperaturen eingestellt werden.However, at least one end use, for sailcloth, requires higher shrinkages of the drawn yarn, and these can be adjusted with lower draw roll temperatures.

Auf der Basis des oben gesagten können die Eigenschaften der verstreckten Faser wie folgt eingestellt werden: Die Reißlänge kann in einem Bereich von 4,0 bis 10,8 gpd (4,4 bis 11,9 g pro dtex) liegen. Die Dehnung kann in einem Bereich von 7% bis ungefähr 80% liegen. Der Anfangssekantenmodul kann in einem Bereich von 66 bis 187 g pro dtex/100 % (60 bis 170 gpd/100%) liegen. Die Heißluftschrumpfung (bei 17700) beträgt 6% bis 15%. Die Faserfeinheit des Faserbündeis kann in einem Bereich von 125 bis 1100 denier (138 bis 1210 dtex) liegen (die letztere Zahl kann erhalten werden, indem man Werggarne miteinander verzwirnt), und die Faserfeinheit pro Filament liegt in einem Bereich von 1,5 bis 6 dpf (1,65 bis 6,6 dtex pro f). Ein solches Garn könnte als Faserverstärkung eines Gummireifens verwendet werden.Based on the above, the drawn fiber properties can be adjusted as follows: The breaking length can be in a range of 4.0 to 10.8 gpd (4.4 to 11.9 g per dtex). The elongation can be in a range of 7% to about 80%. The initial secant modulus can be in a range of 66 to 187 g per dtex/100% (60 to 170 gpd/100%). The hot air shrinkage (at 17700) is 6% to 15%. The fiber fineness of the fiber bundle may range from 125 to 1100 denier (138 to 1210 dtex) (the latter figure may be obtained by twisting tow yarns together), and the fiber fineness per filament ranges from 1.5 to 6 dpf (1.65 to 6.6 dtex per f). Such a yarn could be used as fiber reinforcement of a rubber tire.

Verstreckte Garne aus Polyester (d.h. PET), die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, können einen Anfangssekantenmodul von mehr als 136 g pro dtex/100 (150 gpd/100) erreichen. Überdies können diese Garne auch eine Schrumpfung von weniger als 8% haben, oder diese Garne können eine Reißlänge von mehr als 6,8 g pro dtex (7,5 g pro denier) haben.Drawn polyester (i.e. PET) yarns produced by the process described above can achieve an initial secant modulus of more than 136 g per dtex/100 (150 gpd/100). In addition, these yarns can also have a shrinkage of less than 8%, or these yarns can have a breaking length of more than 6.8 g per dtex (7.5 g per denier).

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des verstreckten Polyestergarns kann wie folgt charakterisiert werden: eine Reißlänge von wenigstens 7,7 g/dtex (8,5 gpd); einen Anfangsmodul von wenigstens 136 g/dtex pro 100% (150 gpd/100%); sowie eine Schrumpfung von weniger als 6%. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des verstreckten Polyestergarns kann wie folgt charakterisiert werden: eine Reißlänge von wenigstens 9 g/dtex (10 gpd); einen Anfangsmodul von wenigstens 109 g/dtex pro 100% (120 gpd/100%); sowie eine Schrumpfung von weniger als 6%. Noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform des verstreckten Polyestergarns kann wie folgt charakterisiert werden: eine Reißlänge im Bereich von etwa 8 bis 8,7 g/dtex (9 bis etwa 9,5 gpd); einen Anfangsmodul im Bereich von etwa 136 bis 144 g pro dtex (150 bis etwa 158 gpd/100%); sowie eine Schrumpfung von weniger als 7,5%.Another preferred embodiment of the drawn polyester yarn can be characterized as follows: a breaking length of at least 7.7 g/dtex (8.5 gpd); an initial modulus of at least 136 g/dtex per 100% (150 gpd/100%); and a shrinkage of less than 6%. Another preferred embodiment of the drawn polyester yarn can be characterized as follows: a breaking length of at least 9 g/dtex (10 gpd); an initial modulus of at least 109 g/dtex per 100% (120 gpd/100%); and a shrinkage of less than 6%. Yet another preferred embodiment of the drawn polyester yarn can be characterized as follows: a breaking length in the range of about 8 to 8.7 g/dtex (9 to about 9.5 gpd); an initial modulus in the range of about 136 to 144 g per dtex (150 to about 158 gpd/100%); and a shrinkage of less than 7.5%.

Jedes nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte verstreckte Garn kann in den folgenden Endverwendungen verwendet werden: Reifenkord; Nähgarn; Segeltuch; Stoffe, Gewebe oder Matten, die für den Bau von Straßenbetten oder andere Geotextilanwendungen verwendet werden; industrielle Bänder; Verbundstoffe; Architekturtextilstoffe; Verstärkungen in Schläuchen; laminierte Textilstoffe; Seile; usw.Any drawn yarn produced by the process described above can be used in the following end uses: tire cord; sewing thread; canvas; fabrics, wovens or mats used for roadbed construction or other geotextile applications; industrial tapes; composites; architectural textiles; reinforcements in tubing; laminated textiles; ropes; etc.

Die folgenden kritischen Tests, die in der obigen Diskussion der Erfindung und den nachfolgenden Beispielen verwendet werden, wurden wie folgt durchgeführt:The following critical tests used in the above discussion of the invention and the examples below were conducted as follows:

Reißlänge bezieht sich auf die "Zähigkeit beim Reißen", wie sie in ASTM D-2256-80 definiert ist.Break length refers to "toughness at break" as defined in ASTM D-2256-80.

Der Anfangsmodul (oder "Anfangssekantenmodul") ist anhand von ASTM D-2256-80, Abschnitt 10.3, definiert, außer daß die Gerade, die die anfänglichen geradlinigen Teile der Spannungs-Dehnungs- Kurve darstellt, als Sekante angegeben wird, die durch die Punkte auf der Spannungs-Dehnungs-Kurve bei 0,5% und 1,0% Dehnung verläuft.The initial modulus (or "initial secant modulus") is defined using ASTM D-2256-80, Section 10.3, except that the line representing the initial straight-line portions of the stress-strain curve is specified as a secant passing through the points on the stress-strain curve at 0.5% and 1.0% strain.

Alle weiteren Zugeigenschaften sind so wie in ASTM D-2256-80 definiert.All other tensile properties are as defined in ASTM D-2256-80.

Die Schrumpfung (Heißluftschrumpfung) ist als lineare Schrumpfung in einer auf 177±1ºC gehaltenen Heißluftumgebung gemäß ASTM D- 885-85 definiert.Shrinkage (hot air shrinkage) is defined as linear shrinkage in a hot air environment maintained at 177±1ºC according to ASTM D- 885-85.

Die Dichte, Kristallgröße, der Langperiodenabstand, die Doppelbrechung und die amorphe Doppelbrechung sind dieselben, wie sie im US-Patent Nr.4,134,882 dargelegt sind, auf das hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Insbesondere ist jede der obigen Eigenschaften im US-Patent Nr. 4,134,882 an oder ungefähr an der folgenden Stelle zu finden: Dichte - Spalte 8, Zeile 60; Kristallgröße - Spalte 9, Zeile 6; Langperiodenabstand - Spalte 7, Zeile 62; Kristalldoppelbrechung - Spalte 11, Zeile 12; und amorphe Doppelbrechung - Spalte 11, Zeile 27.The density, crystal size, long period spacing, birefringence and amorphous birefringence are the same as set forth in U.S. Patent No. 4,134,882, which is incorporated herein by reference. In particular, each of the above properties is set forth in U.S. Patent No. 4,134,882 at or approximately at the following Place to find: density - column 8, line 60; crystal size - column 9, line 6; long period spacing - column 7, line 62; crystal birefringence - column 11, line 12; and amorphous birefringence - column 11, line 27.

Die Doppelbrechung (optische Doppelbrechung oder Δn) ist so, wie sie im US-Patent Nr. 4,101,525, in Spalte 5, Zeile 4-46, dargelegt ist. Auf das US-Patent Nr. 4,101,525 wird hier ausdrücklich Bezug genommen. "Bi CV" ist der Variationskoeffizient der optischen Doppelbrechung zwischen Filamenten und ist aus 10 gemessenen Filamenten berechnet.The birefringence (optical birefringence or Δn) is as set forth in U.S. Patent No. 4,101,525, column 5, lines 4-46. U.S. Patent No. 4,101,525 is incorporated herein by reference. "Bi CV" is the coefficient of variation of the optical birefringence between filaments and is calculated from 10 measured filaments.

Weitere Tests, auf die hier Bezug genommen wird, werden nach herkömmlichen Verfahren durchgeführt.Other tests referred to here are carried out according to conventional procedures.

Im folgenden wird auf die Beispiele Bezug genommen, die die vorliegende Erfindung ausführlicher erläutern.Reference is made below to the examples which explain the present invention in more detail.

example 1

In der folgenden Gruppe experimenteller Durchläufe wurde ein herkömmliches Polyesterpolymer (PET, IV-0,63) gesponnen. Die Spinngeschwindigkeiten wurden von 3810 auf 5791 mpm (von 12 500 fpm auf 19000 fpm) erhöht. Die Säulenlänge betrug 6,4 m und war in vier Temperaturregelzonen unterteilt. Die Temperatur wurde durch Messen der Lufttemperatur in der Mitte jeder Zone in der Nähe der Wand kontrolliert. Das Polymer wurde mit einer Geschwindigkeit von 10,4 kg/h (22,9 pounds pro Stunde) durch einen Spinnbalken von 285ºC und eine Spinndüse mit 40 Löchern extrudiert (Lochgröße 0,009 inch mal 0,013 inch - 0,2 mal 0,3 mm). Die Fasern wurden nicht abgeschreckt. Die gesponnenen Fasern wurden nicht verstreckt, sondern in der Wärme ausgehärtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargelegt. Tabelle I In the following set of experimental runs, a conventional polyester polymer (PET, IV-0.63) was spun. Spinning speeds were increased from 3810 to 5791 mpm (from 12,500 fpm to 19,000 fpm). The column length was 6.4 m and was divided into four temperature control zones. Temperature was controlled by measuring the air temperature in the center of each zone near the wall. The polymer was extruded at a rate of 10.4 kg/h (22.9 pounds per hour) through a 285ºC spin beam and a spinneret with 40 holes (hole size 0.009 inch by 0.013 inch - 0.2 by 0.3 mm). The fibers were not quenched. The spun fibers were not drawn but heat cured. The results are shown in Table 1. Table I

Example II

In der folgenden Gruppe experimenteller Durchläufe wurde ein herkömmlicher Polyester (PET, IV-0, 63) gesponnen. Die Säulentemperaturen wurden variiert, wie es angegeben ist (Lufttemperatur, Mitte der Zonen). Die Säulenlänge betrug 6,4 m. Das Polymer wurde mit einer Geschwindigkeit von 23,1 pounds pro Stunde durch einen Spinnbalken von 300ºC und eine Spinndüse mit 72 Löchern extrudiert (Lochgröße 0,009 inch mal 0,012 inch - 0,2 mal 0,3 mm). Die Fasern wurden nicht abgeschreckt. Die gesponnenen Fasern wurden anschließend verstreckt (wie es angegeben ist) . Die Ergebnisse sind in Tabelle II dargelegt. Tabelle II In the following set of experimental runs, a conventional polyester (PET, IV-0, 63) was spun. Column temperatures were varied as indicated (air temperature, center of zones). Column length was 6.4 m. The polymer was extruded at a rate of 23.1 pounds per hour through a 300°C spin beam and a 72-hole spinneret (hole size 0.009 inch by 0.012 inch - 0.2 by 0.3 mm). The fibers were not quenched. The spun fibers were subsequently drawn (as indicated). The results are set forth in Table II. Table II

* Lufteinleitungsrohr, Punkt 17, Figur 1* Air inlet pipe, point 17, figure 1

Bei der obigen Gruppe experimenteller Durchläufe (d.h. den in Tabelle II dargelegten) stellen die Nr. 4, 5, 6 und 7 die vorliegende Erfindung dar.In the above group of experimental runs (i.e. those set forth in Table II), Nos. 4, 5, 6 and 7 represent the present invention.

Example III

In der folgenden Gruppe experimenteller Durchläufe wurde ein herkömmlicher Polyester (PET, IV-0,63) gesponnen. Die Fasern wurden mit einer Geschwindigkeit von 3200 mpm (10 500 fpm) aufgewickelt. Das Polymer wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,85 kg/h (19,5 pounds pro Stunde) durch eine Spinndüse mit 72 Löchern (Lochgröße 0,009 inch mal 0,012 inch - 0,2 mal 0,3 mm) und einen Spinnbalken von 300ºC extrudiert. Die Fasern wurden mit 6,5 scfm Luft von 232ºC abgeschreckt. Die Säule war 6,4 m lang und in 4 Abschnitte unterteilt, die das folgende Lufttemperaturprofil aufwiesen (in absteigender Reihenfolge): 135ºC; 111ºC; 92ºC und 83ºC in der Mitte der Zonen. Das gesponnene Garn hatte die folgenden Eigenschaften: Faserfeinheit - 334 denier (367 dtex); Reißlänge - 4,09 gpd (317 gpdtex); Dehnung 71,7%; Anfangsmodul - 55,0 gpd/100% (50 gpdtex/100%); Heißluftschrumpfung - 11,8% bei 350ºF (177ºC); Uster 1,10; Grenzviskosität - 0,647; FOY - 0,35%; Doppelbrechung - 110 x 10&supmin;³; und Kristallinität - 21,6%.In the following group of experimental runs, a conventional polyester (PET, IV-0.63) was spun. The fibers were wound at a speed of 3200 mpm (10,500 fpm). The polymer was extruded at a rate of 8.85 kg/h (19.5 pounds per hour) through a spinneret with 72 holes (hole size 0.009 inch by 0.012 inch - 0.2 by 0.3 mm) and a spin beam of 300ºC. The fibers were blown with 6.5 scfm of air from 232ºC. The column was 6.4 m long and divided into 4 sections having the following air temperature profile (in descending order): 135ºC; 111ºC; 92ºC and 83ºC in the center of the zones. The spun yarn had the following properties: Fiber fineness - 334 denier (367 dtex); Breaking length - 4.09 gpd (317 gpdtex); Elongation 71.7%; Initial modulus - 55.0 gpd/100% (50 gpdtex/100%); Hot air shrinkage - 11.8% at 350ºF (177ºC); Uster 1.10; Intrinsic viscosity - 0.647; FOY - 0.35%; Birefringence - 110 x 10⊃min;³; and crystallinity - 21.6%.

In Tabelle IIIA ist die Wirkung des Streckverhältnisses auf die Eigenschaften des verstreckten Garns gezeigt. Tabelle IIIA Table IIIA shows the effect of the draw ratio on the properties of the drawn yarn. Table IIIA

In Tabelle IIIB ist die Wirkung des Heizverfahrens während des Verstreckens gezeigt (das Streckverhältnis war 1,65, und das Garn wurde nicht relaxiert). Tabelle IIIB Table IIIB shows the effect of the heating process during drawing (the draw ratio was 1.65 and the yarn was not relaxed). Table IIIB

In Tabelle IIIC ist die Wirkung höherer Strecktemperaturen und Streckverhältnisse gezeigt (die Zuführrolle ist auf Raumtemperatur, und die Streckrolle ist auf 240ºC). Tabelle IIIC Table IIIC shows the effect of higher stretch temperatures and stretch ratios (the feed roll is at room temperature and the stretch roll is at 240ºC). Table IIIC

Example IV

In der folgenden Gruppe experimenteller Durchläufe wurde ein herkömmlicher Polyester (PET, IV-0,92) gesponnen. In den Durchläufen Nr. 1-5 wurden die Fasern gemäß den in den US-Patenten Nr. 4,101,525 und 4,195,052 dargelegten Verfahren gesponnen und verstreckt. Nr. 6-9 wurden wie folgt hergestellt: PET mit einem Molekulargewicht, das durch eine IV von 0,92 gekennzeichnet ist, wurde auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,001% oder weniger getrocknet. Dieses Polymer wurde in einem Extruder geschmolzen und auf eine Temperatur von 295ºC erhitzt und anschließend durch eine Dosierpumpe einem Spinnpack zugeführt. Dieses Pack war ringförmig ausgebildet und ergab eine Filtration des Polymers, indem es durch ein Bett aus feinen Metallteilchen geleitet wurde. Nach der Filtration wurde das Polymer durch eine Spinndüse mit 80 Löchern extrudiert. Jedes Spinndüsenloch hatte einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser von 0,457 mm und einer Kapillarlänge von 0,610 mm.In the following group of experimental runs, a conventional polyester (PET, IV-0.92) was spun. In the runs Nos. 1-5, the fibers were spun and drawn according to the procedures set forth in U.S. Patent Nos. 4,101,525 and 4,195,052. Nos. 6-9 were prepared as follows: PET having a molecular weight characterized by an IV of 0.92 was dried to a moisture content of 0.001% or less. This polymer was melted in an extruder and heated to a temperature of 295°C and then fed by a metering pump to a spin pack. This pack was annular in shape and provided filtration of the polymer by passing it through a bed of fine metal particles. After filtration, the polymer was extruded through a spinneret having 80 holes. Each spinneret hole had a round cross-section with a diameter of 0.457 mm and a capillary length of 0.610 mm.

Ein isoliertes geheiztes Rohr mit einer Länge von 9 Metern wurde luftdicht unter das Pack montiert, und die Multifilamentspinnfadenlinie wurde durch die gesamte Länge dieses Rohrs geführt, bevor sie zusammengeführt wurde oder mit irgendwelchen Führungsoberflächen in Kontakt kam. Das Rohr war entlang seiner Länge zum Zwecke der Temperatursteuerung in sieben Zonen unterteilt. Einzelne Regler wurden verwendet, um die Lufttemperatur in der Mitte jeder dieser Zonen einzustellen. Unter Verwendung einer Kombination von Prozeßwärme und den externen Heizgeräten um das Rohr herum wurden individuelle Einstellungen der Regler gewählt, um zu einem gleichmäßigen Lufttemperaturprofil entlang der vertikalen Abmessung dieses Rohrs zu gelangen. In einer typischen Situation betrug die Lufttemperatur in der oberen Zone des Rohrs 155ºC, und die Temperatur wurde in einem ungefähr gleichmäßigen Gradienten auf 50ºC im unteren Teil reduziert.An insulated heated pipe 9 meters long was mounted in an airtight manner beneath the pack and the multifilament spun line was passed through the entire length of this pipe before being joined or coming into contact with any guiding surfaces. The pipe was divided into seven zones along its length for the purpose of temperature control. Individual controllers were used to adjust the air temperature in the center of each of these zones. Using a combination of process heat and the external heaters around the pipe, individual controller settings were chosen to achieve a uniform air temperature profile along the vertical dimension of this pipe. In a typical situation, the air temperature in the upper zone of the pipe was 155ºC and the temperature was reduced in an approximately uniform gradient to 50ºC in the lower part.

Ungefähr 10 cm unterhalb des Rohrs wurde die Fadenlinie mit einem Finishapplikator in Kontakt gebracht, der außerdem als Konvergenzführung diente und den ersten Kontakt darstellte, den das Garn erfuhr. Am Ausgang des Rohrs war der Querschnitt des noch nicht zusammengeführten Garns wegen der Nähe der Finish-Führung sehr klein. Dadurch konnte eine sehr kleine Öffnung verwendet werden, so daß die Menge der aus dem Rohr entweichenden Heißluft minimiert werden konnte.Approximately 10 cm below the tube, the thread line was brought into contact with a finishing applicator, which also served as a convergence guide and was the first contact that the yarn experienced. At the exit of the tube, the cross-section of the not yet converged yarn was very small due to the proximity of the finishing guide. This allowed a very small opening to be used. so that the amount of hot air escaping from the pipe could be minimized.

Nach dem Auftragen von Spinnfinish wurde das Garn auf ein Paar von Streckwalzen und dann auf einen Aufwickler mit kontrollierter Spannung aufgenommen. Die Aufwickelgeschwindigkeiten lagen typischerweise im Bereich von 3200 bis 4100 mpm.After application of spin finish, the yarn was taken up onto a pair of draw rolls and then onto a winder with controlled tension. Winding speeds were typically in the range of 3200 to 4100 mpm.

Das Verstrecken dieses Garns wurde in einem zweiten Schritt durchgeführt, in dem das im Spinnzustand befindliche Garn über eine Gruppe von Vorspannungsrollen auf eine geheizte Zuführrolle geführt wurde, die auf einer Temperatur gehalten wurde, die zwischen 80 und 150ºC eingestellt war. Dann wurde das Garn zwischen diesen Rollen und einer Gruppe von Streckrollen verstreckt, die auf einer eingestellten Temperatur gehalten wurden, die im Bereich von 180 bis 255ºC gewählt worden war. Ein typisches Streckverhältnis für ein gesponnenes Garn, das mit 3800 mpm hergestellt wurde, wäre 1,65, wobei mit höheren oder niedrigeren Geschwindigkeiten gesponnene Proben niedrigere bzw. höhere Streckverhältnisse erfordern.The drawing of this yarn was carried out in a second step in which the as-spun yarn was passed over a set of bias rolls onto a heated feed roll maintained at a temperature set between 80 and 150ºC. The yarn was then drawn between these rolls and a set of draw rolls maintained at a set temperature selected in the range of 180 to 255ºC. A typical draw ratio for a spun yarn produced at 3800 mpm would be 1.65, with samples spun at higher or lower speeds requiring lower or higher draw ratios respectively.

Die Ergebnisse sind in Tabelle IV dargelegt. Tabelle IV The results are presented in Table IV. Table IV

Example V

Polyester mit einem Molekulargewicht, das durch eine IV von 0,92 gekennzeichnet ist, wurde auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,001% getrocknet. Dieses Polymer wurde in einem Extruder geschmolzen und auf eine Temperatur von 295ºC erhitzt, und anschließend wurde die Schmelze durch eine Dosierpumpe einem Spinnpack zugeführt. Nach der Filtration in einem Bett aus feinen Metallteilchen wurde das Polymer durch eine Spinndüse mit 80 Löchern extrudiert. Jedes Spinndüsenloch hatte einen Durchmesser von 0,457 mm und einer Kapillarlänge von 0,610 mm. Bei der Extrusion betrug die gemessene IV dieses Polymers 0,84.Polyester with a molecular weight characterized by an IV of 0.92 was dried to a moisture content of 0.001%. This polymer was melted in an extruder and heated to a temperature of 295ºC, and then the melt was fed to a spin pack by a metering pump. After filtration in a bed of fine metal particles, the polymer was extruded through a spinneret with 80 holes. Each spinneret hole had a diameter of 0.457 mm and a capillary length of 0.610 mm. Upon extrusion, the measured IV of this polymer was 0.84.

Das extrudierte Polymer wurde in einen geheizten zylindrischen Hohlraum mit einer Länge von 9 Metern gesponnen. Ein ungefähr lineares Temperaturprofil (Gradient) wurde über die Länge dieses Rohrs aufrechterhalten. In der Mitte der oberen Zone betrug die Lufttemperatur 155ºC, und im unteren Teil des Rohrs betrug diese Temperatur 50ºC. Das Multifilamentgarnbündel wurde nicht zusammengeführt, bis es mit einer Finish-Führung unmittelbar unterhalb des Ausgangs des geheizten Rohrs in Kontakt kam. Von diesem Punkt aus wurde das Garn durch ein Paar von Streckwalzen einem Aufwickler mit kontrollierter Spannung zugeführt. Unter diesen Bedingungen wurde eine Reihe von vier gesponnenen Garnen mit unterschiedlichen Spinn- und Aufwickelgeschwindigkeiten hergestellt. Diese Garne werden in Tabelle V.A als Beispiele A bis D bezeichnet.The extruded polymer was spun into a heated cylindrical cavity 9 meters long. An approximately linear temperature profile (gradient) was maintained along the length of this tube. In the middle of the upper zone the air temperature was 155ºC and in the lower part of the tube this temperature was 50ºC. The multifilament yarn bundle was not gathered until it came into contact with a finishing guide immediately below the exit of the heated tube. From this point the yarn was fed through a pair of draw rolls to a winder with controlled tension. Under these conditions a series of four spun yarns were produced at different spinning and winding speeds. These yarns are referred to as Examples A through D in Table V.A.

In einer weiteren Reihe von Experimenten wurde das geheizte Rohr durch Herausnehmen einiger seiner abnehmbaren Abschnitte verkürzt. Die Beispiele E und F in Tabelle V.A wurden durch 7 bzw. 5 Meter lange Säulen gesponnen. Andere Polymere mit unterschiedlichen Molekulargewichten (IVS) wurden ebenfalls mit diesem System gesponnenj was die Beispiele G und H ergab. Beispiel I in Tabelle V.A zeigt einen Fall, bei dem niedrigere Säulentemperaturen verwendet wurden. In diesem Fall wurde ein linearer Gradient von 125ºC bis 50ºC von oben nach unten entlang der Säule hergestellt.In another set of experiments, the heated tube was shortened by removing some of its removable sections. Examples E and F in Table V.A were spun through 7 and 5 meter long columns, respectively. Other polymers with different molecular weights (IVS) were also spun using this system, yielding Examples G and H. Example I in Table V.A shows a case where lower column temperatures were used. In this case, a linear gradient was established from 125ºC to 50ºC from top to bottom along the column.

Alle gesponnenen Garne in der Reihe A bis I wurden in einem einstufigen Verfahren verstreckt, wobei eine Zuführrolle von Raumtemperatur und eine Streckrolle von 245ºC verwendet wurden.All spun yarns in series A to I were drawn in a single-step process using a feed roll at room temperature and a draw roll at 245ºC.

In einer weiteren Reihe von Tests wurde dasselbe gesponnene Garn, das in Beispiel A beschrieben wurde, unter Verwendung unterschiedlicher Zuführrollentemperaturen verstreckt. Die Ergebnisse vom Testen dieser Garne sind in Tabelle V.B in den Beispielen A, J und K angegeben. Tabelle V.A Tabelle V.B In another series of tests, the same spun yarn described in Example A was drawn using different feed roll temperatures. The results of testing these yarns are given in Table VB in Examples A, J and K. Table VA Table VB

Example VI

Im folgenden experimentellen Durchlauf wurde ein herkömmliches Polymer, Nylon, gemäß dem Verfahren der Erfindung gesponnen und mit Nylon verglichen, das nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurde.In the following experimental run, a conventional polymer, nylon, was spun according to the process of the invention and compared with nylon made by conventional processes.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Nylon wurde unter den folgenden Bedingungen gesponnen: Durchsatz - 37 pounds pro Stunde (16,8 kg/h); Spinngeschwindigkeit - 2362 fpm (720 mpm); Faserfeinheit - 3500 denier (3850 dtex); Zahl der Filamente - 68; relative Viskosität im gesponnenen Zustand - 3,21 (H&sub2;SO&sub4;) oder 68,4 (HCOOH äquiv.); Luft zum Abschrecken - 72 scfm; Aufwickelspannung - 80 g; Säulenlänge - 24 ft (7,3 m); Säulentemperatur oben 240ºC und unten 48ºC. Die Eigenschaften dieses Garns im Spinnzustand waren wie folgt: Reißlänge - 0,95 gpd (0,86 gpdtex); Dehnung 235%; TE1/2 - 14,6. Danach wurde das Garn unter den folgenden Bedingungen verstreckt: Streckverhältnis - 3,03; Strecktemperatur - 90ºC. Die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge - 6,2 gpd (5,6 gpdtex); Dehnung - 70%; TE1/2 - 52; 10%-Modul - 0,87 gpd (0,79 gpdtex); Heißluftschrumpfung (HLS) bei 400ºF (204ºC) - 1,4%.The nylon produced by the process of the invention was spun under the following conditions: throughput - 37 pounds per hour (16.8 kg/h); spinning speed - 2362 fpm (720 mpm); fiber fineness - 3500 denier (3850 dtex); number of filaments - 68; relative viscosity as spun - 3.21 (H2SO4) or 68.4 (HCOOH equiv.); air quenching - 72 scfm; take-up tension - 80 g; column length - 24 ft (7.3 m); column temperature at top 240ºC and at bottom 48ºC. The properties of this yarn as spun were as follows: breaking length - 0.95 gpd (0.86 gpdtex); elongation 235%; TE1/2 - 14.6. Thereafter the yarn was drawn under the following conditions: draw ratio - 3.03; draw temperature - 90ºC. The properties of the drawn yarn are as follows: breaking length - 6.2 gpd (5.6 gpdtex); elongation - 70%; TE1/2 - 52; 10% modulus - 0.87 gpd (0.79 gpdtex); Hot Air Shrinkage (HLS) at 400ºF (204ºC) - 1.4%.

Ein Vergleichsnylon wurde in der folgenden herkömmlichen Weise gesponnen: Durchsatz - 23,4 pounds pro Stunde (10,6 kg/h); Spinngeschwindigkeit - 843 fpm (257 mpm); Faserfeinheit - 5556 denier; Zahl der Filamente - 180; relative Viskosität im gesponnenen Zustand - 3,3 (H&sub2;SO&sub4;) oder 72,1 (HCOOH äquiv.); Luft zum Abschrecken - 150 scfm. Danach wurde das Garn unter den folgenden Bedingungenverstreckt: Streckverhältnis - 2,01; Strecktemperatur - 90ºC. Die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge - 3,8 gpd (3,5 gpdtex); Dehnung - 89%; TE1/2 - 33; 10%-Modul - 0155 gpd (0,50 gpdtex)A comparison nylon was spun in the following conventional manner: throughput - 23.4 pounds per hour (10.6 kg/hr); spinning speed - 843 fpm (257 mpm); fiber fineness - 5556 denier; number of filaments - 180; relative viscosity in the as-spun state - 3.3 (H2SO4) or 72.1 (HCOOH equiv.); air for quenching - 150 scfm. The yarn was then drawn under the following conditions: draw ratio - 2.01; draw temperature - 90ºC. The properties of the drawn yarn are as follows: breaking length - 3.8 gpd (3.5 gpdtex); elongation - 89%; TE1/2 - 33; 10% modulus - 0155 gpd (0.50 gpdtex)

Ein weiteres Vergleichsgarn wurde in der folgenden herkömmlichen Weise gesponnen: Durchsatz - 57,5 pounds pro Stunde (26 kg/h); Spinngeschwindigkeit - 1048 fpm (319 mpm); Faserfeinheit - 12400 denier (13640 dtex); Zahl der Filamente - 240; relative Viskosität im gesponnenen Zustand - 42 (HCOOH äquiv.); Luft zum Abschrecken - 150 scfm. Danach wurde das Garn unter den folgenden Bedingungen verstreckt: Streckverhältnis - 3,60; Strecktemperatur - 110ºC. Die Eigenschaften des verstreckten Garns sind wie folgt: Reißlänge - 3,6 gpd (3,3 gpdtex); Dehnung - 70%; TE1/2 - 30,1; Modul bei 10% Dehnung - 0,8 gpd (0,7 gpdtex); HLS bei 400ºF (204ºC) - 2,0%.Another comparison yarn was spun in the following conventional manner: throughput - 57.5 pounds per hour (26 kg/hr); spinning speed - 1048 fpm (319 mpm); fiber count - 12400 denier (13640 dtex); number of filaments - 240; relative as-spun viscosity - 42 (HCOOH equiv.); air for quenching - 150 scfm. The yarn was then drawn under the following conditions: draw ratio - 3.60; draw temperature - 110ºC. The properties of the drawn yarn are as follows: breaking length - 3.6 gpd (3.3 gpdtex); elongation - 70%; TE1/2 - 30.1; Modulus at 10% elongation - 0.8 gpd (0.7 gpdtex); HLS at 400ºF (204ºC) - 2.0%.

Example VII

In den folgenden experimentellen Durchläufen wird ein Garn im Spinnzustand (unverstreckt) aus herkömmlichem Polyester mit einer niedrigen IV (z.B. 0,63) und einer hohen IV (z.B. 0,92) mit einem Garn im Spinnzustand verglichen, wie es im US-Patent Nr. 4,134,882 dargelegt ist. Bei den Beispielen 1-8 handelt es sich um ein Polyester (PET) mit niedriger IV, und sie werden in der in Beispiel 1 dargelegten Weise hergestellt. Bei den Beispielen 9-11 handelt es sich um ein Polyester (PET) mit hoher IV, und sie werden in der in Beispiel V dargelegten Weise hergestellt. Die Beispiele 12-17 entsprechen den Beispielen 1, 5, 12, 17, 36 und 20 des US-Patents Nr. 4,134,882.In the following experimental runs, an as-spun (undrawn) yarn of conventional low IV (e.g., 0.63) and high IV (e.g., 0.92) polyester is compared to an as-spun yarn as set forth in U.S. Patent No. 4,134,882. Examples 1-8 are low IV polyester (PET) and are prepared in the manner set forth in Example 1. Examples 9-11 are high IV polyester (PET) and are prepared in the manner set forth in Example V. Examples 12-17 correspond to Examples 1, 5, 12, 17, 36, and 20 of U.S. Patent No. 4,134,882.

Für jedes Beispiel sind die Spinngeschwindigkeit (fpm), die Dichte (g/cm³), die Kristallgröße (Å, 010), der Langperiodenabstand (LPA), die Doppelbrechung (Dopp.), die Kristalldoppelbrechung und die amorphe Doppelbrechung angegeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII dargelegt. Tabelle VII For each example, the spinning speed (fpm), density (g/cm3), crystal size (Å, 010), long period spacing (LPA), birefringence (Dopp.), crystal birefringence, and amorphous birefringence are given. The results are presented in Table VII. Table VII

Claims

1. A process for spinning a polyester polymer to form a filament, the filaments produced by said process being characterized by (1) a crystal size of less than about 55 Å and either (a) an optical birefringence of greater than about 0.090 or (b) an amorphous birefringence of greater than about 0.060 or (c) a long period spacing of less than about 300 Å and (2) a crystal content of about 10 to about 43%, an as-spun tensile strength of about 1.6 to 4.6 g/dtex (1.7 to about 5.0 grams per denier), an as-spun modulus in the range of about 9 to 127 g/dtex per 100% (10 to about 140 grams per denier per 100%), a hot air shrinkage of about 5 to about 45% and an elongation of about 50 to 160%, the method comprising the steps of:

Extruding the polymer through a spinneret;

guiding the filaments from the spinneret through an elongated zone (18);

Maintaining the filaments at a temperature above the glass transition temperature of the polymer for a distance of about 3 m or more within the zone;

Bringing the filaments together; and

Picking up the filament at a speed of more than 3000 m/min

2. The method of claim 1, further comprising the step of: spinning the filaments from the spinneret so that the filaments have an as-spun thread count of 3.3-22 dtex (3-20 denier) per filament.

3. The method of claim 1, further comprising the step of quenching the filaments with a hot gas as the filaments exit the spinneret.

4. The method of claim 3, further comprising the step of quenching the filaments with a hot gas having a temperature of not more than 260°C.

5. The method of claim 1, further comprising the step of: passing the filaments from the spinneret through the elongated zone (18), the zone having a length of at least 5 m, the temperatures in the zone being controlled over the length of the zone between a maximum of the polymer spinning temperature to a minimum of room temperature.

6. The method of claim 5, further comprising the step of: passing the filaments from the spinneret through the elongated zone (18), wherein temperatures in the zone are controlled from about 155°C on the side facing the spinneret to about 50°C on the side facing away from the spinneret.

7. The method of claim 6 further comprising the step of: passing the filaments from the spinneret through the elongated zone (18), wherein temperatures in the zone are controlled from about 155°C on the side facing the spinneret to about 50°C on the side facing away from the spinneret, and the temperature decreases in a generally linear manner between the point facing the spinneret and the point facing away from the spinneret.

8. The method of claim 1, further comprising the step of: passing the filaments from the spinneret through the elongated zone (18) having a length in the range of about 5 to about 9 meters.

9. A method according to any preceding claim, further comprising the step of: winding the filaments after gathering at a speed of 3000 to 5791 m/min (9800 to 19,000 feet per minute)

10. A method according to any preceding claim, further comprising the step of winding the filament at a speed of greater than 4267 m/min (14,000 feet per minute) after the filaments have been passed from the spinneret through the elongated zone (18) which has been divided into four parts, the temperature in the first part adjacent to the spinneret being in the range of about 105°C to about 110°C, the temperature in the second part adjacent to the first zone being in the range of about 110°C to about 115°C, the temperature in the third part adjacent to the second zone being in the range of about 125°C to about 130°C, and the temperature in the fourth part adjacent to the third zone being in the range of about 115°C to about 120ºC.

11. A process for spinning a polyester polymer to form a filament, the filaments produced by said process being characterized by (1) a crystal size of less than about 55 Å and either (a) an optical birefringence of greater than about 0.090, or (b) an amorphous birefringence of greater than about 0.060, or (c) a long period spacing of less than about 300 Å, and (2) a crystal content of about 10 to about 43%, an as-spun breaking length of about 1.6 to 4.6 g/dtex (1.7 to about 5.0 grams per denier), an as-spun modulus in the range of about 9 to 127 g/dtex per 100% (10 to about 140 grams per denier per 100%), a Hot air shrinkage of about 5 to about 45% and an elongation of about 50 to 160%, the method comprising the steps of:

Extruding the polymer through a filament forming device (16);

Providing an elongated zone (18) having a length of at least 5 m;

directing the filaments from the filament forming device through the elongated zone;

Bringing the filaments together; and

Picking up the filaments at a speed of more than 3000 m/min

12. A process for spinning a polyester polymer to form a filament, the filaments produced by said process being characterized by (1) a crystal size of less than about 55 Å and either (a) an optical birefringence of greater than about 0.090 or (b) an amorphous birefringence of greater than about 0.060 or (c) a long period spacing of less than about 300 Å and (2) a crystal content of about 10 to about 43%, an as-spun tensile strength of about 1.6 to 4.6 g/dtex (1.7 to about 5.0 grams per denier), an as-spun modulus in the range of about 9 to 127 g/dtex per 100% (10 to about 140 grams per denier per 100%), a hot air shrinkage of about 5 to about 45% and an elongation of about 50 to 160%, the method comprising the steps of:

Extruding the polymer through a filament forming device (16);

providing an elongated zone (18) of about 3 m or over, the longitudinal dimensions of which exceed the lateral dimensions and having means for controlling the temperature within the zone in a generally linear manner from a predetermined maximum to a predetermined minimum;

Bringing the filaments together; and

Picking up the filaments at a speed of more than 3000 m/min