CH493649A - Verfahren zur Herstellung einer überwiegend aus Polypivalinsäurelacton bestehenden Faser und nach dem Verfahren hergestellte Faser - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung einer überwiegend aus Polypivalinsäurelacton bestehenden Faser und nach dem Verfahren hergestellte Faser
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Fasern aus Polypivalinsäurelacton. Diese Fasern sind transparent   und usserordent-    lich zäh und   zeichnen    sich   Idurch    eine   hohe      Knstallimtät    sowie   ,durch    eine   hochgradi.ge      Orientierung      der    Molekülverbände in der Faser aus.



   Das Verfahren ist   dadurch      ,gekssennzeichnet,    dass man eine unverstreckte Faser mit   einem    Orientierungsgrad (R) von wenigstens 0,85, einer Dehnbarkeit von wenigstens 200% und einer Restdehnung von wenigstens 94% nach einer Stunde und von wenigstens 85 % nach 24 Stunden, die   überwiegend    aus Polypivalinsäurelacton mit einer intrinsischen Viskosität   [7y]    von wenigstens 0,7 besteht, bei einer Temperatur im Bereich von
220  >  T   ¯    10 [ C] verstreckt.



     Bisher    wurde allgemein angenommen, es sei notwendig, um nach dem Schmelzspinnverfahren brauchbare Fasern aus thermoplastischen, synthetischen, organischen, linearen Polymeren, die zur   Faserbildung    geeignet sind, wie z. B. Polyester oder   Polyamnide,    zu erhalten, die Fasern nach dem Spinnen in einem eigenen Verfahrensschritt zu verstrecken.   Inshesondore    ist bekannt, dass die sogenannten unverstreckten Fasern nach dem Spinnen einen ausserordentlich niedrigen Orientlerungsgrad der Molekülketten im Polymeren aufweisen und dass derartige Fasern, wenn sie aus einem Polymeren, wie z. B. Polyester, bestehen, eine extrem niedrige Kristallinität zeigen und über eine nur geringe mechanische Festigkeit verfügen.

  Es ist weiterhin bekannt, dass Kristallinität und Orientierungsgrad derartiger Fasern verbessert werden können, wenn man sie verstreckt, und dass die   erwünschten    mechanischen Eigenschaften ebenfalls nur durch Verstrecken erreicht werden können.



   Ausserdem ist bekannt, dass man   üblicherweise    bei der Herstellung von Fasern aus   hochkristallinen    Polymeren nach dem Schmelzspinnverfahren, wenn deren   Orientierungs,grad    verbessert werden sollte, die   F'sern      unmittelbar    nach dem Spinnen, noch bevor sie dem Streckprozess unterworfen wurden, in ein flüssiges Kühlmittel leitete, solange sie noch in geschmolzenem oder plastischem Zustand vorlagen. Die   Verwendung    des Kühlbades hatte dabei den Zweck, das Polymere durch Abschrecken zu   verfestigen    und so   eine    Herabsetzung der Kristallinität und eine regellose Anordnung der molekularen   B,austeino    zu   erreichen.   



   Im Hiublick auf die charakteristischen Eigenschaften von Polypivalionsäurelacton, welches bekanntlich sehr schnell und leicht bis zu einem sehr hohen Ausmass   kristallisiert,    war weder zu   erwarten,    dass eine ausreichende Orientierung der Molekülverbände in den Polypivalinsäurelactonfasern   erreicht    werden könnte, noch dass es gelingen würde, Fasern mit   überlegenen    physikalischen Eigenschaften durch Anwendung des herkömmlichen Schmelzspinnverfahrens und der üblichen Streckmethoden au erhalten. Diese   Annahme    wurde noch durch die in der französischen Patentschrift Nr. 1 231 163 und in der Veröffentlichung von R. Thiebaut et. al. in Industrie des Plastiques Modernes (13.

  März 1962)   dargelegten      Feststellungen      bekräftigt,    wonach der Herstellung von Fasern aus Polypivalinsäurelacton auf industrieller Basis ausserordentliche Schwierigkeiten entgegenstehen. Diese Schwierigkeiten sind vor allem auf die ausserordentlich hohe Kristallinität von Polypivaloinsäurelacton zurückzuführen, die als Ursache dafür anzusehen ist,   Idass    eine regellose Anordnung   der    Molekülverbände nicht durch   einfaches    Abschrecken des Polymeren während der Filmbildung erreicht werden kann und dass dieses Polymere innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes eine maximale Kristallinität erreicht, wodurch es zur   Äusblldung    eines opaken Films kommt.

  Eine weitere Folge davon ist, dass   dieses    Polymere unmittelbar nach dem Schmelzspinen kristallisiert, wodurch eine Orientierung durch nachfolgendes Verstrecken ausserordentlich erschwert wird.



   Die erhaltenen   Fasern    sind spröde   und    wiesen die erforderlichen   mechanischen    Eigenschaften nicht auf.  



  Auf Grund der Tatsache, dass die Herstellung von Fasern aus Polypivalinsäurelacton mit solchen Schwierigkeiten verbunden ist, wurden bisher nur   wenige    Untersuchungen durchgsführt, diesich mit der Technik der Herstellung von Fasern aus diesem Polymeren befassen.



     Lediglich    in der USA-Patentschrift Nr. 2 658 055 und der britischen Patentschrift Nr. 766 347   werden    einige Angaben über die Herstellungsbedingungen für solche Fasern gemascht. So enthält die USA-Patentschrift eine Angabe, aus der hervorgeht, dass Polypivalinsäurelacton ein Orientierungsvermögen aufweist, wenn seln Molekulargewicht einter intrinsischen Viskosität von   [#] = 0,5    entspricht.

  Ein Polypivalinsäurelacton mit ,diesem Molekulargewicht kann   Idann    mit Erfolg   Idem    Schmelz spinnverfahren unterworfen   werden.    In Beispiel 4 der genannten USA-Patentschrift wird beschrieben, dass man durch Extrusion von   Polypivalinsäurelacton    Ibei einer Temperatur wenig   lunterhallb    ,des   Schmelzpunktes,    insbesondere im Bereich von 230 bis 235    C    unter Anwendung eines Druckes von 281,25 Atmosphären und nachfolgendes Verstrecken des stranggspressten Polypivalinsäurelactons von Hand auf den vierfachen Betrag der ursprünglichen Länge eine verstreckte Faser mit einem röntgenographisch ermittelten   Orientierungswin-    kel von 170 enthält.



   In Beispiel 5 derselben Patentschrift wird   ausgeführt,    dass man ans einem Polypivalinsäurelacton mit einer intrinsischen Viskosität von   [#]= 0.90    nach einem ähnlichen   Verfahren      eine    hochkristalline Faser mit einer Dichte von 1,20   dabei    24,5   qC    erhält.



   In Beispiel 7 ,der   obengenannten      britischen    Patentschrift wird ausgeführt, Idass man   dadurch    Schmelzspinnen von Polypivalilnsäurelacton bei   einer    Temperatur   ob er-    halb seines   Schmelzpunktes,    insbesondere bei   285 0C    und nachfolgendes Verstrecken der erhaltenen Faser bei einer Temperatur von 125  C auf eine Menge, die dem vierfachen Wert der ursprünglichen Länge entspricht, eine Faser erhält, die eine   Zugreissfestigkeit    von 1,9   gí    den und eine Dehung von 19,9 % aufweist.



   Für das Verfahren nach der obengenannten USA Patentschrift wird jeldoch   ein    extrem   hoher    Druck während der Dauer des Spinnens benötigt, was eine indu   strielle      Anwendung    dieses Verfahrens   erheblich    erschwert. Für   leine    industrielle Anwendung sind letzten Endes zahlreiche   Gesichtspunkte    zu   Beachten,    wie z. B.



  die Durchführbarkeit   des    Verfahrens, die Eigenschaften der   erhaltenen    Fasern, der konstruktive   Aufwand    sowie die notwendige Wartung für ,die zur Durchführung des Verfahrens zu verwendenden Apparaturen. So bedeutet insbesondere ,die   Tatsache,    ,dass nach   diesem      Verfahren    Fasern erhalten werden, deren Dichte sehr hoch ist, z. B.



  1,20 beträgt, dass die Kristallinität ides   Polymeren    in der Faser   annähernd    den Maximalwert   erreicht    hat, was bedeutent, dass die Fähigkeit zur Wärmefixienbarkeit praktisch verloren ist.



   Aus dem Gesagten ist zu entnehmen, dass es unmöglich ist, nach ,diesem Verfahren eine gekräuselte Faser von ausgezeichneter Qualität zu ethalten.



   Auch auf   Grund    der nach   Zudem    Verfahren nach der britischen   Patentschrift    erhältlichen Fasern   konnte    nicht erwartet werden, dass diese Fasern   gegenüber    anderen Fasern in der Industrie   eine      überlegene    Stellung einnehmen würden.



   Die aus den genannten Veröffentlichungen bekannten älteren Verfahren bzw. deren Verfahrensprodukte   weisen      gegenüber    der   Erfindung    sowohl in bezug auf die Durchführung des Verfahrens als auch in bezug auf die Eigenschaften der erhaltenen Fasern wesentliche Unterschiede auf. Ausserdem lassen sich mit Hilfe der be   kannten    Verfahren unmöglich Fasern   herstellen,    ,die derart   hervorragende    elastische Eigenschaften, insbesondere eine derartige elastische Erholung, aufweisen wie die erfindungsgemäss   erhältlichen    Fasern.



   Wie die ausgedehnten und ins einzelne gehenden Untersuchungen, die sich mit den physikalischen Eigenschaf- ten und   der    Feinstruktur von Polypivalinsäurelacton befassten, ergeben haben, handelt es sich bei diesem   Polymeren      zwar,    was   die      chemische      Struktur    anbelangt, um leinen   Polyester,      doch    ist dieses   Polymere,    das in seiner Art einmalig ist, in bezug auf seine   physikalischen      Eigenschaften      und    auf seine Feinstruktur von den   ande-    ren faserbildenden Polyestern, wie z.B. Polyäthylenterephthalatfasern und ähnlichen, vollkommen verschieaden.



     Naoh      weiteren    eingehenden und   systematischen    Untersuchungen über die Spinnfähigkeit von Polypivalinsäurelacton wurde festgestellt, dass die üblicherweise für   die    Herstellung von Polyesterfasern zur   Anwendung    kommenden Spinnverfahren unmöglich   auf      die    Herstellung von   Fasern aus      Polypivalinsäurelacton      angewendet    werden können. Für die Herstellung von Fasern aus Polypivalinsäurelacton sind   vielmehr      grundsätzlich      an-    dere spezifische   Methoden    und   Bedingungen    notwendig.



  Werden diese angewandt, so ist es möglich, transparente Fasern mit hohem Orientierungsgrad, uasseichend guten thermoplastischen Eigenschaften und der erwünschten elastischen Erholung herzustellen, was   nach      den    her   kömmlichen    Spinnverfahren   unmöglich      ist   
Auf   Grund      verschiedenartiger,    systematischer Untersuchungen über den Zusammenhang zwischen physikalischen Eigenschaften und Feinstruktur von Fasern aus Polypivalinsäurelacton mit einer guten elastischen Nachwirkung ist es gelungen,

   eine neue Faser aus Polypivalinsäurelacton   herzustellen,    die neuartige physikaliche Eigenschaften aufweist und von den im vorher gehenden beschriebenen bekannten Fasern vollkommen   verschieden    ist. Auf   Grund    dieser Untersuchungen ist es ausserdem gelungen, sowohl   idle      Feinstrukturen    derartiger Fasern als   lauch    die für ihre   Herstellung    vorteilhaften Bedingungen zu ermitteln.



   Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine brauchbare Faser,   Idie    im   wesentlichen      aus    Polypivalinsäurelacton besteht   und    wesentlich verbesserte Eigenschaften, insbesondere in bezug auf Orientierungsgrad, Zähigkeit,   Transparenz,      Homogenität,      Wär,mehärtbarkeit    und   ela-    stische Erholung aufweist, herzustellen. Das Verfahren soll ausserdem ohne Schwierigkeiten durchzuführen und wirtschaftlich   sein.   



   Die   Lösung    dieser und weiterer   Aufgaben      gelingt    ,durch   Idas    erfindungsgemässe   Verfahren.    Man erhält da   bei    eine Faser, die sich   dadurch    auszeichnet, ,dass sie weinen Orientierungsgrad   ,(R)    von mindestens 0,85 und einen Kristallinitätsgrad (X) von höchstens 58 % besitzt und dass sie eine Zugreissfestigkeit von wenigstens 3,5 g/den, 

   einen Anfangsmodul von wenigstens 20 g/den,   einen      elastischen    Erholungsgrad von   wenigstens    90    /o    bei 5 % Dehnung und einen Elastizitätsmodul von we   nigstens    0,2 g/den unmittelbar nach Indem Erreichen der Fliessgrenze   aufweist.   



     Weitere      Einzelheiten      der    Erfindung sind den anhand   der    Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen zu entnehmen.  



   Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines azimutalen Röntgebeugungsdiagramms einer Polypivalinsäurelactonfaser mit einem Maximum bei   2 #    = 15,4 
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines radialen Röntgenbeugungsdiagramms mit einem Maximum bei   20 = 15,40;   
Fig. 3 zeigt   dn    schematischer Darstellung ein meridionales Diagramm, das bei der Streuung von unter kleinem Winkel einfallender Röntgenstrahlung an einer   P!olypivalinsäurellactonfaser      aufgenommen    wurde;
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung die Änderung des Kristallinitätsgrades bei bestimmten Temperaturen bis hinauf zum Schmelzpunkt.

  Die Werte wurden durch Abschrecken und Verfestigen von geschmolzenem Polypivalinsäurelacton unmittelbar nach seiner Extrusion bei 265   0C ermittelt;   
In   den    Fig. 5-6 sind die Kraftlängenänderungskurven von unverstreckten Fasern mit verschiedenen Orientierungsgraden schematisch dargestellt;
Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung die Bezie   hung zwischen      Ider      Temperatur,      bei      Ider      die    Wärmebe   handlung      vorgenommen      wird,    und   der    Dichte ,des Poly   pivalinsäurelactons;

  ;   
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftlängenänderungskurve, welche nach dem Verfahren nach der Lehre der Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 10 zeigt eine photographische Aufnahme der   Röntgenbeugnng    an einer verstreckten Faser, welche nach der Lehre der Erfindung hergestellt wurde.



   Vor dem Übergang zum speziellen Beschreibungsteil sollen noch einige, in der vorliegenden Anmeldung häufig verwendete   Begriffe    erläutert werden: 1. Intrinsische Viskosität   [#];   
Die intrinsische Viskosität   [#]    dient dazu, das Molekulargewicht eines Polymeren zu definieren. Sie wird im vorliegenden Fall unter   Verwendung    eines Lösungsmittelgemisches aus 6 Teilen Phenol und 4 Teilen o-Chlorphenol bei einer Temperatur von 30  C bestimmt. Die Berechnung erfolgt anhand der Gleichung:
EMI3.1     
 In dieser Gleichung bedeuten c die Konzentration ausgedrückt in Gramm Polypivalinsäurelacton in 100 ml einer durch Auflösen von Polypivalinsäurelacton in dem obengenannten Lösungsmittel hergestellten Lösung.



     n    sp entspricht der spezifischen Viskosität der Lö    rung und wird durch #-## wiedergegeben, wobei [#]  ##    die Viskosität der Lösung und Wo die Viskosität des Lösungsmittels bedeuten.



  2. Orientierungsgrad R:
Der Orientierungsgrad R ist das Mass für die Orientierung der Molekülverbände innerhalb der faserbildenden Polymeren. Seine Berechnung erfolgt im vorliegenden Fall aus dem azimutalen Röntgenbeugungsdiagramm der Faser durch Bestimmung der Halbwärtsbreite B aus dem Maximum bei 2   #   = 15,40 mittels der Gleichung
R = 1 - B/180 (2) Das Röntgenbeugungsdiagramm wurde mittels eines selbstregistrierenden Röntgenspektrometers (35 KV, 20 mA) hergestellt vom Rigaku Denki K.K. und unter Verwendung einer Laue-Kamera (35 KV, 60 mA) nach der Durchstrahlungsmethode unter Verwendung von Cu K -Strahlung, welche mit Hilfe von Nickel monochromatisch gemacht worden war, aufgenommen. Ein Beispiel für ein azimutales Röntgenbeugungsdiagramm mit einem Maximum bei   28    = 14,50 ist in Fig. 1 dargestellt.



   In dieser Figur wurden zunächst die Punkte   niedrig-    ster Intensität (A, B und C)   durch      eine    Gerade   miteinan-    der   verbunden.    Diese   Verbindungslinie    dient im   folgende    den als Grundlinie. Der Schnittpunkt des vom Scheitelpunkt D des Maximums bei 15,4  auf die Nullinie gefällten Lotos mit dieser Grundlinie wird mit E bezeichnet. Anschliessend wird der Mittelpunkt der Linie D-E mit F bezeichnet. Die Schnittpunkte der durch F parallel   zur    Nullinie   gelegten      Schnittebene    mit der Beugungskurve werden mit G und H bezeichnet.

  Die Halbwärtsbereite B in Gleichung 2 entspricht der azimutalen Länge von G-H; durch Einsetzen des ermittelten Wertes in die   Gleichung    2 erhält man ,dann den Orientierungs   grad R.   



  3. Kristallinitätsgrad X:
Der Kristallinitätsgrad stellt ein Mittel dar, mit dessen Hilfe eine Phase innerhalb einer aus einem kristallinen und einem amorphen Anteil zusammengesetzten Zweiphasenstruktur, wie sie innerhalb einer Faser vorkommt, volumetrisch bestimmt werden kann. Er wird üblicherweise in Prozenten angegeben und entspricht dem Verhältnis der Gesamtmenge der Kristallite zur Gesamtmasse. Der Zahlenwert des Kristallinitätsgrades wird ermittelt, indem man das Verhältnis der Beugungsintensitäten bei   2 #    = 15,4  und   2 #    = 27  ermittelt.



  Die Maxima bei   2 #    = 15,4  und   2 #   = 27,0  erscheinen in einem Röntgenbeugungsdiagramm, welches aufgenommen wird, indem man die Faserachse in einer Ebene senkrecht zum Röntgenstrahlbündel rotieren lässt, wobei das Röntgenstrahlbündel als Rotationsachse dient.



  Der Zahlenwert für das ermittelte Verhältnis wird dann zur Berechnung des Kristallinitätsgrades verwendet. Der Wert für die Dichte, die ebenfalls in die Berechnung eingeht, wurde mittels der Flotatinsmethode bei 30  C in einem Lösungsmittelgemisch von Tetrachlorkohlenstoff und Benzol bestimmt.

 

   Der Kristallinitätsgrad X kann durch die Gleichung    0,13 X = 1,23 - ######### (3)    ausgedrückt werden. In dieser Gleichung entspricht d der Dichte. Zwischen der Dichte d und dem Verhältnis der Beugungsintensitäten besteht dabei die folgende Beziehung:
I(120)/I(27 ) =   -43,4386    + 38,9881    d    (4) worin   17120)    der Beugungsintensität des Maximums bei 20 = 15,4  und   I(27o)    der Beugungsintensität bei 2   o    = 270 entspricht.



   Ein nach der vorstehend beschriebenen Methode aufgezeichnetes Röntgenbeugungsdiagramm ist in Fig. 2 schematisch dargestellt.  



   Die Berechnung wird wie folgt vorgenommen:
Die Punkte niedrigster Intensität A bei   13,5     und B bei 200 werden durch eine Gerade verbunden, welche als Grundlinie dient. Anschliessend wird vom Scheitelpunkt C des Maximums bei 15,4  das Lot auf die Nulllinie gefällt und sein Schnittpunkt mit der Grundlinie mit D bezeichnet. Dann wird das Verhältnis des Abschnittes CD der Linie zu der Strecke EF, das dem Verhältnis   (I,t20))    entspricht, ermittelt. Danach wird die Dichte d mit Hilfe der Gleichung 4 berechnet und in die Gleichung 3 eingesetzt. Auf diese Weise wird der Zahlenwert des Kristallinitätsgrades X erhalten.



  4. Identitätsperiode D:
Unter Identitätsperiode D sind periodisch wiederkehrende Bereiche gleicher Dichte in Richtung der Fa   Faserachse    zu verstehen. Sie erlaubt eine quantitative Aussage   über    eine   Phase    einer Zweiphasenstruktur, welche aus einem kristallinen und reinem amorphen   Anteil    zusammengesetzt ist, und entspricht im allgemeinen der Länge einer wiederkehrenden Periode aus einem kri   stal4inen    und einem amorphen   Anteil.   



   Im Rahmen ,der vorliegenden   Erfindung    wird zur   Messung    der Identitätsperiode   die Streuung    von unter kleinem Winkel eingestrahltem Röntgenlicht herangezogen. Aus dementsprechenden Spektrogramm erhält man dann eine   Identitätskurve,    wie sie in   Fig. 3    dargestellt ist.



   Die Lage des Maximums der Identitätsperiode wird durch   e    = 2   0    (Grad) ausgedrückt. Die Identitätsperiode D kann dann aus der Gleichung   
D = 8 = (5) sin2o    berechnet werden. In Gleichung 5 entsprechen e = 2 0, in Bogeneinheiten;    #    die Wellenlänge der verwendeten Röntgenstrahlung in Angsträm-Einheiten.



   Die Wellenlänge   #    der gemäss der nachfolgenden Beschreibung verwendeten Strahlung beträgt 1,5418 Angström.



  5. Durchschnittliche Länge des amorphen Anteils Lm:
Die durchschnittliche Länge Lm des amorphen Anteils kann ermittelt werden aus der Differenz zwischen der Identitätsperiode D und der durchschnittlichen Länge   Lg    der Kristallite in Richtung der Faserachse.



  Zwischen diesen Grössen besteht die folgende Beziehung:
Lm =   D-L,    (6) Das Verfahren zur Berechnung der durchschnittlichen Länge   L0    der Kristallite erfolgt nach bekannten Methoden. Eine dieser Methoden wird z. B. von   Kaku    o und Kasai in: Untersuchungen über Makromoleküle in dem Kapitel über die Struktur des festen Zustandes von   Makromolekülen,    auf Seite 100, beschrieben (publiziert 1958 durch Kyoritsusha).



   Man geht dabei im einzelnen wie folgt vor:
Zunächst wird ein Streudiagramm unter Verwendung von unter kleinem Winkel eingestreuter Röntgenstrahlung aufgenommen.



   Bei der Auswertung des Diagramms sind die die Intensität beeinflussenden Faktoren wie die Streuung durch die Luft und die Absorption durch das Probenmaterial zu berücksichtigen. Unter Verwendung der entsprechend kompensierten W;erte wird dann der Logarithmus der Streustrahlungsintensität I (Ordinate) gegen das Quadrat des entsprechenden Streuwinkels e2 aufgetragen. Aus der Streukurve wird die Steigung des linearen Anteils ermittelt. Daraus wird dann die mittlere Länge   Lg    der Kristallite mittels der Gleichung
EMI4.1     
 berechnet.

  In Gleichung 7 bedeuten: I die beobachtete Intensität; Io die Intensität des   eingestreuten    Röntgenstrahl bündels; K die Konstante, die von der Art der verwendeten
Probe und der Wellenlänge abhängig ist; e den Streuwinkel;   Ä    die Wellenlänge der verwendeten Röntgenstrahlung;   Lg    die durchschnittliche Länge der Kristalle in der
Richtung der Faserachse.



  6. Zugreissfestigkeit und Dehnung   (JIS/L/1073):   
Die Bestimmung der Zugreissfestigkeit erfolgt in der Weise, dass man auf die Faser eine Anfangsbelastung von 30 g/den zur Einwirkung bringt und die Faser dann mit einer Geschwindigkeit von   100 0/o/min    ausdehnt.



  Man bestimmt die Belastung (g) und die Dehnung (cm), bei der der Bruch erfolgt, und ermittelt den Mittelwert aus 20 Messungen. Die im vorliegenden Fall untersuchte Probe hatte eine Länge von 20 cm. Die Zugreissfestigkeit wird in Gramm/denier und die Dehnung in Prozenten ausgedrückt.



  7. Anfangsmodul:
In Ider bei der Ermittlung   der    Zugreissfetigkeit und Dehnung beschriebenen Weise wird eine Kurve ermittelt, die die Abhängigkeit der Längenänderung von der Kraft wiedergibt. Dann wird aus dieser Kurve der Maximalwert der Steigerung in der Nähe des Kurvenursprungs ermittelt. Dieser Wert entspricht dem Anfangsmodul und wird in   Gramm/ldlenier      ausgedrückt.    Der Anfangsmodul entspricht der Kraft, die die Faser ihrer Ausdehnung entgegensetzt, und kann als Mass für die Festigkeit und die Steifheit Ider Faser angesehen werden.



   8. Elastischer Erholungsgrad bei 5    < )/o    (50 % Dehnung):
Man verwendet die gleiche Anfangsbelastung und die gleiche Probenlänge wie bei der Messung der Zugreissfestigkeit und der Dehnung. Die Probe wird dabei und 5 % (50 %) mit einer Geschwindigkeit von 10 % pro Minute ausgedehnt. Dann lässt man die Probe in   diesem      Zustand    eine   Minute    lang beharren. Am Ende der einen Minute wird die Belastung mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sie zur Einwirkung gebracht wurde, wieder entfernt. Dann lässt man die Probe drei weitere Minuten in   ihrem    Zustand beharren. Danach  wird sie abermals um 5 % mit der gleichen Geschwin   digkeit    ausgedehnt.

  Zu   B-inn    der   zweiten    Dehnung tritt eine Restdehnung,   welche    von Ider   ersten    Dehnung herrührt, in   Erscheinung.      D.er      Restdehnung    entspricht der   Längenzuwachs    bei der   lersten    Dehnung.

  Setzt man   diesen    in   Beziehung    zu Ider Dehnungslänge Ibei der ersten   Dehnung,    so erhält   m'an    in Prozenten ,ausgedrückt   Idile    Restdehnung.   Unter Erholungsvermögen    ist in diesem Zusammenhang   ,dile    Fähigkeit   zder    Faser zu verstehen, nach reiner Deformation durch Dehnung in Richtung der Faserachse in den   ursprünglichen    Zustand zurückzukehren. Das Erholungsvermögen kann als Mass für die elastischen Eigenschaften der Fasern angesehen werden.



  In der   Praxis    hat ,sie einen massgeblichen Einfluss auf die Knitterfestigkeit, die Form stabilität   und      Iden    Sitz der daraus hergestellten Kleidungsstücke.



  9. Knotenfestigkeit (JIS/L/1073):
Aus   der    zu   untersuchenden    Faser wird lein Knoten hergestellt. Dessen Festigkeit   wird dann    in   der    bei der   Messung      wider      Zugreissfestigkeit    beschriebenen Weise bestimmt. Die Zugreissfestigkeit wird in g/den ausgedrückt.



   In   der    Praxis liegen   d'ie    Fasern   wesentlich    häufiger in Form von Verbänden, in   denen      Isie      miteinander    verwachsen sind, vor als in Form einzelner Individuen. So z. B. in   Geweben,      Wfrkwaren    oder Strängen. Die Knotenfestigkeit ist   daher    als Mass für die Festigkeit der Fasern anzusehen, wenn sie   miteinander    in Wechselwir- kung   stehen,    während idile Zugreissfestigkeit als Mass für die   Festigkeit der    einzelnen Faser   anzusehen    ist.



  10. Schrumpfung in heissem Wasser:
Nachdem die zu messende Faser mit einer Anfangsbelastung von 30 g/den belastet wurde, wird die Faserlänge genauestens abgemessen und zu 500 mm bestimmt.



  Nach der   Entfernung      Ider    Belastung wird   die    Probe 30 Minuten lang in heisses Wasser eingetaucht,   das    eine bestimmte vorgegebene Temperatur aufweist. Anschliessend lässt man die Probe an ,der   zLuft    trocknen.



  Dann wind   eine      Belastung,    die die gleiche Grösse   wie    die Anfangsbelastung aufweist, auf die Faser zur Einwirkung gebracht und die Länge der Faser bestimmt. Das Verhältnis   der    Schrumpfung zur   ursprünglichen    Länge wird in Prozenten ausgedrückt.



   Fasern, die für Kleidungsstücke Verwendung finden, werden im Laufe des Herstellungsprozesses zahlreichen Behandlungsschritten, wie Entschichten, Färben und dergleichen, unterworfen, und sie werden ausserdem, wenn sie als Endprodukte vorliegen, häufig in heissem oder warmem Wasser gewaschen. Werden   die    Fasern für   industrielle    Zwecke   gebraucht,    muss ebenfalls beachtet   wenden,    dass sie   auch    dann häufig mit Wasser in Berührung   kommen.    Die Schrumpfung in heissem Wasser dient als Massstab für   die    Widerstandsfähigkeit der Fasern gegenüber der Schrumpfung   in    heissem Wasser.



   Blei ider Herstellung von Fasern nach der Lehre   der    Erfindung ist es wichtig, eine unverstreckte Faser mit adequaten Eigenschaften, insbesondere mit einer guten Dehnbarkeit, zu erhalten. Man gebt dabei zweckmässig so vor,   dass    man ein Polymer, das überwiegend   aus    Polypivalinsäurelacton besteht   und    leine intrinsische Viskosität von   wenigstens    0,7   besitzt, dem    Schmelzspinnen nach dem Extruderverfahren unterwirft.

  Die Extrusion erfolgt durch die Öffnung einer Spinndüse, bei   einer    Spinntemperatur von etwa 240 bis etwa 301   CC,    wobei man auf   Idas    ausgepresste Polymere einen starken Zug einwirken lässt, solange es in geschmolzenen oder plastifiziertem Zustand vorliegt,   mm    auf   diese    Weise zu erreichen, Idass   Idas    Verhältnis A   der    Spinn   d'eformation    einen Wert annimmt,   der    der folgenden Formel entspricht:    A # 1367 [#]-5,612    (8) In dieser Formel entspricht   X    der intrinsischen Viskosität des Polymers.



   Der Ausdruck  Verhältnis   d'er      Spbindeformation     wird hierin als ,das   Verhältnis    Ides Querschnitts der Öffnung der   Spinndüse    zum Querschnitt ,der   unverstreckten    Faser, nach   Idem      Abschrecken      und    Verfestigen, bezeichnet. Es steht in engem Zusammenhang   mit    dem Orientierungsgrad R Ider unverstreckten Faser.



   Das bevorzugte, für die Herstellung der erfindungsgemäss zu verstreckenden Fasern zur Anwendung gelangende Polypivalinsäurelacton ist lein lineares Kondensationsprodukt,   welches    im wesentlichen   aus    wiederkehrenden Estereinheiten der Formel:
EMI5.1     
 besteht.

  Das   Polypivalinsäurelacton    kann in   einfacher    Weise   durch      iPolykondensation    von Hydroxypivalilnsäure oder deren Ester, wie in   der    USA-Patentschrift Nr. 2 658 055 beschrieben, hergestellt werden oder durch   Anwendung    des in der britischen Patentschrift Nr. 766 347 beschriebenen Polymerisationsverfahrens für Pivalinsäurelacton.   Ausserdem    werden bei Verwendung   eines    Copolymeren, welches   durch    Copolymerisa- tion von   Polypivalinsäurelacton    mit bis zu 25   Mol- /o    eines anderen Lactons, wie beispielsweise ss-Propion- säurelacton oder   &alpha;,&alpha;

  ;-Diäthylpropionsäurelacton,    befriedigende Ergebnisse erzielt. Ausserdem kann bei dem Verfahren nach der Lehre der Erfindung Polypivalinsäurelacton,   welchem    andere   Polymere    beigemischt sind, Verwendung finden,   vorausgesetzt,    dass   durch    diese anderen Polymere die Eigenschaften des Polypivalinsäurelactons nicht beeinträchtigt werden. Es ist überflüssig, ,darauf hinzuweisen, dass   das    Polypivalinsäurelacton ausserdem die üblichen Zusatzstoffe, wie   Farbstoffe,    Pigmente und Stabilisatoren, enthalten kann.



   Dagegen ist es notwendig, dass das erfindungsgemäss einzusetzende Polypivalinsäurelacton eine intrinsische Viskosität   #    von wenigstens 0,7, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,9 und 3,5 aufweist.

 

   Ein Polypivalinsäurelacton, dessen Wert von   #    kleiner als 0,7 ist, ist zur Faserbildung wenig geeignet, so dass es nicht   gelingt,    eine Faser mit brauchbaren Eigenschaften auszustatten, falls man nicht während des Spinnvorganges   eine    extrem hohle Kraft auf die Spinnmasse einwirken lässt. Ausserdem gelingt es nicht, der Faser   jene    extrem guten   Eigenschaften    zu verleihen, die Ziel der vorliegenden Erfindung sind. Auf der anderen Seite hat ein extrem hoher   Wert    der intrinsischten Visko   sität    eine   erhebliche    Erschwerung der Faserherstellung  zur Folge.

  Vor allem kommt es, wenn es den Wert 5 wesentlich überschreitet, zu einer extremen Erniedrigung der Fluidität des Polymers im geschmozenen Zustand, wodurch der Spinnvorgang wesentlich erschwert wird.



  Im allgemeinen ist es jedoch als Vorteil anzusehen, dass der Orientierungsgrad einer unverstreckten Spinnfaser bei grösseren Werten von   #    mit einem geringeren Druckaufwand während des Pinnvorganges erreicht werden kann. Unter der Voraussetzung, dass der Aufwand für die Spinnoperation nicht in Rechnung gestellt wird,   gelingt    es auf   Diese    Weise   leicht,    eine sehr zähe Faser zu erhalten.



   Zur Herstellung der erfindungsgemäss zu verstrekkenden Faser wird das im wesentlichen aus Polypivalinsäurelacton bestehende Polymer zweckmässig zunächst unter Verwendung einer bekannten Schmelzspinnapparatur geschmolzen und das geschmolzene Polymer durch eine Spinndüse in Faserform ausgepresst. Das Schmelzspinnen wird bei einer Temperatur zwischen etwa 240 und 310 C vorgenommen. Im allgemeinen nimmt die Fliessfähigkeit eines Polymers mit der Temperatur zu und ergibt so eine verbesserte Spinnfähigkeit. Überschreitet die Temperatur jedoch 280  C, so wird es schwierig, die Schmelzviskosität und die Spinnbedingungen zu steuern, da bei diesen Temperaturen bereits eine thermische Zersetzung des Polymers stattfindet. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, einen an sich bekannten Wärmestabilisator zuzusetzen. Die Spinntemperatur kann dann, ohne dass es zu Zwischenfällen wie z.B.



  einer thermischen Zersetzung kommt, bei Temperaturen bis zu 310 C vorgenommen werden. Als Wärmestabilisatoren kommen z. B.   die      üblicherweise      fär    Poly-aolefine oder Gummi verwendeten Bindungen, wie z. B.



  4,4'-Thio-bis-(6-tert,-butyl-m-kresol), 4,4'-Butylidenbis-(6-tert.-butyl-m-kresol) und Kilauryl-thio-dipropionat in Frage. Auch bei Temperaturen von 240  C und weniger, d.h. bei einer Temperatur, die unterhalb des Schmelzpunktes des Polymers liegt, treten Schwierigkeiten bei der Durchführung des Spinnverfahrens auf und es gelingt nur unter Anwendung ausserordentlich hoher Drücke, wie dies z.B. in Beispiel 4 der USA-Patentschrift Nr. 2658 055 beschrieben ist, befriedigende Ergebnisse zu erzielen. Die Anwendung derart niedriger Spinntemperaturen bringt jedoch zahlreiche Probleme mit sich, die sich vor allem auf die Ausbeute des Verfahrens, die Eigenschaften des fertigen Garnes, die Gleichmässigkeit der Faser und den Aufbau der Spinnvorrichtung beziehen, so dass für die Herstellung der erfindungsgemäss zu verstreckenden Fasern derart niedrige Temperaturen nicht zur Anwendung kommen.

  Bei den verwendeten Apparaturen handelt es sich um bekannte Apparaturen, wie sie üblicherweise zum Schmelzspinnen zur   Anwendung    kommen. Als   Beispiel    seilen eine Rostspinnapparatur und 'eine Apparatur vom Schraubenextrudertyp genannt. In Fällen, in denen das Schmelzspinnen bei relativ niedrigen Temperaturen vorgenommen werden soll, sind mit Vorteil eine Apparatur vom Schraubenextrudertyp angewandt. Die Düsenöffnung soll einen Durchmesser von wenigstens 0,5 mm, vorzugsweise von 0,4mm   laufweisen.      Ausserdem    sind besondere   Vorkehrungen    zu treffen, um   die    lineare Geschwindigkeit bei der Extrusion an der Düsenöffnung herabzusetzen und gleichzeitig das Verhältnis der Spinndeformation zu erhöhen.

  Diese Erfordernisse sollen im folgenden noch näher   erläutert    werden.



   Auf das aus der Sinndüse austretende Polypivalinsäurelacton wird denn die erforderliche Zugkraft zur Einwirkung   gebracht.      Dabei    muss beachtet   werden,    dass dieses Polymer einen sehr hohen Kristallinitätsgrad aufweist und dass seine Kristalle relativ starr sind. Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung der Werte der Dichte bzw. der Kristallinität bei verschiedenen Temperaturwerten. Die Werte wurden aus einem Röntgenbeugungsdiagramm eines durch Schmelzextrusion gebildeten Polypivalinsäurelactonfilms, der durch Auspressen bei 265  C erzeugt und durch nachfolgendes Abschrecken in Wasser verfestigt wurde, erhalten. Da während der Aufnahme des Röntgenbeugungsdiagrammes die Temperatur weiter steigt, wird die Probe gewissermassen einer Wärmebehandlung unterworfen.

  Um dies zu vermeiden, wird angestrebt, die Dauer der Aufnahme möglichst kurz zu halten. Da im vorliegenden   Fall    lediglich der Punkt maximaler   Intensität    zur Aufnahme gelangt, kann die Zeit, die für die Messung benötigt wird, auf etwa 5 Minuten beschränkt werden.



   Aus Fig. 4 ist zu entnehmen, dass   Idie    Kristallite des Polymers eine beachtliche BEständigkeit zeigen und dass der Kristallinitätsgrad selbst bei Temperaturen in unmittelbarer Nähe des Schmelzpunktes bei 240 C noch nicht vollständig herabgesetzt ist. Dieses, dem Polypivalinsäurelacton eigene Verhalten zeigt einerseits die Vorteile der gesponnenen Faser, welche eine ausserordentlich gute Formstabilität be TEmperaturwechsel zeigt, und gibt auf der anderen Seite den Hinweise auf erhebliche Schwierigkeiten beim Spinnen und Verstrecken der Faser. DArüber hinaus ist gesponnenes Polypivalinsäurelacton hochkristallin und erreicht einen Kristallinitätsgrad von 50 % oder mehr sehr schnell, d.h.



  unmittelbar nach dem Verspinnen. Dieser Wert ist sogar höher als die Kristallinität des Endproduktes, welches durch Spinnen und Verstrecken und nachfolgende   Wärmebehandlung      üblicher      Polyamid-    oder Polyesterfasern erhalten wird. Aus diesem Grund ist es auch nicht möglich, beim Spinnen von Polypivalinsäurelacton in der für Polyester oder Polyamidfasern üblichen Weise eine merkliche Orientierung der Molekülverbände in der Faser zu erreichen. Wie durch Röntgenanalyse und aus dem Absorptionsinfrarotspektrum festgestellt werden konnte, unterscheiden sich die nach herkömmlichem Verfahren hergestellten Fasern praktisch nicht von einer unverstreckten Faser.



   Um eine für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens brauchbare unverstreckte Faser mit den geforderten Eigenschaften zu erhalten, ist es wichtig, den Spinnprozess unter Ausnutzung des sehr engen Bereichs, in dem das Polymer keine Kristallisationsneigung zeigt, zwischen dem eigentlichen Schmelzspinnen und der Verfestigkung beim Aufnehmen des ausgepressten Fadens durchzuführen und die Bedingungen, unter denen das Polymer in einen verstreckfähigen Zustand, der beispielsweise von einen hohen Orientierungsgrad begleitet wird, überführt werden kann, festzulegen. Dabei ist es wichtig, die notwendigen Gegenmassnahmen beim Verstrecken vorzusehen, um unerwünschte Erscheinungen, wie sie in der französischen   Patentschrift    Nr. 1 231 163 oder in der Veröffentlichung von R.

 

  Thiebaut et. al. in l'Industrie des Plastiques Modernes, 13. März 1962, beschrieben sind, zu vermeiden.



   Zu diesen Erscheinungen zähl beispielsweise die Tatsache, dass Polypivalinsäurelacton sehr leicht seine Eigenschaften während der Zeitspanne zwischen dem Schmelzen und der Verfestigung änder und schnell innerhalb kurzer Zeit kristallisiert und dass sich daher die Eigenschaften der FAser stufenweise in dem Zeitraum     zwischen      der      Verfestigung    des Polymers und dem Beginn des Verstreckprozesses ändert, wodurch es zu einem merklichen Verlust an Homogenität kommt.



   Auf Grund dieser im vorhergehenden erläuterten Feststellung wurden eingehende Untersuchungen über die beim Spinnen von Polypialinsäurelactonfasern einzuhaltenden   Bedingungen    angestellt. Ein   besondJeres      Augenmerk      wurde      dabei    auf   das    Molekulargewicht des Polymers,   die      Abmessunigen    der   Spinndüsenöffnung,    die Fliesageschwindigkeit   nn    der   Düsenöffnung,      Idie    Schmelzviskosität, ,die Aufnahmegeschwindigkeit, die in der Umgebung der Spinndüse   herrschende    Atmosphäre,

   den Beginn der Verfestigung des geschmolzenen Polymers,   idie    während des Spinnens auf das Polymer einwirkende Zugkraft und den nachfolgenden Verstreckprozess gerichtet, unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen   mit ideen    beim   Spinnvorgang heIrschlendLen    Bedingungen und der Atmosphäre.



   Als wichtiger Faktor   beim    Spinnvorgang,   wider    in engem   Zusammenhang    mit dem Verhältnis ,der Spinn   deformation    steht,   ist die    Ausflussgeschwindigkeit des aus   Polypivalinsäure    bestehenden Polymers aus der Spinndüse zu bewerten.



   Da die Möglichkeit durch des erfindungesgemässe Verfahren eine Faser hoher Zähigkeit zu erhalten, die den in der britischen Patentschrift Nr. 766 347 oder in der USA-Patentschrift   Nr.2658055    beschriebenen weit überlegen ist, weitgehend, wie im vorhergehenden erläutert, von den während des Schmelzspinnens bzw. unmittelbar danach herrschenden Bedingungen abhängig ist, soll im   folgenden    näher darauf eingegangen werden.



   Eine wichtige Rolle spielt   dabei    z. B.   Idie    Grösse der   Spinndüsenöffnung.    Man verwendet   deshalb      eine    Spinndüse, deren Öffnung   wesentlich    grösser ist als diejenige der beim Spinnen der üblichen Polymeren wie Nylon verwendeten. Ausserdem wurde festgestellt, dass hochkristallines Polypivalinsäurelacton leicht ersponnen werden kann, wenn man dem Polymer eine Spinndeformation erteilt, die grösser ist als die bei den üblichen Polymeren erzeugte.



   Zunächst soll der Einfluss der Grösse der Spinndüsenöffnung,   welcher      die      innere    Struktur Ider unver streckten Faser bestimmt, und im besonderen der Einfluss des parallelen Gradienten der Ausflussgerschwindigkeit der Schmelze erläutert werden. Der Gradient der Ausflussgeschwindigkeit kann annähernd   geschätzt    werden, wenn man die lineare Ausflussgeschwindigkeit und den Einsatzpunkt der Verfestigung kennt. Die lineare Ausflussgeschwindigkeit V kann nach folgender Gleichung berechnet werden:
V = Q/S d
In der Gleichung bedeuten   Q den    Querschnitt der Düsenöffnung, S die Geschwindigkeit, mit der das Polymer aus derDüsenöffnung austritt, und d die Dichte des   geschmolzenen    Polymers. Die Werte von Q, S und d werden experimenteil bestimmt.

  Die Geschwindigkeit V kann durch Verändern von Q oder S in mannigfaltiger Weise variiert   wenden.    Im Hinblick auf die Grösse des   experilmenbell      erforderlichen    Titers (denier) der herzu- stellenden Faser   ist    es vorteilhafter, die Grösse von S zu verändern als   diejenige    von Q, da auf diese Weise eine wesentlich grössere   Variationsbreite    erzielt wind.



   Um eine exakte Untersuchung des Zusammenhanges der   Änderung    der Fasereigenschaften mit den Spinnbedingungen   durchzuführen,    wurden Spinndüsen mit un   terschiedhcher    Grösse   der    Düsenöffnung verwendet, um eine möglichst grosse   Variationsbreite    hinsichtlich   der    linearen Austrittsgeschwindigkeit zu erreichen.



   Aus der Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der linear Ausflussgeschwindigkeit und dem Verhältnis der Spinndeformation durch Verwendung von Düsenöffnungen mit einem Durchmesser von 0,1 bis 2,0 mm   geht    hervor, dass   bei    einem Durchmesser von   mehr    als etwa 0,3 mm der Einfluss des Verhältnisses der Spinndeformation auf die Eigenschaften der ersponnenen Faser vorherrscht, während bei einem Durchmesser kleiner als 0,3 mm die Fasereigenschaft stärker von der linearen Ausflussgeschwindigkeit beeinflusst wird.

  Ein   derartiger    Unterschied in dem von   ruder    Grösse der Spinndüsenöffnung herrührenden Effekt konnte sowohl in den Eigenschaften des verfestigten aufgenommenen Garns als auch in den strukturellen Eigenschaf- ten des Garns auftreten, was eine Selbstverständlichkeit ist. Eine Spinndüsenöffnung mit kleinen Abmessungen ist zur   Herstellung    von Fasern geeignet, die einen ein   heitiichen    Titer aufweist.

  In   diesen    Fällen ist es jedoch notwendig, einen extrem hohen Pressdruck anzuwenden, was nicht allein   Idile    Ausbeute des Spinnverfahrens, sondern auch die Spinnfähigkeit   vermindert.      Aus    diesem Grund gelangt bei Verwendung kleiner Spinndüsenöff- nungen eine höhere Spinntemperatur zur Anwendung als in   den    Fällen, in   denen    Spinndüsenöffnungen grösserer Abmessungen zur Anwendung kommen. Auf Grund der thermischen Stabilität des Polymers kann die Dauer des Spinnens herabgesetzt werden, da bei erhöhter Temperatur der Spinnvorgang begünstigt wind.

  Es konnte ausserdem festgestellt werden,   dass    bei   Verwendung    von Spinndüsen mit grösseren Öffnungen gegenüber der Ver- wendung von solchen mit kleinerem Öffnungsquerschnitt die Spinnfähigkeit und die   Ausbeute    des Spinnprozesses   erheblich    verbessert werden können. Dies trifft vor   allem    dann zu, wenn ,ein Polypivalinsäurelacton mit einem hohen Wert der intrinsischen Viskosität   [ç7]    ersponnen wird.



   Werden Düsenöffnungen, deren Abmessungen gross sind,   verwendet,    so ist   die    lineare Austrittsgeschwindigkeit   vergleichsweise    geringer als bei   der    Verwendung von Düsenöffnungen mit geringerem Querschnitt, wodurch die Wirkung der Scherkräfte, die ausgehend von den   Idile      Öffnung    bildenden Wänden auf   den    inneren Teil der   flüssigen    Masse gerichtet sind,   herabgesetzt    wird. Dementsprechend ist der Orientierungsgrad der ungereckten Faser ziemlich gering, wobei durch die Kohäsion der Molekülverbände, insbesondere im amorphen Teil, deren Anordnung entsprechend einem Muster bewirkt, wobei   -der    Verband relativ locker ist.



   Werden dagegen Düsenöffnungen mit kleinen Ab   messungen    verwendet, so erhält man eine ungereckte Faser mit einem relativ hohen Orientierungsgrad, und es kann unterstellt   werden,    dass die Kohäsion   -der    Molekülverbände sogar im amorphen Teil leine dichte   Packung    bewirkt und dass obendrein die Molekülverbände ausgedehnt sind. 

  Eine derartige Struktur kann auch auf Grund der Tatsache   angenomm,en    werden, dass Fasern, die unter   Verwendung    von Düsen grösseren   Querschnitts    hergestellt wurden gegenüber solchen, die mit Düsen mit kleineren   Abmessungen    erhalten wurden, bezüglich der   Färbbarkeit    und der   Färbegeschwindilgkeit      Ibei    der Verwendung von Dispersionsfarben im allgemeinen höhere   Werte zeigen. Eine derartige Struktur kann   ,aussendet    auf Grund dessen angenommen werden,   dass umgekehrt    ein niedriger Wert im   dichromafischen    Verhältnis der Farbstoffe   festgestellt    werden konnte, nachdem die Garne gefärbt worden waren.

  Da die letztgenannte Faser einen höheren Orientierungsgrad aufweist als die zuvor beschriebene, kann   angenommen      werden,    dass   die      Dehnbarkeit    verringert ist,   wärend IdLile      Zagreissfestig-    keit zugenommen hat.   Tabelle    1 zeigt   Idie    Eigenschaften von   ungereckten    Fasern, die   unter      Spinnbleldint,nugen    ersponnen wurden, die so gewählt waren,   Idass      Idas      VXer-    hältnis der   Spi,nudeformation    im wesentlichen konstant ist und dass allein die lineare   Austrittsgeschwindigkeit    verändert Ist.



   Tabelle 1
Verhältnis lineare Austritts- Reissfestigkeit Dehnungsgrad der Spinn- geschwindigkeit g/den   O/o    deformation m/min
78 2,22 1,49 350,3
81 4,10 1,55 207,8
80 7,78 1,76 136,5
Durch die in Tabelle 1 aufgeführten Werte wird die oben angenommene Struktur bestätigt. Da der in der Nähe der Düsenöffnung befindliche innere Teil der aus Polypivalinsäurelacton bestehenden flüssigen Masse den von der   Düsenöffaung    ausgehenden Scherkräften weni ger ausgesetzt ist, wenn die Grösse der Spinndüsenöffnung 0,3, insbesondere 0,4 mm, überschreitet, ist es gemäss der Erfindung notwendig, die Grösse der Spinn düsenöffnung so zu wählen, dass sie wenigstens 0,3 mm, vorzugsweise wenigstens 0,4 mm, beträgt. Bei der Auswahl der Spinndüsenöffnung ist ausserdem der erwünschte Titer der herzustellenden gereckten Faser in Betracht zu ziehen.

  Die bisher bei der Herstellung von Fasern aus Polypivalinsäurelacton verwendeten Spinnen düsenöffnungen waren wesentlich kleiner als die erfindungsgemäss zur Anwendung gelangenden. Dementsprechend sind die verstreckten Fasern, die nach den bekannten Methoden hergestellt worden waren, grundlegend verschieden von den verstreckten Fasern, hergestellt nach der Lehre der Erfindung. Dies betrifft sowohl die Herstellungsmethode als auch die physikalischen Eigenschaften und die Struktur der verstreckten Faser.



  Insbesondere beträgt die lineare Austrittsgeschwindigkeit an der Düsenöffnung während des Spinnens bei dem erfindungsgemässen Verfahren nur einen Teil von der linearen Austrittsgeschwindigkeit, die bei Verwendung von kleinen Austrittsöffnungen gemäss dem Stand der Technik erreicht wird. Es kann daher die Annahme gemacht werden, dass ein beachtlicher Unterschied zwischen der inneren Struktur der erhaltenen unverstreckten Fasern und selbstverständlich auch zwischen der inneren Struktur der anschliessend verstreckten Fasern und auch der noch weiter elastifizierten Fasern besteht.



  Es ist daher zu beachten, dass das Polymere, welches aus einer Spinndüse mit einer grossen Öffnung von wenigstens 0,3 mm ausgepresst wurde, einer Zugbeanspruchung unterworfen wird, solange es noch in geschmolzenem oder plastifiziertem Zustand vorliegt, mit anderen Worten, dass es sich auf einer Temperatur befindet, die nur wenig unterhalb des Schmelzpunktes liegt und insbesondere die im Bereich von etwa 230-310   OC    liegt, um es in einen   verstreckbaren    Zustand zu überführen. Der verstreckbare Zustand steht, wie bereits erwähnt, im Zusammenhang mit dem Orientierungsgrad.



  Wird der enge Temperaturbereich, in dem das Polymer in erweichtem Zustand vorliegt, unterschritten, so findet ein rasches Kristallwachstum statt und die ersponnene Polypivalinsäurelactonfaser geht in einen praktisch unverstreckbaren Zustand über, wie er bei anderen Polymeren noch nie gesehen wurde.



   Dementsprechend ist es für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens notwendig, dass dem Polymer eine Faserstruktur verliehen wird, deren Orientierungsgrad unterhalb des üblichen Wertes liegt. Da die Struktur letztlich durch das Verhältnis der Spinndeformation bestimmt wird und diese durch geeignete Auswahl der Bedingungen, unter denen der Spinnprozess durchgeführt wird, sowie durch Ausübung einer starken Zugkraft auf die ersponnene Faser, unmittelbar nach dem Austritt aus der Spinndüse, beeinflusst werden kann. Zu beachten ist ferner, dass bei dem Spinnverfahren nach der vorliegenden Erfindung es nicht notwendig ist, die Temperatur und die Feuchtigkeit der Atmosphäre in solch strengem Masse zu kontrollieren, wie es beim Spinnen von Nylon oder Polyäthylenterephthalat notwendig ist.

  Sehr ungewöhnlich ist die Tatsache, dass bei Polypivalinsäurelacton sowohl das Verhältnis der Spinndeformation als auch die erreichten Fasereigenschaften in sehr hohem Masse vom Molekulargewicht des Polymers abhängen.



   Aus Versuchen, bei denen verschiedene Polypivalinsäurelactone mit unterschiedlichem mittlerem Molekulargewicht einem Spinnprozess bei einer Temperatur im Bereich von etwa 240 bis 310   "C    unterworfen wurden, haben ergeben, dass das erforderliche Verhältnis der Spinndeformation A einer Beziehung, welche durch Formel 9 ausgedrückt werden kann, genügen muss:    b log A  >  log c - a log g    Die Grössen A, b und c in der obigen Formel 9 werden experimentell im Zusammenhang mit der Untersuchung der für das Spinnverfahren notwendigen Bedingungen bestimmt. Es konnte festgestellt werden, dass ihre Werte mindestens 0,559, 3,137 und 1367 betragen. 

  Aus den Gleichungen 8 und 9 erhält man dann die folgende Beziehung:
A  >  1367   7-5,612    Im allgemeinen kann das Verhältnis der Spinndeformation A um so leichter erhöht werden, je höher die Temperatur, bei der das Schmelzspinnen vorgenommen wird, ist. Die Vergrösserung des Wertes von A kann ausserdem durch Anwendung eines verminderten Spinndrukkes durch Verwendung einer Spinndüse mit einem grösseren Öffnungsquerschnitt und durch Erhöhung der Aufnahmegeschwindigkeit erreicht werden.



   In dem folgenden Beispiel sollen hauptsächlich Polypivalinsäurelactone beschrieben werden, deren Werte von   71    1,11, 1,48 und 1,98 entsprechen. Die bei der Herstellung der Fasern angewendeten Bedingungen sind die folgenden:  
Temperatur, bei der das Schmelzspinnen vorgenom men wird, etwa 250 bis 270  C,
Durchmesser der Spinndüsenöffnung 0,5 bis 2,0 mm,
Anzahl der Spinndüsenöffnungen 10, und relative Feuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre bei 20  C etwa 70   /o.   



   Durch Änderung der Aufnahmeschwindigkeit beim Aufwinden der   stranggepressten    Fasern unter den vorstehend genannten Bedingungen kann das Verhältnis der Spinndeformation A mit dem Ergebnis variiert werden, dass unverstreckte Fasern mit unterschiedlichem Orientierungsgrad erhalten werden. Die Ergebnisse, die im Hinblick auf die Beziehungen zwischen a, b, c, A, R und der Zugreissfestigkeit (in Übereinstimmung mit JIS/L/1073) erhalten wurden, sind in Tabelle 2 aufgeführt.



   Aus Tabelle 2 geht klar hervor, dass die Festigkeit dieser unverstreckten Fasern, z. B. die Zugreissfestigkeit G (g/den) einen merklichen Zuwachs mit dem Anwachsen des Orientierungsgrades R zeigt. Es wurde gefunden, dass zwischen G und R eine Beziehung besteht, die durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
G = 11,38   R2 - 13,06    R + 3,90 (10) Aus der obenstehenden Gleichung kann ersehen werden, in welch hohem Masse die Zugreissfestigkeit der unverstreckten Fasern aus Polypivalinsäurelacton vom Orientierungsgrad abhängt.



   Tabelle 2
Zusammenhang zwischen   [nJ,    A, R und der Reissfestigkeit einer unverstreckten Faser Muster   [#]    Aufnahme- R a b c A Reissfestigkeit
Nr. geschwindigkeit (g/den)
1-1 100 0,49 0,176 2,356 227 66 0,22
1-2 200 0,73 0,408 2,909 812 437 0,43
1-3 1,11 300 0,81 0,502 3,073 1184 691 0,67
1-4 400 0,86 0,589 3,164 1462 925 0,98    1-5    500 0,88 0,609 3,325 2113 1312 1,18    100    100 0,68 0,524 2,741 551 75 0,28
2-2 200 0,82 0,553 3,081 1206 147 0,70
2-3 1,48 300 0,86 0,617 3,188 1542 210 1,09
2-4 400 0,89 0,644 3,338 2180 303 1,20
2-5 500 0,91 0,689 3,424 2652 396 1,44
3-1 100 0,85 0,615 3,165 1464 51 1,07
3-2 200 0,87 0,720 3,312 2059 109 1,15
3-3 1,90 300 0,90 0,757 3,492 3103 163 1,36
3-4 400 0,92 0,813 3,559 3621 228 1,72
3-5 500 0,90 0,846 3,684 4837 301 1,80
Bei der folgenden Betrachtung 

   sollen die unverstrecken   Fasern    in   Idrei      Gnuppen    unterteilt   werden,    nämlich in Gruppe 1   sollen    sie einen Orientierungsgrad von weniger als 0,75, in Gruppe 2 einen Orientierungsgrad von mindestens 0,75 und weniger als 0,85 und in Gruppe 3 einen Wert von 0,85 oder mehr besitzen. Mit Ausnahme von einigen ungewöhnlichen Fällen genügen die ,Fasern   Ider    Gruppe 3   dem    Wert von A, welcher gemäss   der    Formel 8   erforderlich    ist. Im folgenden sollen die   Unterschiede    der Fasereigenschaften in den drei Gruppen   erläutert    werden.



   Gruppe 1: Während diese unverstreckten Fasern unmittelbar nach dem Aufnehmen eine Restdehnung von   200 0/o    oder mehr   aufweisen,    unterliegen ihre Fasereigenschaften einer merklichen   Veränderung    bei blossem   Stehenlassen    in leiner Atmosphäre von 20    C    und einer relativen   Feuchtigkeit    von 700/0 während der Dauer   voa      einigen    Minuten.   Betrachtet    man beispielsweise das   Muster    Nr.

   1-1, das sich durch folgende Werte ausreichnet   [#]=1,11,    Aufnahmegeschwindigkeit   100 In/min    und R=0,49, so kann man feststellen, dass die Restdehnung sehr schnell   auf 100/0 oder    weniger absinkt.  



   Zu Gruppe 1 zählen auch solche Fasern, die einen hohen Orientierungsgrad R aufweisen und bei denen die Geschwindigkeit, mit der die Restdehnung ebnimmt, geringer ist. Jedoch zeigen diese Fasern zahlreiche Risse in der zur Faserachse senkrechten Richtung, wenn sie verstreckt werden. Die erhaltenen Fasern sind undurch   sichtig    und -von weisser Farbe.   Ausserdem    zeigen sie keinerlei verbesserte   Eigenschaften,    weder in bezug auf die Reissfestigkeit noch auf   Idie    Dehnbarkeit der Fasern.



   Gruppe 2: Die unverstreckten Fasern dieser Gruppe zeigen bei dem nachfolgenden Verstrecken das niedrigste Niveau bezüglich der erwünschten Fasereigenschaften.



  Vom Standpunkt der praktischen Verwertbarkeit aus gesehen, ist dies nicht befriedigend. Die Fasern dieser Gruppe   besitzen    eine   Restdehnung    von 200 % oder mehr, unmittelbar nach Beendigung des Spinnvorganges, jedoch nehmen ihre Reissfestigkeit und ihre Dehnbarkeit im Verlaufe der Zeit ab. Die Faser mit der Muster-Nr.



  2-2 z.B., mit einer Viskosität von   [#]=1,48,    Aufnahmegeschwindigkeit 200 m/min und Orientierungsgrad R=0,82 zeigte unmittelbar nach Beendigung des Spinnvorganges leine Restdehnung von 265 %, die jedoch innerhalb von drei Stunden auf 235 % absank.



  Die Eigenschaften der in der USA-Patentschrift Nr. 2 658 055 und der in der britischen Patentschrift Nr. 766 347 beschriebenen Fassern dürften den Eigenschaften der Fasern dieser Gruppe entsprechen.



   Gruppe 3: Die   unverstreckten    Fasern dieser Gruppe können durch nachfolgendes Verstrecken oder durch eine elastifizierende Behandlung in ansreichend zähe Fasern überführt werde; obgleich die Ausdehnung in den Fällen, in denen das Verhältnis der Spinndeformatioin einen hohen Wert erreicht, etwas absinkt, bleibt sie jedoch auf einem Niveau von 200 % oder mehr. Diese Fasern zeigen nur eine geringe   Änderung    ,der Fasereigenschaften im Verlaufe   der    Zeit. Wie weiter unten ausgeführt wird, behalten sie eine erhöhte Restdehnung von wenigstens 94 % nach einer sTunde und von wenigstens 85 % nach 24 Stunden,   berechnet    vom Zeitpunkt des   Austrittes      der    Faser aus der   Spinnöffnung,    bei.



   Die Grösse der Restdehnung kann mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet werden:
Restdehnung (%) = b/a x 100 (11) In dieser Gleichung bedeuten: a die Dehnung einer Faser unmittelbar nach dem
Spinnen, b die Dehnung einer Faser am Ende einer be stimmten Zeit.



   Die Ergebnisse der Messungen zur Bestimmung der Änderung der Dehnbarkeit in Prozenten im Verlauf der Zeit an unverstreckten Fasern mit unterschiedlichem Orientierungsgrad und in der vorgenannten Weise, entsprechend den Gruppen 1, 2 und 3 klassifiziert, sind in Tabelle 3 dargestellt.



   Tabelle 3
Dehnung (%)
R unmittelbar nach nach nach nach dem 1 Stunde 5 Stunden 24 Stunden
Spinnen 0,61 263 10    - -    oder weniger 0,70 325 127 10    -    oder weniger 0,76 320 245 220 163 0,82 318 274 247 228 0,86 320 300 298 271 0,89 337 318 295 289 0,90 314 308 302 301 0,92 306 303 300 300
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, zeigen unverstreckte Fasern mit niedrigerem Orientierungsgrad R einen drastischen Abfall der Dehnbarkeit auf Grund einer raschen Kristallisation, die in ihnen im Verlauf der Zeit stattfindet. Dies hat zur Folge, das die gebildeten Fasern spröde sind. Im Gegensatz dazu zeigen zu Gruppe 3 gehörige, unverstreckte Fasern, die gemäss der vorliegenden Erfindunge hergestellt wurden und die einen Orientierungsgrad von 0,85 oder mehr aufweisen, praktisch keinen Abfall ihrer Dehnbarkeit im Verlaufe der Zeit.



   In Tabelle 4 sind die Werte für die Restdehnung verschiedener Fasern nach einer Stunde und nach 24 Stunden, gerechnet vom Zeitpunkt des Austritts der Faser aus der Spinndüse, aufgeführt.



   Gemäss der vorliegenden Erfindung wird als Grenzwert einer Restdehnung leder   unverstreckten    Faser ein Wert von wenigstens 94 % nach einer Stunde und von wenigstens 85 % nach 24 Stunden, vorzugsweise von 97 % oder mehr nach   einer      Stunde      und    von 96 % oder mehr nach 24 Stunden, jeweils vom Zeitpunkt des Austritts der faser aus der Spindüse an gerechnet, angesehen.

 

   Tabelle 4
Restdehnung   
R nach einer Stunde nach 24 Stunden  (%) (%)   
0,61
0,70 39
0,76 77 51
0,82 86 72
0,86 94 85
0,89 94 86
0,90 97 96
0,92 99 98
Der Einfluss der linearen Austrittsgeschwindigkeit auf die Eigenschaft der Faser, wenn das Verhältnis der Spinndeformation im wesentlichen konstant gehalten wird, während die lineare Austrittsgeschwindigkeit ver ändert wird, ist in Fig. 1 dargestellt.  



   Es ist anzunehmen, dass   Idie    ,ausgezeichneten Eigenschaften der unverstreckten Fasern, wie sie gemäss der   vorfiegenden    Erfindung   verwendet    wurden, und die vor allem ,durch   Idie    hohe   Restdehnung    und   Durch    den ge   ringen    Abfall   der    Dehnbarkeit im Verlaufe   oder    Zeit zum   Ausdruck    kommen, ;durch die strukturellen   Eigensohaf-    ten   das      Faseraufbaus,      wie    im   vorhergehenden    beschrieben,   bedingt    werden.

  Aus derartigen strukturellen Unterschieden oder unverstreckten Fasern kann die Vorgeschichte der Fasern,   mit -anderen    Worten, der Verfahrensablauf vor   Idem    Verstrecken und während des nachfolgenden Verstreckens ersehen werden. So haben insbesondere Fasern, die unter Verwendung von Spinndüsen mit grossem Öffnungsquerschnitt hergestellt wur   den,      eine      bessere      Verstrechbarkeit    als Fasern,   welche    unter   V,erwendlung    von Spinndüsen mit   kleinerem    Öff   nungsq!uerschnitt    hergestellt   wurden.    Das heisst, die ersteren können bis zu ,einem sehr   hohen    Grad verstreckt werden.



   Zieht man !die   endgültig    zu erreichende   Zugfestigkeit    einer durch Verstrecken aus einer unverstreckten Faser   hergestellten      verstreckten    Faser in Betracht, so stellt man fest, dass   die    Grösse Ides   6tneciverhältnisses,    mit anderen Worten, die Dehnbarkeit der unverstreckten Faser von   ausschlaggebender      Bedeutung    für die Herstellung -einer zähen   Faser aus    Polypivalinsäurelacton ist.



  Die lockere Packung   ssdes    amorphen Teils, die durch Ver   wendung      einer Spinndüse    mit grossem   Öffnungsquer-      schnitt    erreicht wird,   verleiht      der    verstreckten Faser nicht allein   eine    ausserordentlich Igrosse   Zugreissfestig-    keit im   Vergleich      zu derjenigen    von Fasern,

   welche mittels einer Düse mit   kleinem      Öffnungsquerschnitt    harge stellt worden   sind,      sondern    hat   ausserdem    einen mass   gelblichen    Einfluss auf   die      Knotenfestigkeit    und die   Stärke der    Bindung, ,deren   Werte      ausserordentlich    günstig   beeinflusst    wenden, so   idass      les    möglich ist,   soge-      nannte      zähe    Fasern aus   Polypivalinsäurelacton    herzustellen.



   Im folgenden soll die Beziehung zwischen diesen unverstreckten Fasern und dem Verstreckprozess gemäss der vorliegenden Erfindung eingehend beschrieben werden. Die Veränderungen der Fasereigenschaften, in denen   unversteckte    Fasern imVerlauf der Zeitunterliegen, wurden bereits beschrieben. Obgleich die zur Gruppe 3 gehörigen, unverstreckten Fasern einen Orientierungsgrad von wenigstens 0,85 aufweisen und nach dem Verspinnen relativ stabil sind, so dass die Tendenz, sich im Verlauf der Zeit zu verändern, wenig ausgeprägt ist, so ist es dennoch wünschenswert, den schädigenden Einfluss der im Laufe der Zeit stattfindenden Anderungen zu verringern und die Fasern möglichst schnell in einen Zustand überzuführen, in welchem sie die erwünschten Eigenschaften hinsichtlich Homogenität und Stabilität aufweisen.

  Um dies zu erreichen, ist es notwendig, die Fasern innerhalb einer kurzen Zeit nach dem Erspinnen zu verstrecken. Es ist manchmal vorteilhaft, das Verfahren so auszugestalten, dass das Verstrecken unmittelbar im Anschluss an das Spinnen vorgenommen wird.



  Es ist weiterhin möglich, das Verstrecken kontinuierlich nach dem Spinnen vorzunehmen, ohne die Faser nach dem Erspinnen aufzuwinden. Da die Bedingungen, unter denen der Streckprozess vorzunehmen ist, im wesentlichen von den folgenden Grössen abhängen: Orientierungsgrad R, Kristallinitätsgrad und Molekulargewicht, gelingt es in der Praxis, die hauptsächlichen Faktoren dieser Bedingungen aus der Reissfestigkeit/Spannungskurve einer unverstreckten Faser bei zwei oder drei verschiedenen Temperaturniveaus zu ermitteln. Im folgenden soll nun das Streckverhalten von unverstreckten Fasern der drei Gruppen bei 20  C und einer relativen Feuchtigkeit von 65% beschrieben werden.

  Die Reissfestigkeit/Spannungskurve der zur Gruppe 1 gehörigen Fasern (R < 0,75), insbesondere diejenigen der Muster Nr. 1-1 (4,0 d) in Tabelle 1, stimmt mit der Kurve überein, die solchen Polymeren zu eigen ist, welche im allgemeinen als starr und spröde bekannt sind, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Kurve verläuft im Anfang linear und zeigt keinen Endpunkt. Die Zerstörung der Fasern erfolgt bereits bei Anwendung sehr kleiner Dehnungskräfte. Die von zur Gruppe 2 gehörigen Fasern (0,75   = <     R  <  0,85), namentlich von Proben mit der Muster Nr. 2-2 (1,4 d) in Tabelle 1 aufgenommene Kurve, ähnelt in ihrem Anfangsteil der von Fasern der Gruppe 1 aufgenommenen Kurve, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist.

  Die Dehnungskurve nimmt nach der Fliessgrenze einen relativ flachen Verlauf bis zum Erreichen der Reissgrenze, woraus zu entnehmen ist, dass die Zugfestigkeit von ihrem Wert bei der Fliessgrenze nicht wesentlich verschieden ist, während die Grösse der Spannung etwas zunimmt. Das Aussehen der Faser ändert sich nach dem Brechen in eine weisse undurchsichtige Farbe oder es kommt zum Auftreten von zahlreichen Sprüngen. Die zur Gruppe 3 gehörigen Fasern (R   1    0,85), zum Beispiel die Faser mit der Muster Nr.



  3-3 (2,2 d), zeigen einen kurzen Verlauf, aus dem hervorgeht, dass im flachen Teil der Kurve nach der Fliessgrenze die Spannungskräfte merklich zunehmen, etwa in dem Mass, in dem die Dehnung zunimmt. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 7 dargestellt. Der erwünschte Dehnungseffekt ist zum ersten Mal bei Fasern dieser Gruppe festzustellen. Sowohl die unverstreckten Fasern der Gruppe 1 als auch diejenigen der Gruppe 2 besitzen keine Eignung für praktische Verwendung zur Herstellung von sehr durchsichtigen Garnen.



   Die Mehrzahl   oder    unverstreckten Fasern, die gemäss der Erfindung zur Erzielung eines   Verformungs-    grades A,   welche    der im   vorhergehenden    Gleichung 8 genügt, einer   Spinaverformung    unterworfen worden waren, gehören zur Gruppe 3.



   Zunächst soll im folgenden der Verstreckprozess be   schrieben    werden. Es erscheint notwendig, zunächst allgiemein die zur   Durchführung      indes    Streckprozesses erforderlichen   Bedingungen    darzulegen,   dadurch    welche es ermöglicht wird, das Verfahren   sicher,    gleichmässig und wirkungsvoll auszugestalten. Dabei gilt es,   zdile    Grösse   des    Orientierungsgrades R der unverstreckten Fasern sowie die im Laufe der Zeit auftretenden Veränderungen der Faser vor dem Verstreckprozess in Betracht zu ziehen.

 

   Der Erfindung zugrunde liegende   Untersuchungen    haben   eine      Beziehung    zwischen dem Orientierungsgrad R und der Temperatur, bei der der Streckprozess durchzuführen ist, ergeben. Diese Beziehung kann durch die folgende   Gleichung    ausgedrückt werden:
T   #    136 + 389 R - 695 R  (12) Da der Orientierungsgrad R der unverstrecken Fasern, wie sie nach der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, insbesondere der Orientierungsgrad von Fasern der Gruppe 3, im allgemeinen 0,85 oder grösser ist, kann man diesen Wert in die obige Gleichung einsetzen und erhält dann die folgende Beziehung:

  :  
T  >    -35,5    ( C) Daraus geht hervor, dass sich die erfindungsgemäss erhältlichen unverstreckten Fasern durch eine gute Ver streckbarkeit auszeichnen und dass sich der Temperaturbereich, in welchem der Streckprozess durchgeführt wer den kann, über einen relativ weiten Bereich erstreckt, wobei zu beachten ist, dass bemerkenswert tiefe Temperaturen eingeschlossen sind. Die in der Praxis beim Verstreckprozess anzuwendenden Temperaturen bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens lassen sich durch die folgende Bedingung wiedergeben:
10  <  T   ¯    220 (13)
Diese Bedingungen wurden durch die Untersuchung des viskoelastische Verhaltens von in festem Zustand befindlichem Polypivalinsäurelacton ermittelt. Wie diese Untersuchungen gezeigt haben, geht das Polymer in der Nähe von 10 C in denglasartigen Zustand über.

  Ausserdem stösst die Durchführung des verstreckprozesses bei Temperaturen unterhalb Raumtemperatur bei der Durchführung in industriellem Massstab auf erhebliche Schwierigkeiten. Die Durchführung des Verstreckprozesses bei Temperaturen von 220  C oder darüber führt obenfalls zu erheblichen praktischen Schwierigkeiten.



  Einmal zeigen die Fasern bei diesn Temperaturen die Tendenz zu   verkleben    und zum anderen ist es vom praktischen Standpunkt aus gesehen gefährlich, das Verstrecken bei einer Temperatur von 220 C oder darüber durchzuführen.



   In Fig. 8 ist die Beziehung zwischen der Temperatur, bei der die Wärmebehandlung durchgeführt wird, und der Dichte des abgeschreckten Polypivalinsäurelactons dargestellt. Dabei wird die Temperatur der Wärmebehandlung als Abszisse verwendet und die reziproken Werte der abgsoluten Temperatur (Grad Kelvin  K) aufgetrage. Als Ordinate dient die Dichte, die nach der folgenden Methode bestimmt wird. Zu diesern Zweck wurde Polypivalinsäurelacton bei 270  C unter Druck geschmolzen. Dann wurde die Schmelze abgeschreckt und in Äthylalkohol mit einer Temperatur von -80  C verfestigt. Das dabei erhaltene, in Faserform vorliegnde Polypivalilnsäurelacton zeigte eine Dichte von 1,148 und einen Kristallinitätsgrad von 39,6 %.

  Danach wurde das Polymer einer drei Stunden dauernden Wärmebehand   hmg    bei verschiedenen Temperaturen im Bereich zwischen Raumtemperatur und Schmelzpunkt unterworfen.



  Danach wurde abermals die Dichte bestimmt. Die Dichtebestimmung erfolgte nach der Flotationsmethode, unter Verwendung eines Lösungsmittelgemisches von Tetrachlorkohlenstoff und Benzol bei einer Temperatur von 30  C.



   Die Überführung von Polypivalinsäurelacton in den amorphen Zustand ist nach der bekannten Methode, wie sie von R. Thiebaut (l. c.) beschrieben wird, unmöglich. Sogar die Proben geringster Kristallinität, die erhalten werden konnten, zeigten eine Dichte von 1,130 und einen Kristallinitätsgrad von 25 %. Wie in Fig. 8 dargestellt, zeigte das abgeschreckte Polymer, wenn es einer Wärmebehandlung unterworfen wurde, eine merkliche Zunahme der Dichte und der Kristallinität.



   Im einzelnen   zeigte    Polyppivalinsäuredacton, welches eine intrinsische Viskosität   [#]=2,2    aufwies, wenn es bei 30  C gehalten wurde, eine Dichte von 1,153 und einen Kristalliniätsgrad von 43,5 %. Mit steigender Temperatur erfogte eine Zunahme von Dichte und Kristallinitätsgrad. Dabei wurde folgende Werte ermittelt: Bei eienr Wärmebehandlung von 100  C erfolgte eine Zunahme der Dichte auf 1,172 (Kristallinitätsgrad 58,1 %). Bei 150  C erfolgte ein Anwachsen der Dichte auf 1,188 (Kristallinitätsgrad 70,1 %). Bei einer Wärmebehandlung von 180  C konnte eine Dichte von 1,194 (Kristallinitätsgrad 74,5 %) erreicht werden. Eine weitere Steigerung erfolgte bei 200  C, die erreichte Dichte betrug 1,200 (Kristallinitätsgrad 78,8 %). Bei 210  C betrug die erreichte Dichte 1,202 (Kristallinitätsgrad 80,3 %).



   Die Dichte bzw. der Kristallinitätsgrad der unverstreckten Polypivalinsäurelactonfaser steht in direktem Zusammenhang mit der Sprödigkeit des Polymers und hat einen grossen Einfluss auf die Verstreckbarkeit der Faser und kann als Mass für die bei der Durchführung des Verfahrens auftretenden Schwierigkeiten sowie für die Faswereigenschaften der erhaltenen Faser gelten. Ausserdem besteht ein enger Zusammenhang zwischen dem Orientierungsgrad R und dem Grad der Kristallinität der unverstreckten Fasern. So weisen die unverstreckbaren Fasern der Gruppe 1 einen verlgeichsweise wesentlich höheren Wert der Dichte auf als die hochorientierten Fasern der Gruppe 3.



   Die Eigenschaften der zur Gruppe 3 gehörigen erfindungsgemäss erhältlischen FAsern gewährleisten die Möglichkeit, eine Änderung der Fasereigenschaften im Lauf der Zeit durch ein Verstrecken unter Temperaturbedingungen, wie sie in der Gleichung 13 wiedergeben sind, entgegenzuwirken. Diese Fasern lassen sich wirksam orientieren und stabilisieren, so dass man Fasern erhält, die eine brauchbare Dehnbarkeit aufweisen und die nach dem Verstrecken transparent, homogen und zäh sind, ohne weiss und undurchsichtig zu werden oder   Sprünge    zu zeigen.



   In Anbetracht der ausgezeichneten Dehnbarkeit der unverstreckten Fasern kann ein Streckverhältnis gewählt werden, welches in   inden      Bereich    zwischen dem   1,5,fachen      und      Idem    7fachen Betrag   Ider      ursprünglichen    Lange hegt. Dabei gelangt vorzugsweise ein Streckverhältnis im Bereich von 1,5 bis 4,0 zur Anwendung. Bei der Ermittlung des geeigneten Streckverhältnisses ist ausserdem das Verhältnis der Spinndeformation A in Betrcht zu ziehen. Da bekanntlich mit dem Anwachsen des Wertes von A der Orientierungsgrad der unverstreckten Faser zunimmt, kann bei dem Streckprozess die Grösse des Treckverhältnisses reduziert werden.

 

  Ausserdem gerlingt durch einen einfachen Ziehvorgang eine Stabilisierung der Fasereigenscahft. In den Fällen, in denen das Verhältnis der Spinndeformation A einen verhältnismässig kleinen Wert aufweist, ist es notwendig, dass das Streckverhältnis innerhalb des obengenannten Bereichs einen grossen Wert aufweist und der Faser die nötige Zugreisfestigkeit zu verleihen.



   Dabei ist festzustellen, dass der Streckprozess keine Spezialapparatur benötigt, sondern dass das Verstrecken unter Verwendung einer bekannten Nassystem- oder Trockensystem-Streckapparatur vorgenommen werden kann.



   Eine nach dem dreistufigen Verfahren (Schmelzspinnen nach dem Extruderverfahren, Aufnehmen unter hoher Zugspannung und Verstrecken) hergestellte Poly  pivalinsäurelactonfaser zeigt ekten hohen Orientierungsgrad R von wenigstens 0,85, einen Kristallinitätsgrad von höchstens 58 %, eine Zugreissfestigkeit von wenigstens 3,5 g/den, vorzugsweise von wenigstens 4,0 g/den, einen Aufangsmodul von weingstens 20 g/den, einen   Elastizitätsmodul    nach der   Ftiessgrenze    in der Kraft Längenänderungskurve von wenigstens 0,20 g/den und einen elastische Erhohung von wenigstens 90 % bei 5% iger Dehnung.



   In Tabelle 5 sind die physikalischen Eigenschaften einer solchen Faser mit nach den herkömmlichen Verfahren hergestellter Faser aufgeführt.



   Tabelle 5 Verfahren Reissfestigkeit Dehnungsgrad Schrumpfung Dichte Orientierungs  (g/den) (%) in siedendem (g/cm8) grad
Wasser (%) Erfindung 6,3 27,9 2,8 1,166 0,93 USA-Patent (Beispiele 4 und 5)   -      -      -    1,20 0,82 Britisches Patent 766 347 (Beispiel 7) 1,9 19,9 7,1 - 
Wie aus Tabelle 5   hervorgeht,    zeichnen sich ,die nach   dem      Verfahren    nach Ider Erfindung   hergestellten    Fasern durch eine wesentlich grössere   Zugreissfestigkeit    sowie durch   erhöhte    Dehnbarkeit und einen   grösseren      Oriien-      tierungsgrad    aus.

  Ausserdem weist ihr   Kristallinitätsgrad    einen günstigeren Wert auf. Darüber hinaus zeigen die erfindungsgemäss erhältlichen Fasern eine vergleichsweise geringe Schrumpfung in heissem Wasser sowie stabilisierte Fasereigenscahften.



   Fig. 9 zeigt in schematischer Darstellung die Kraft Längenänderungskurve einer Polypivalinsäurelactonfaser mit einem Titer von 1,6 denier, hergestellt nach dem Vrfahren nach der Lehre der Erfindung. Aus diesem Diagramm ist zu entnehmen, dass diese Faser ein Reisskraft von 6 g/den oder mehr aufweist und sich darüber hinaus über günstige Werte der Restdehnung, eine ideale Zugreissfestigkeit und gute   Dehnungseigenschaften    auszeichnet.



   Fig. 10 zeigt ein   Röntgenbeugungsdiagramm    dieser Faser. Aus dieser Figur kann ersehen werden, dass die erfindungsgemäss erhältliche Faser sich durch einen hohen Orientierungsgrad auszeichnet.



   Eine Eigenschaft von besonderer Bedeutung für die praktische Verwertbarkeit synthetischer Fasern ist neben zabiereichen wünschenswerten Eigenschaften deren Wärmefixierbarkeit. Weist eine Faser, beispielsweise eine wie die   gemäss    Ider USA Patentschrift Nr. 2 658 055 erhältliche, eine Dichte von 1,20 (entsprechend einem Kristallinitätsgrad von 78,8 %) auf, was bedeutet, dass das Polymere praktisch die maximale Kristallinität erreicht hat, so kann daraus geschlossen werden, dass die Faser ihre Wärmefixierbarkeit praktisch vollständig verloren hat. Im Gegensatz dazu weist die nach der Lehre der Erfindung hergestellte Faser eine ennähernde Dichte von 1,17 auf (entsprechend einem Kristallinitätsgrad von 58 % oder weniger). Dies bedeutet einen Unterschied der Kristallinität von 20 % oder mehr in bezug auf die nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellte Faser.



  Deraus geht hervor, dass die erfindungsgemäss erhältliche Faser in wünschenswerter Weise wärmefixierbar ist. Dementsprechend können die erfindungsgemäss erhältliche Fasern gegebenenfalls zu Kräuselgarn verarbeitet werden, indem die Wärmefixierbarkeit der Faser ausgenützt wird. Die Kräuselung kann durch Anwen   dung    bekannter mechanischer Kräuselungsverfahren erfolgen.



   Die aus dem Verstreckprozess hervorgehende Faser ist bereits zur Verwendung fertig.



   Wie auf   Grund    der   vorangegangenen    eingehenden theoretischen und experimentellen Untersuchungen über die Zusammenhänge zwischen den neuen physikalischen Eigenschaften der Fasern und der Feinstruktur der Fasern erkannt wurde, ist die Kenntnis der Feinstruktur der Fasern vn ausschlaggebender Bedeutung für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.



  Diese grundlegenden, strukturellen Eigenschaften, wie Orientierungsgrad, intrisische Viskosität, Kristallinität, Identitätsperiode und mittlere   Länge    des amorphen Teils,   wurden    aus einer Vielzahl von Faktoren ausgewählt und stellen diejenigen Elemente der, die notwendig und ausreichend sind, um die Eigenschaften der erfindungsgemäss erhältlichen Fasern zu kennzeichnen.



  Die genannten strukturellen Eigenschaften sind letzten Endes für die erhaltenen Fasereigenschaften, die durch physikalische Messung ermittelt werden können, verantworlich. Auch die erhaltenen physikalischen Eigenschaften können in ähnlicher Weise wie die strukturellen Eigenschaften zur Kennzeichnung   der    Faser herangezogen werden.



   Im folgenden sollen   die      Zusammenhänge      anhand    kennzeichnender struktureller Eigenschaften erläutert werden.



  1. Intrinsische Viskosität   [#];   
Die intrinsische Viskosität   [#]    dient als Mass für das Molekulargewicht eines Polymeren und steht im   Zusammenhang    mit   dem    Orientierungsgrad Ider Molekülverbände in der Faser. Sie ist letzten Endes von ausschlaggebender Bedeutung für die Faserelgenschaften, insbesondere für den Elastizitätsmodul, den Ermüdungswiderstand und die Zähigkeit.

  Um zu erreichen, dass die Fasern die erfindungsgemäss erwünschten Fasereigenschaften zeigen, ist es   notwendig,    dass sie im wesentli   chen    aus   Polypivalinsäurelaoton    bestehen,   welche    eine intrinsische Viskosität von 0,7 bis 5,0, vorzugsweise von 0,9 bis 3,5 in Verbindung mit einem   hohen    Orientie   -rungsgrad    aufweisen.  



  2. Orientierungsgrad R:
Der Orientierungsgrad R steht in engem Zusammenhang mit den Fasereigenschaften der fertigen Faser, insbesondere mit ihrem Elastizitätsmodul, ihrer Zähigkeit un dihrem Ermüdungswiderstand. Ausserdem ist der Orientierungsgrad vn grossern Einfluss auf die weiteren Bearbeitungs- und Veredklungsschritte, da er weitgehend für die Wärmefixierbarkeit und die Färbbarkeit der Faser verantwortlich ist.



   Üblicherweise sind Werte von Rerwünscht, die wenigstens 0,85 betragen. Sollen die Fasern jedoch mit besonders guten mechanischen Eigenschaften, wie verbesserter Ermüdungswiderstand, verbesserter Elastizitätsmodul und verbesserter elastischer Erholung ausgestattet werden, so ist es notwendig, dass der Orientierungsgrad R einen Wert von wenigstens 0,9 annimmt.



  3.   Kristallinitätsgrad:    X:
Eines der grundlegenden Elemente, welche die Feinstrkutur und die Textur der erfindungsgemäss erhältlichen Faser kennzeichnen, ist der Kristallinitätsgrad X.



  Er gestattet beim Vorliegen einer aus einem kristallinen und einem amorphen Teil zusammengesetzten Zweiphasenstruktur, eine der beiden Fasern zu charakterisieren. Insbesondere erlaubt er eine quantitative Aussage über die Grösse des kristallinen Anteils in dieser Zweiphasenstruktur. Der Kristallinitätsgrad wird in Prozenten ausgedrückt und entspricht dem Verhältnis der Gesamtmasse der Kristalliten zur Somme aus kristallinem und amorphem Anteil. Dabei muss allerdings bemerkt werden, dass der Kristallinitätsgrad allein nicht ausreicht, um die Textureigenscahften einer zweiphasenstruktur zu definieren. Vielmehr ist es notwendig, den Kristallinitätsgrad in Verbindung mit weiteren wesentlichen Eigenschaften der Faser, nämglich der Identitätsperiode un der durchschnittlichen Länge des amorphen TEils, wie sie unter 4 und 5 erläutert werden, zu betrachten.

  Ausserdem darf die massgebliche Bedeutung der Orientierung der Kristallite innerhalb der Faser nicht übersehen werden. Daneben spielen die Grösse und die Form der Kristallite eine massgebliche Rolle.



  Wie bereits erwähnt, wird durch das Zusammenwirken der verschiedenen Struktureigenscahften das elastische Verhalten der Faser, insbesondere ihre elastische Erholung, bestimmt. Es erübrigt sich zu sagen, dass ausserdem eine Beziehung zwischen dem Orientierungsgrad, der Kristallinität und dem Elastizitätsmodul besteht.



   Wie schon eingehend erläutert, besteht ein enger Zusammenhang zwischen dem Kristallinitätsgrad X und den leastischen Eigenschafent der erhaltenen Faser sowie dem Orientierungsgrad R. Während es im allgemeinen wünschenswert erscheint, dass der Kristallinitätsgrad maximal 58 % oder vorzugsweise maximal 50% beträgt ist es in den Fällen, in denen ein extrem hoher elastischer Erholungsgrad erwünscht ist, notwendig, dass der Kristallinitätsgrad X der folgenden Gleichung genügt. Diese Gleichung gibt den Zusammenhang zwischen dem Kristallinitätsgrad X und dem Orientierungsgrad R wieder: x   #      -120R+158    (18)
4. Identitätsperiode D:
Die Identitätsperiode D dient zur quantitativen Aus sage über eine Faser einer aus einem kristallinen und einem amorphen Anteil zusammengesetzten Zweiphasenstruktur, welche in einer Faser vorliegt.

  Als Mass is die Breite des Maximums der identitätsperiode enzuschen.



  Wie durch eingehende Untersuchungen festgestellt werden konnte, bestabt jedoch keine massgebliche Beziehugn zwischen der Breite des Maximums der Identitätsperiode und den elastischen Eigenschaften, sondern vielmehr leine enge   Beziehung      zwischen      ,der      Lage      des    Maxi- mums und den erzeichten elastischen Eigenschaften. Wie weiterhin festgestellt werden konnte, stellen die Lage des Maximums der identitätsperiode un die durchschnittliche Länge   L des    amorphen Teils nicht allein einen wichtigen Gesichtspunkt zur Charakterisierung der elastischen Eigenschaften dar, sondern sind ausserdem in hohem Masse für die Zähigkeit und den Ermüdungswiderstand der Faser anzusehen.

  Gerade diese Eigenschaften zählen jedoch zu den besonders hervorragenden Eigenschaften der erfindungsgemäss erhltlichen Fasern.



   Im allgemeinen zeigen sich bei einer Faser, die noch keiner elastifizierenden Behandlung durch Einwirkung von Wärme oder Quellmitteln unterworfen worden war, noch keine deutlichen Maxima der Identitätsperiode, Erst nach einer elastifizierenden Behandlung treten diese deutlich zulage. Die Art und Weise, in welcher die Maxima der   Identitätsperiode    erscheinen,   steht    in engem Zusammenhang mit dem inneren Aufbau der Faser, den diese vor der Durchführung der elastifizierenden Behandlung zeigte. Ausserdem steht sie im Zusammenhang mit den Bedingungen, unter welchen die elastifizierende Behandlung durchgeführt wurde.



   Für die Herstellung hochelastischer Fasern ist es wünschenswert, dass die Identitätsperiode eine Länge von wenigstens 70 A und in bestimmten Fällen eine
Länge von   wenigstens    80 A aufweist.



   5. Durchschnittliche Länge des amorphen Teils Lm:
Bei der Diskussion über die Entwicklung gummielastischer Eigenschaften, wie sie volkanisierter Gummi üblicherweise zeigt, wird zur Erklärung dieses Mechanismus im allgemeinen die Zahl der Vermessungspunkte, die zwischen den Molekülen in Form von Gruppierun gen, wie beispielsweise -S-S-, vorliegen, sowie der Ab stand der Vernetzuungspunkte als wesentliche Merkmale angeschen.



   Wie der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen gezeigt haben, basteht eine direkt Zusammenhang zwischen der durchschnittlichen Länge des amorphen
Teils einer Polypivalinsäurelactonfaser und den elasti ,schen Eigenschaften   dieser    Faser,   insbesondere    der ela stischen   Erholung.    Es konnte aussendem bestätigt werden, dass diese durchschnittliche Länge des amorphen
Teils einen wesentlichen Faktor in bezug auf den Ermüdungswiderstand und die Zähigkeit der Faser darstellt und   im      Zusammenhang    zum   Orientierungsgrad    der Faser   steht.   

 

   Im folgenden soll ein kurzer   Überblick    über die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäss er hältlichen Fasern gegeben wenden:
Die   Zugreissfestigkeit    beträgt üblicherweise   minde-       stens    3,5   gIden,    vorzugsweise jedoch mindestens 4   g/den.   



   Bei Fasern mit   extrem    hoher elastischer Erholung ist es erforderlich, ,dass   die    Knotenfestigkeit gleich oder grös ser der erforderlichen Zugreissfestigkeit ist. In man chen Fällen kann die Faser ausserdem eine Bindungs festgkeit von etwa 20 000 oder mehr aufweisen.



   Der Anfangsmodul einer Faser beträgt üblicherweise
20 g/den, wobei bei Fasern mit extrem hoher elastischer   Erholung der Anfangsmodul einen Wert von mindestens 30 g/den aufweist. In manchen Fällen kann er sogar   einen    Wert von 40 g/den und darüber annehmen. Die elastiche Erholung beträgt bei 5%iger Dehnung übli   cherweise    mindestens 90 % und bei 500/oiger Dehnung mindestens 50 %. Bei Fasern mit extrem hoher elasti   scher      Erholung    beträgt   dagegen    die elastiche Erholung bei 5%iger Dehnung 90 % odder mehr, bei 5 %iger Dehnung liegt er ebenfalls in der Grössenordnung von mindestens 90%.



   Der Restmodul einer Faser (10/1) beträgt bei Fasern mit extrem hoher elastischer Erholung im allgemeinen   mindestens    70 % und kann in reinigen Fällen einen Wert von 75 % oder   mehr    erreichen. In manchen Fällen kann   die      elastische    Erholung   bis    zu   einem    Wert von 95 % wiedergewonnen werden.



   Zusätzlich ist zu dem Zusammenhang zwischen den grundlegenden strukturellen Eigenschaften einer Polypivalinsäurelactonfaser, wie sie gemäss der Erfindung erhältlich ist, und ihren physikalischen Eigenschaften zu bemerken, dass die Anziehungskraft zwischen den Kettenmolekülen im allgemeinen als  Bindung  in weitestem Sinne zu verstehen ist, innenhalb des aus Kettenmolekülen aufgebauten Nezwerks erheblich verschiedenss Werte aufweist.



   Wie der Erfindung   zugrundeliegende      Untersuchun-    gen gezeigt haben, zeichnen sich bei einer   Polypivalin-    säurelactonfaser die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Molekülketten durch eine sehr grosse Festigkeit aus.   Damit    im Zusammenhang steht das   Deforma-    tionsverhalten   der      Faser    bei starker Dehnung sowie der reversible Charakter ihrer   lelastischen    Erholung. Die zwischen den Bindungspunkten liegenden Molekülketten Können sich relativ frei und stark bewegen, ohne dass es zu einem Aufreissen der Bindungen kommt.

  Die Festigkeit   dieser    Verbindungspunkte ist   lals      leiner    Ider wesent lichen Faktoren, die für das elastische Verhalten der
Polypivalinsäurelactonfaser verantworlich sind, anzn sehen. Sie gewährleistet letzten Endes die Widerstands   fähigkeit    gegenüber   Deformationen,      welche    Idurch   inner-    halb Ider Faser zustandekommende   Rotationen    und Verschiebungen auf Grund der dreidimensionalen Struktur der Molekülketten und der molekularen Anordnung zustandekommen.

  Von weiterer Bedeutung für das elastische Verhalten der Polypivalinsärelactonfaser sind der Grad der Verschiebbarkeit der Molekülketten, die Länge der   Molekülketten    in Ideen für ,die   Entwickl'ung    elastischer Eigenschaften verantworlichen Bereichen, der Orientierungsgnad der Molekülketten im amorphen
Teil und der   Dehnungswiderstand    dieser Molekülketten.



     Diese      Faktoren    sind   auss'erdem,    wie der Erfindung zu   grundeliegende    Untersuchungen gezeigt   haben,    von massgeblicher Bedeutung für die physikalischen Eigenschaften der Faser, wie z. B für den Elastdizitätsmodul, die Zähigkeit, den Ermüdungswiderstand die elastische Erholung.



   Diese ,die Feinstruktur ,der neuen erfindungsgemäss erhältichen Polypivalinsäurelactonfaser kennzeichnenden   strukturellen      Eigenschaften      und      ihre      gegenseitige      Wechselwirkung,      insbeson,dere    die   Feinstruktur    und Textur der amorphen Teile, sind von   grundlegender    Bedeutung für   edile      Entwicklung      einer    gummi ähnlichen Elastizität   dieser    Faser,

   was einerseits durch   theoretische      Überlegurigen      begründet      werden      kann    und andererseits durch die nachfolgend aufgeführten Beispiele bestätigt wird. Die hervorragenden Eigenschaften der erfin dungsgemäss erhältlichen Fasern werden besonders deutlich, wenn man sie mit den Eigenschaften anderer natürlichter und   synthetischer    Fasern vergleicht. So zeigen sich beispielsweise bei einer erfindungsgemäss erhältlichen Faser bei wiederholter Dehnung oder Verformung praktisch keine Ermüdungserscheinungen. Vielmehr zeigt sie gegenüber anderern Fasern eine   wesentlich    erhöhte Fähigkeit, in den ursprünglichen Zustand   zurückzukehren.   



  Diese   hervorragende    elastische Erholung kann durch Aufnahme der Zugspannungskurve bei wiederholter Belastung und Entlastung sowie mit Hilfe dynamischer Prüfungen, wie   beispielsweise    ,der Dauer-Wechselzug- prüfung veranschaulicht werden. Bindungsstärke und Knotenfestigkeit Ider   erfindung,sgemäss    erhältlichen Fasern zeigen ebenfalls ausgezeichnete Werte. Darüber hinaus zeichnen sich   Idile    erfindungsgemäss erhältlichen Fasern nicht   nur durch    einen hohen Anfangsmodul, sondern ausserdem durch leinen hohen Wert des Elastizitätsmoduls im gedehnten Zustand aus.

  Dieser Restmodul ist etwa 110 mal grüsser als derjenige von Gummi und etwa   10mal    so   gross    wie derjenige der Handelsüblichen   #Spandex#-Faser.    Die   ler,findungsgaemäss    erhältlichen Fasern   können    sowohl in Form von Endlosfäden, als auch in Form von Stapelfasern hergestellt   werden.    Sie können mit befriedigenden Ergebnissen sowohl allein als auch in Kombination mit anderen Fasern eingesetzt werden.



  Die erfindungsgemäss erhältlichen Fasern eignen sich besonders gut für Oberbekleidung, Schwimmbekleidung, Wäsche, Socken   und -dgl.      Aus ser'dem    haben sie für die industrielle   Verwendung      ausgezeichnete    Eigenschaften, wie beispielsweise   für      Idie    Herstellung von Teppichen, Bettzeug, Innendekoration, Filzgewebeeinlagen für Kunstleder,   Filtertücher,    Kissen, Polster, Gewebe für die Reifenherstellung, Netze und dgl.

  Als besonders vorteilhaft für die praktische Anwendung sind jene Eigenschaften anzusehen,die der Faser die Fähigkeit, sich in hohem Masse an   Idie      jeweilige    Belastung anzupassen,   unmittelbar nach    Entfernung   oder    Belastung wieder in den ursprünglichen Zustand zurückzukehren, verleihen.



  Weitere Eigenschaften von praktischer Bedeutung sind der   hohe    Ermüdungswidenstand, die ausserordentlich gute Formbeständigkeit   sowie    ihre   Dauerhaftigkeit    in bezug auf Kräuselkontraktion und Kräuseldehnung.



  Dazu kommen ihre hohe ,Festigkeit und ihr hoher Elastizitätsmodul. Diese   Eigenschaften    sind allein und insbesondere in Kombination für   die    erfindungsgemäss er   erhältlichen      Fasern    kennzeichnend und   konnten    bisher an keiner der nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Faser   festgestellt    werden.



   Beispiel 1
Unverstreckte Fasern, wie sie durch Schmelzspinnen von Polypivalinsäurelacton mit einem   [#]-Wert    von 2,01 bei einer Spinntemperatur von 280  C durch eine Spinndüse mit 20 Öffnungen, wobei jede einen Durchmesser von 1 mm hat,   und bei      einem    Spinnverformungsverhältnis von 500   dadurch      Verwendung    einer Schneckenpresse erhalten werden, zeigen einen Orientierungsgrad von 0,91, einen Dehnungsgrad von 324 %, eine Restdehung von 98% nach einer Stunde und von 96% nach 24 Stunden. Diese unverstreckten Fasern werden bei 180 C auf das 4,2fache der ursprünglichen Länge gezogen. 

  Die erhaltenen verstreckten Fasern zeichnen sich durch   einen    Orientierungsgrad von 0,92, einen Kristallinitätsgrad von   33 0/0,    eine Reissfestigkeit von 7,8 g/den, einen Dehnungsgrad von 15 %, eine elastische Etholung von 96 % bei5 % iger Dehnung, einen An fangsmodul von 77   g/den,    eine Schrumpfung in heissem   Wasser von 3,5 % und einen Modul von 0,39 g/den nach Erreichen der Elastizitätsgrenze aus. Diese Fasern zeichnen sich ausserdem durch eine zufriedenstellende Transparenz aus. Risse konnten bei ,der   mikroskopi-    schen   Untersuchung    nicht   festgestellt      werden,    was bestätigt, das sie einen ausserordentlich hohen Gleichförmigkeitsgrad besitzen.



   Beispiel 2
Unter Verwendung einer Rostspinnapparatur wird Polypivalinsäurelacton mit einem   [#]-Wert    von 1,07 dem Schmelzspinnen bei einer   Temperatur    von 260  C mit einer Spinndüse,   die    28   Öffnungen    von je 1,5 mm Durchmesser besitzt, und bei einem Spinnverformungsverhältnis von 1800,   unterworfen.    Die erhaltenen unversteckten Fasern zeigen einen Orientierungsgrad von 0,89, einen Dehnungsgrad von 286 %, eine Restdehnung von 94 % nach Ablauf einer Stunde und von 88 % nach Ablauf von 24 Stunde.

  Die unverstreckten Faser weden auf das 3fache ihrer ursprünglichen Länge bei   Zimmertemperatur    verstreckt.   diese    verstreckten Fasern zeigen einheitliche Fasereigenschaften, mit einem Orientierungsgrad von 0,90, ,dem Kristallinitätsgrad von 47 %,dem Modul unmittelbar nach der Elastizitätsgrenze von 0,31 g/den, der Reissfestigkeit von 5,5   g/den,    dem Dehnungsgrad von 31 %, der elastischen Erholung von 98 % bei 5% iger Dehnung, dem Anfangsmodul von   36/den    und einer   Schrumpfung    in heissem   Wasser    von 1,8 %   und    zeigen ferner eine   ausgezeichnete      Färbe-    fähigkeit   -gegenüber      dispergierten    Farben.



   Beispiel 3
Polypivalinsäurelacton mit einer intrinsischen Viskosität   [#]    - 1,44, das 0,45 % Di-lauryl-thio-dipropionat enthält, wird dem Schmelzspinnen unter den folgenden   Bedingungen    unterworfen: Spinntemperatur   295  C,      Spinndüse    mit 18 Öffnungen von jle 0,7   mm    Durchmesser, Ausstossgeschwindigkeit 6,0 g/min, Aufnahme   geschwindigkeit    370   mlmin    und   Spinnverformungsver-      hältnis    490.   Die      erhaltenen    unverstreckten Fasern zeigen einen Orientiennungsgrad von 0,86,

   einen Dehnungsgrad von   297 0/o,      eine    Restdehnung von 940/0 nach Ablauf einer   Stunde    und von 860/0 nach Ablauf von 24   Stunden.   



   Die unverstreckten Fasern werden auf das 3,2 fache der   ursprünglichen    Länge bei 80  C verstreckt, und man erhält transparente und genügend elastische Fasern mit einem   D-ehnungsgrad    von 77 %, einer elastichen Erholung von 95 % bei 5 % iger Dehnung, einem Orientierungsgrad von 0,90, einem Modul unmittelbar nach der Streckgrenze von 0,29   gIden.   



   Beispiel 4
Dieses Beispiel   dient    zur Erläuterung der Tatsache, dass   Ider    Orientierungsgrad R, der leiner   der    grundätz- lichen strukturellen Elemente ist   lund    in   engem    Zusammenhang mit   den    wichtigen Eigenschaften,   nämlich    der Festigkeit, mit dem Ermüdungswiderstand und dem Modul der PLolypivalinsäurelactonfasern steht, in erster Linie durch   die    Spinn- und Ziehbedingungen bestimmt werden   kann.   



   Unter Verwendung   einer    Schneckenpresse, wie sie zur Herstellung von   schnitzeln    gebraucht wird, wird   PolypivalinsäuIlelacton    mit einer intrinisischen Viskosität   [#]    von 1,38 Iduroh 6   Öffnungen    einer Spinndüse ausgestossen, wobei   jede Öffnung    leinen   Durchmesser    von   3-mm    hat, bei einer   ,Pressentemperatur    von 270  C an den Düsen,   200 0C    im vorderen Teil   der    Schnecke (unter dem Fültrichter) und 245 C im hinteren Teil der Schnecke   l(auf    der Düsenseite).



   Das aus den Düsen mit einer Geschwindigkeit von 80 g/min ausgestossene, geschmolzene Polymer wird durch ein Kühlbad geleitet,   das    aus   kaltem    Wasser besteht, und darin   verfestigt.    Das erhaltene Polymer wird in Längen von je 4 mm mit   einer    Schneidvorrichtung geschnitten, wordurch Polypivalinsäurelactonschnitzel hergestellt werden,   die    man   lals      Rohmaterial    zum Spinnen verwendet.



   Durch Verwendung   einer    Rostspinnepparatur werden   adie    Schnitzel unter verschiedenen Spinrhedingungen schmelzextrudiert, und man erhält unversteckte Fasern.



   Die einzelnen   -Spinnbedingungen    in   einer    Reihe von Versuchen und   die    Eigenschaften des   erhaltenen    un   verstreokten    Fasern werden in Tabelle 6 gezeigt.



   Tabelle 6
Spinnbedingungen und Eigenschaft der unverstreckten Fasern Muster Spinn- Aufnahme- Öffnungs- Zahl der Ausstoss- Spinnver- Einfaden- Orientie- Dehnungs- Restdehnung     /o   
Nr. temperatur geschwin- grösse Öff- geschwin- formungs- denier rungsgrad grad- nach nach    C digkeit mm   #    nungen digkeit verhältnis R % 1 Std. 24 Std.

 

   m/mm g/min A) (gemessen vom Austritt aus der Spinndüse an) 1-1 265 100 0,3 10 0,86 100 7,8 0,76 206 76 50 1-2 265 200 0,3 10 1,77 95 8,0 0,72 30 49 1-3 267 300 0,4 10 2,67 165 8,1 0,81 234 84 70 1-4 267 400 0,4 10 3,45 170 7,9 0,80 229 94 85 1-5 267 500 0,5 10 4,30 265 7,8 0,85 278 95 85 1-6 267 600 0,5 10 5,05 260 7,7 0,85 260 95 85 1-7 268 700 0,6 10 6,14 370 8,0 0,87 294 96 86 1-8 268 800 0,6 10 6,69 375 7,6 0,87 281 95 88 1-9 270 900 0,8 10 7,93 665 7,9 0,88 307 96 94 1-10 270 1000 0,8 10 8,45 685 7,6 0,88 305 97 93  
Der Mindestwert Ides Spinnverformungsverhältnisses A,

   der für ,das vorliegende   Verfahren    notwendig ist und nach der Reaktionsgleichung (8) aus dem Wert der intrinsischen Viskosität des verwandeten Polypivalin   säurelactons    verrechnet wind,   ist ungefähr    240.   Jedoch      geht aus    Tabelle 1   ddiar    hervor, dass   Idiie    einzelnen Werte des Orientierungsgrades R der unverstreckten Fasern, die unter ,den Spinnbedingungen   -erhalten    werden und der besagten Reaktiongsgleichung (8) genügen, alle 0.85 oder grösser sind.



   Darauf werden die   unverstreckten      Fasern    einem Ziehvorgang bei verschiedenen Ziehtemperaturen unterworfen    Unverstreckte    Fasern der Muster Nr. 1-1, 1-3, 1-5, 1-7 und 1-9 werden   Ibei      der    höchsten Temperatur, die durch die Gleichung (14)   Definiert    ist, oder bei einer etwas darunter liegenden Temperatur verstreckt, während die Fasern der Muster 1-2, 1-4, 1-6, 1-8 und 1-10 bei   leiner    Temperatur, ,die   etwas    unter der genannten Höchstgrenze liegt,   verstreckt    wurden.



   Tabelle 2 zeigt die einzelnen Verstreckbedingungen und   die erhaltenen    Ergebnisse.



   In der nachfolgenden Beschreibung wird jede Musternummer der verstreckten Fasern durch   Zufügung    des Buchstabens   ,d    am   Ende      der    Musternummer der entsprechenden unverstreckten Faser bezeichnet.



   Tabelle 7
Verstreckungsbedingungen und Verstreckbarkeit Muster Verstreck- Verstreck- Denier Orientierungs- Verstreckbarkeit und Fasereigenschaft
Nr. temperatur 0C verhältnis (mal) grad R 1- 1d 120 2,7 2,8 0,78 wird manchmal   weissepak    und bildet Risse 1- 2d 160 3,0 2,7 0,80 gut 1- 3d 70 2,7 3,0 0,81 wird manchmal weiss-opak und bildet Risse 1- 4d 100 3,0 2,7 0,83 gut 1-   5d    30 2,7 2,9 0,86 gut bis ausgezeichnet 1- 6d 70 3,0 2,6 0,87 ausgezeichnet 1- 7d 20 2,7 3,0 0,88 gut bis ausgezeichnet 1- 8d 50 3,0 2,6 0,89 ausgezeichnet 1- 9d 20 2,7 2,9 0,90 gut bis ausgezeichnet 1-10d 40 3,0 2,6 0,91 gut    Wie    ,aus den Tabellen 6 und 7 ersichtlich ist,

   ziehen die vorstehend beschriebenen Spinn- und   Verstreck-    bedingungen   die    Durchführbarkeit   des    Verfahrens während der   Dauer    des Verstreckens in Betracht, und sie üben   insbesondere    leinen grossen Einfluss auf den Orien   tierungsgrad      aus,    ,der ein   wichtiges    Element für Zähigkeit, Ermüdungswiderstand und   Modul    darstellt.



   Beispiel 5
Dieses Beispiel soll   die      Überlegenheit      indes    zurzeit der   Verformung    auftretenden hohen   Moduls    zeigen, welcher einer der Eigenschaften   der    Fasern mit ,elastischer Erholung ist, wie sie gemäss vorliegender Erfindung erhalten werden. Ferner soll das Beispiel den Zusammenhang zwischen ,dem Modul und dem   O.rientierungsgrad    be   schreiben    im Vergleich mit   bekannten    Mustern.



   Gemäss Beispiel 4 wind eine Schmelzschneckenpresse verwendet, um Polypivalinsäurelacton mit einer intrinisischen Viskosität   [#]   von 1,57 in den unverstreckten Fasern mit vielen verschiedenen Orientierungsgraden zu   verspinnen.   



   Die Spinntemperatur beträgt 275  C   an    der Düse, 200  C im vorderen Teil   Ider      Schnecke    (unter   d-em    Fülltrichter) und 260  C   im rückwärtigen    Teil   der    Schnecke (an der Düsenseite). Spinnbedingungen, wie Aufnahmegeschwindigkeit, Grösse und Zahl der Spinndüsenöffnungen,   die    Austossgeschwindigkeit und das Spinnverformungsverhältnis   sowie    die   Eigenschaften    der erhaltenen unverstreckten Fäden zeigt Tabelle 9.



   Aus der Reaktionsgleichung (8) ist bekannt, dass das Spinnverformungsverhältnis in diesem Fall 110 oder darüber betragen soli.  



   Tabelle 9
Spinnbedingungen und Eigenschaften der unverstreckten Fasern Muster Aufnahme- Grösse der Zahl der Ausstoss- Spinn- Denier Orientierungs
Nr. geschwindigkeit öffnung Öffnungen geschwindigkeit verformungs- grad R m/min mm   í    verhältnis A
2-1 200 0,3 10 2,25 70 10,7 0,80
2-2 400 0,4 10 4,45 135 10,2 0,85
2-3 500 0,5 10 5,60 210 10,0 0,86
24 600 0,6 10 6,60 305 10,1 0,87
2-5 700 0,7 10 7,85 395 9,8 0,88
2-6 800 0,8 10 8,95 545 10,4 0,88
Die so erhaltenen unverstreckten Fasern werden unter den Temperaturbedingungen, die den Beschränkungen der Reaktionsgleichungen (9) und (12) entsprechen, verstreckt.



   Die Verstreckbedingungen und die Eigenschaft der verstreckten Fasern sind in Tabelle 10 gezeigt.



   Tabelle 10    Verstreckb edingungen    und Eigenschaften der verstreckten Fasern Muster Verstreck- Verstreck- Denier Orientierungs
Nr. temperatur verhältnis grad R     C    (mal) 2-1 d 110 1,9 5,7 0,85 2-2 d 70 2,0 5,4 0,87   2-3d    50 1,9 5,3 0,88 2-4 d 40 1,8 5,8 0,88 2-5 d 20 2,0 5,0 0,89 2-6 d 20 1,8 5,1 0,90
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung einer überwiegend aus Polypivalinsäurelacton bestehenden Faser mit verbesserter elastischer Erholung, dadurch gekennzeichnet, dass man eine unverstreckte Faser mit einem Orientierungsgrad (R) von wenigstens 0,85, einer Dehnbarkeit von wenigstens 200   o/o    und einer Restdehnung von wenigstens 94   O/o    nach einer Stunde und von wenigstens 85    /o    nach 24 Stunden, 

   die überwiegend aus Polypivalinsäurelacton mit einer intrinsischen Viskosität   []    von wenigstens 0,7 besteht, bei einem Temperatur im Bereich von
220   2    T  >  10   [ C]    verstreckt. 

Claims (1)

1. UNTERANSPRUCHE

   1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man das Verstrecken der Faser in einem Temperaturbereich vornimmt, der durch die Beziehungen T r -282 + 1744 R - 1605 R2 und 220 2 T 2 10 worin R den Orientierungsgrad der unverstreckten Faser bedeutet, begrenzt wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man eine unverstreckte Faser verwendet, deren Restdehnung am Ende der ersten Stunde nach Beendigung des Spinnvorganges wenigstens 97 Ia und nach 24 Stunden wenigstens 96 o/o beträgt.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man eine unverstreckte Faser, die durch Schmelzspinnen eines aus Polypivalinsäurelacton bestehenden Polymers mit einer intrinsischen Viskosität [X7] von wenigstens 0,7 nach dem Extruderverfahren bei einer Extrusionstemperatur von 240 bis 310 C unter Verwendung einer Spinndüse mit einem Öffnungsdurchmesser von wenigstens 0,3 mm erhalten wurde, verwendet und auf das ausgepresste Polymer, solange sich dieses in geschmolzenem oder plastischem Zustand befindet, so lange eine starke Zugkraft anwendet, bis das Verhältnis der Spinndeformation (A) einen Wert erreicht, der durch die Beziehung A > 1367 [X]-5s612 wiedergegeben wird.

   PATENTANSPRUCH II Wärmefixierbare Faser hergestellt nach dem Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Orientierungsgrad (R) von mindestens 0,85 und einen Kristallinitätsgrad (X) von höchstens 58 % besitzt und dass sie eine Zugreissfestigkeit von wenigstens 3,5 g/den, einen Anfangsmodul von wenigstens 20 giden, eine elastische Erholung von wenigstens 90 µ/o bei 5 e/o Dehnung und einen Elastizitätsmodul von wenigstens 0,2 g/den unmittelbar nach dem Erreichen der Fliessgrenze aufweist.