Textilverbundfaden mit elastischem Kern und Schaumstoffumhüllung und
Verfahren zu dessen Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Textilverbundfaden mit elastischem Kern und bis zu einer Dichte von 0,005-0,05 g/cm3 aufblähbarer Schaumstoffumhüllung und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Ein Elastomerfilament hat eine Bruchdehnung von über 100 0 und geht nach Dehnung auf einen unter der Bruchdehnung liegenden Wert praktisch wieder auf seine ursprüngliche Länge im ungespannten Zustand zurück.
Kräuselung und Spiralwicklung des Elastomerfilaments kann zwar eine zusätzliche Aus dehnbarkeit ergeben, welche jedoch mechanischer statt elastomerer Art wäre.
Elastomerfilamente sind an sich bekannt; zu ihnen gehören z.B. sowohl solche aus Naturkautschuk als auch aus Spandex.
In der französischen Patentschrift Nr. 1 390 774 werden Textilverbundgarne und Verfahren zu deren Herstellung beschrieben, wobei ein elastomerer Kern aus Spanexfilamenten mit einem als Klebemittel für Polyurethanschäume bekannten Klebstoff, der in ausgehärtetem Zustand elastomer ist, in Form einer wässrigen Emulsion beschichtet und die noch klebrige Beschichtung beflockt und danach ausgehärtet wird. Nach dem in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren werden keine gleichmässigen Umhüllungen erhalten, und der Schutz des Spandexkerns wird durch die Beflockung, nicht jedoch durch die Klebstoffschicht erzielt, welche in Form einer glatten Hülle vorliegt und somit keinerlei Schutzwirkung gegen Lichtdurchtritt bietet.
Ausserdem ist das Beschichtungsmittel als Elastomer denselben Abbauerscheinungen ausgesetzt wie die Filamente des Kerns und zudem gasdurchlässig und in vielen Lösungsmitteln löslich.
In den USA-Patentschriften Nrn. 3091017 und 3091019 sind Verfahren beschrieben, die sich zum Überziehen von nicht-elastomeren Garnkernen mit geschlossenzelligen Schäumen einsetzen lassen. Die in diesen Patentschriften beschriebenen Verfahren bedingen eine vorausgehende Beschichtung mit einem schäumbaren Kunststoff welcher dann in einer separaten Hitzebehandlung geschäumt wird und voll aufgeblähte, nicht entblähbare Schäume mit Dichten von 0,1-0,5 g/cm: ergeben. Diesen Patentschriften lassen sich keine Hinweise auf die Umhüllung von elastomeren Kernen entnehmen, und die Verfahren bedingen separates Verschäumen und führen zu Schäumen, die nicht entblähbar sind und auch in voll aufgeblähtem Zustand relativ hohe Dichten aufweisen.
Die britische Patentschrift Nr. 795 538 bezieht sich auf Beschichtungen von Textilgarnen mit Polyurethanschaum. Dieser Patentschrift ist zu entnehmen, dass der nach dem dort beschriebenen Verfahren erhaltene Schaum offenzellig ist. Es ist bekannt, dass sich bei der Schaumbeschichtung durch Extrusion an der äusseren Oberfläche der Umhüllung meist eine durchgehende Haut bildet. Der hierdurch erhaltene äussere Abschluss der Schaumschicht legte die Vermutung nahe, dass es sich um einen geschlossenzelligen Schaum handeln könnte. Dies ist jedoch keineswegs der Fall, da durch die Oberflächenhaut lediglich die Aussenseite eines offenzelligen Schaums aus miteinander in Verbindung stehenden Zellen abgeschlossen wird.
Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass aus der USA-Patentschrift Nr. 3 158 985 bekannt ist, die Dehnbarkeit von Elastomerfilamenten in regulierbarem Ausmass einzuschränken, indem diese mit nicht elastomeren Filamenten vermischt werden. Diese Patentschrift enthält jedoch keinerlei Hinweise auf eine Umhüllung mit geschlossenzelligem Schaumstoff und legt auch deren Anwendung in keiner Weise nahe.
Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Textilverbundfaden zu schaffen, welcher die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht aufweist.
Erfindungsgemäss wird dies durch Fäden erreicht, die einen Kern aus mindestens einem elastomeren Endlosfilament und eine Umhüllung aus einem geschlossenzelligen, den Kern vollständig und gleichmässig bedeckenden, nichtelastomeren Polymerschaumstoff aufweisen, wobei im ungespannten Zustand des Fadens der Kern unter Zug- und die Umhüllung unter Druckspannung in Fadenlängsachse stehen.
Die geschäumte Hülle des beschriebenen Textilverbundfadens bedeckt den Elastomerkern vollständig und verbirgt auf diese Weise jegliche Verfärbung des Kerns, die sich im Laufe der Zeit entwickeln könnte. Ferner ist die geschäumte Hülle undurchlässig, so dass der Elastomerkern vor beim Waschen eingesetzten Bleichmitteln und anderen Oxydationsmitteln vollständig geschützt ist. Dieser Textilverbundfaden ermöglicht eine wirksame Ausnutzung der Retraktionskraft seines Elastomerkerns, und daraus hergestellte Gewebe und Gewirke zeigen Deckkraft, Undurchsichtigkeit und Bauschigkeit bei einem bisher unerreicht geringen Flächengewicht.
Ein zur Herstellung des beschriebenen Textilverbundfadens geeignetes Verfahren besteht darin, dass ein Kern aus mindestens einem elastomeren Endlosfilament unter Zugspannung und Dehnung durch eine Zone ge führt und dabei mit einem ununterbrochenen Überzug einer spontan schäumbaren, nicht elastomeren Polymermasse versehen wird, welche auf dem gedehnten laufenden Kern kontinuierlich eine Umhüllung aus geschlossenzelligem Schaumstoff ergibt, und dass danach die auf den Faden einwirkende Spannung aufgehoben wird, wodurch teilweise Retraktion des Kerns und Zusammenpressung des Schaumstoffs längs der Fadenachse bis zur Einstellung eines Kräftegleichgewichtes eintritt, welches den Kern in der Umhüllung teilgedehnt und unter Zuggpannung hält.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt in schematischer, perspektivischer Darstellung ein Schnittende eines erfindungsgemässen Textilverbundfadens.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht im Schnitt eines Teils einer Vorrichtung, die sich zur Her stellung des beschriebenen Textilverbundfadens eignet.
Fig. 3 ist ein Diagramm über das Belastungs/Dehnungs-Verhalten von gemäss Beispiel 3 hergestellten Textilverbundfäden und
Fig. 4 ein Diagramm über das Belastungs!Dehnungs-Verhalten von drei in Beispiel 5 erörterten Textilmaterialien für Vergleichszwecke.
Bei dem beschriebenen Textilverbundfaden ist ein endloser Elastomerkern 10 (Fig. 1) aus einer Reihe von Filamenten 14, von denen mindestens eines elastomer ist, kontinuierlich und mit gleicher Ausdehnung mit einer geschäumten Polymerhülle 12 bedeckt, deren Schaumzellen 16 praktisch alle geschlossen sind. Bei der Darstellung nach Fig. 1 ist zur besseren Sichtbarmachung des Elastomerkerns 10 die Schaumstoffhülle 12 zurückgeschnitten. Der allgemein mit 11 bezeichnete Verbundfaden weist längs seiner Fadenachse ein Kräftegleichgewicht auf, derart, dass der Kern 10 unter Zugspannung und die Hülle 12 unter Längszusammenpressung steht.
Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt den Faden 11 zur Sichtbarmachung von Einzelheiten ver grössert ohne Berücksichtigung relativer Abmessungen; die relativen Abmessungen der Hülle 12, der geschlossenen Zellen 16, des Kerns 10 und der Elastomerstränge 14 nach der Zeichnung brauchen daher nicht für ein bestimmtes Produkt typisch zu sein.
Zur Aufnahme des Kerns 10 muss auf der gesamten Länge der Hülle 12 ein Mittelkanal 13 vorliegen. Der Kanal 13 entspricht in manchen Fällen genau der Grösse des Kerns 10, so dass Hülle 12 und Kern 10 auf ihrer gesamten Länge in Berührung miteinander stehen. Darüberhinaus ist auch ein Eindringen des geschäumten Materials in die Zwischenräume zwischen den Strängen 14 möglich. Häufig jedoch ist, wie in Fig. 1 gezeigt, der Kanal 13 etwas grösser als der Kern 10. Dieser Zustand zerstört jedoch überraschenderweise das den Kern 10 unter Zugspannung haltende Kräftegleichgewicht nicht. Anscheinend genügen Reibungskräfte an regellosen Berührungsstellen zwischen dem Kern 10 und der Hülle 12, um eine Retraktion des Kerns 10 in den ungespannten Zustand zu verhindern.
Zur Bestimmung, dass bei einem ungespannten Verbundfaden 11 der Elastomerkern 10 unter Zugspannung und die Hülle 12 unter Zusammenpressung steht, genügt eine einfache Prüfung. Man schneidet ein Stück des Fadens 11 bekannter Länge sorgfältig auf seiner gesamten Länge mit einem einzigen Schnitt ein, der sich radial von der Aussenfläche zur Oberfläche des Kerns 10 erstreckt. Dann wird der Kern 10 vorsichtig entnommen. Wenn die Länge des herausgelösten Kerns 10 die ursprüngliche Länge des Fadens 11, vorzugsweise um mindestens iO o', unterschreitet, ist das Vorliegen des notwendigen Kräftegleichgewichts erwiesen.
Gewöhnlich wird hierbei ein Fadenstück 11 von etwa 3 bis 10 cm Länge bevorzugt. Die abgetrennte Hülle 12 soll eine Längenzunahme zeigen. Wenn der Mittelkanal 13 grösser als der Kern 10 ist, lässt sich das Vorliegen des benötigten Kräftegleichgewichts einfacher zeigen, indem man den Faden 11 quer zu seiner Achse zerschneidet, worauf die frischen Schnittenden des Kerns 10 sich erkennbar in die Hülle 12 gegenüber deren beiden Schnittenden zurückziehen sollen.
Der Elastomerkern 10 ist vorzugsweise ein Spandexmono- oder -multifilament. Spandexfäden werden von segmentiertem Polyurethan gebildet und sind in verschiedenen Patentschriften beschrieben, u. a. den USA-Patentschriften Nummern 2929 801, 2929802 2929803, 2929804, 2 953 839, 2957852, 2999 839 3 040 003 und 3 071557.
Die segmentierten Polyurethanelastomere werden, wie in den vorgenannten Patentschriften beschrieben, von amorphen Segmenten auf Grundlage von Polymeren mit einem Schmelzpunkt unter etwa 500 C und einem Molekulargewicht von über etwa 600 gebildet und enthalten etwa 5 bis 40 Co kristalline Segmente, die auf ein Polymer mit einem Schmelzpunkt von über etwa 2000 C und mit einem im Fas erbildungsbereich liegenden Molekulargewicht zurückgehen. Die meisten solcher Polyurethane zeigen in Fad=nform eine Dehnung von mehr als 15072, eine Dehnungserholung von über 90 % und einen Spannungsabfall von unter 202 (wie in USA-Patentschrift Nummer 2957 852 definiert).
Es ist wesentlich, dass die geschäumte Polymerhülle 12 des Textilverbundfadens gemäss der Erfindung geschlossene Schaumzellen aufweist, d. h. Zellen in Form von Räumen, die vollständig von folienartigen Wänden von Polymerfeststoff umschlossen sind. Offenzellige Schaumstoffe vermögen den Elastomerkern 10 nicht angemessen vor einer Oxydation durch Dämpfe, Bleichmittel usw. oder vor einem Erweichen durch andere Reinigungsfluide zu schützen. Ob ein Überwiegen von geschlossenen über offene Zellen vorliegt, wird gewöhnlich visuell oder mikroskopisch bestimmt. Anderseits kann man auch eine Gasverdrängungstechnik, wie die Methode nach Remington und Pariser, Rubber World , Mai 1958, S. 261, anwenden, besonders in dahingehend abgeänderter Form, dass man bei den kleinstmöglichen Druckunterschieden arbeitet.
Zellengrösse und Zellenwanddicke sind für die erfindungsgemässen Textilverbundfäden nicht entscheidend. In bekannter Weise nehmen aber Undurchsichtigkeit und Weissgrad eines Polymerschaumstoffs mit abnehmender Zellengrösse zu, so dass die geschäumte Hülle 12 vorzugsweise geschloasene Zellen mit maximalen Querabmessungen von unter etwa 1000 Mikron, insbesondere 103 Mikron oder darunter, aufweist. In gleicher Weise nehmen Zusammenpressbarkeit, Weichheit und Ausdehnbarkeit von geschäumten Gebilden im allgemeinen mit abnehmender Zellenwanddicke zu, und vorzugsweise liegen die Dicken unter etwa 2 Mikron.
Besonders bevorzugt werden Schaumstoffhüllen 12, die, abgesehen vom Polymer, der freiliegenden Wände der Schaumzellen, von Aussenhäuten aus dichtem Polymer, frei sind, d. h. die Hülle 12 ist vorzugsweise auf ihrem gesamten Volumen homogen geschäumt.
Die Dichte des geschäumten, die Hülle 12 bildenden Polymermaterials ist nicht entscheidend, soll aber gewöhnlich etwa die Hälfte der Dichte des ursprünglichen Polymerfeststoffv nicht überschreiten. Bei den bevorzugten federnden Schaumstoffen mit geschlossenen, dünne Wände aufweisenden Zellen ist die Dichte als Funktion der Menge des Treibgases in ihren Zellen einstellbar. So unterliegt die Hülle 12 radial einer Entblähung auf eine gewöhnlich im Bereich von etwa 0,05 bis 0,5 g/cm:l liegende Maximaldichte, wenn die Zellen wenig oder kein Gas enthalten.
Bei einem zum vollen Aufblähen der Hülle 12 genügenden Gasgehalt liegt die Dichte gewöhnlich zwischen etwa 0,005 und 0,05 g/cm3. Naturgemäss sind verschiedene Grade teilweiser Aufblähung erzielbar, und der Aufblähgrad lässt sich wiederholt verändern, ohne dass die geschlossenzellige Natur des Schaumstoffs nachteilig beeinflusst wird. Vollständig entblähte Schaumstoffe haben im allgemeinen höhere Reissfestigkeiten und Bruchdehnungen, aber im vollständig aufgeblähten Zustand sind die gleichen Schaumstoffe weicher, bauschiger und pneumatischer. Die Schaumstoffdichte und die Aufblähung werden so gewählt, dass man die gewünschten Eigenschaften des Fadens 11 erhält.
Die einzige Begrenzung der Radialdicke der Hülle 12 liegt darin, dass die Hülle den Kern 10 kontinuierlich und vollständig mit einer Schicht mindestens einzelligel Dicke umgibt. Je geringer die radiale Dicke ist, desto geringer ist die Undurchsichtigkeit der Hülle 12 und desto grösser ist die Neigung des Fadens 11, sich unter der Wirkung der auf dem Kern 10 lastenden Zugspannung durch Aufrollen zu verkürzen. Vorzugsweise hat die Hülle 12 eine im wesentlichen gleichmässige Radialdicke. Mit einer Vergrösserung der Radialdicke vermeidet man die obigen Probleme, aber eine Ver grösserung der Radialdicke lässt sich so weit durchführen, dass der Faden 11 für viele Endverwendungszwecke zu bauschig und bzw. oder zu wenig dehnbar wird.
Die geschäumten Hüllen 12 mit den notwendigen
Eigenschaften können von zahlreichen Polymeren ge bildet werden. Gewöhnlich arbeitet man mit syntheti schen, organischen Polymeren des Additionspolymeroder Polykondensattyps, wozu Polykohlenwasserstoffc, wie Polyäthylen, Polypropylen oder Polystyrol; Poly äther, wie Polyformaldehyd; Vinylpolymere, wie Polyvinylidenfluorid oder Polyvinylchlorid; Polyamide, wie Polyhexamethylenadipamid, Polycaprolactam oder Polym-phenylenisophthalamid; sowohl aliphatische als auch aromatische Polyurethane, wie das Polymere von Äthy- len-bis-chlorformiat und Athylendiamin; Polyester, wie Polyhydroxypivalinsäure oder Polyäthylenterephthalat; Copolymere, wie Polyäthylenterephthalat/isophthalat; Polynitrile, wie Polyacrylnitril oder Polyvinylid#ncy- anid;
Polyacrylate, wie Polymethylmethacrylat, und Äquivalente gehören.
Als Polymerschaumstoffe mit geschlossenen Zellen für die Hülle 12 besonders bevorzugt werden die in der USA-Patentschrift Nr. 3 227 664 beschriebenen, ultramikrozellförmigen Gefüge. Diese Gefüge besitzen nicht nur all die oben beschriebenen, bevorzugten Eigenschaften, sondern enthalten auch im wesentlichen das gesamte Polymer in ihren dünnen Zellwänden anstatt in einer an den Wandkreuzungsstellen konzentrierten Form. Die Zellenwände zeichnen sich weiter dadurch aus, dass sie, wie in der Patentschrift definiert, eine uniplanare Orientierung und gleichmässige Struktur aufweisen. Zusammen ergeben die beiden letztgenannten Eigenschaften bei den ultramikrozellförmigen Gefügen die überraschend hohe Zähigkeit und Festigkeit und hohe Gasundurchlässigkeit.
Der Aufblähgrad der Hülle 12 unter der Einwirkung von Luft hängt von dem in den Zellen enthaltenen Gas ab. Wenn die bei der anfänglichen Bildung des Schaumstoffs freigesetzten Treibgase die Zellwände rascher als Luft durchdringen, so entweichen sie aus den Zellen schneller als der Lufteintritt erfolgt, und die Hülle 12 wird entbläht. Der Entblähungsgrad verstärkt sich mit dem Unterschied der Ein- bzw. Austrittsgeschwindigkeit. Wenn anderseits ein Teil der ursprünglich in der Zelle enthaltenen Gase die Zellenwände langsamer als Luft durchdringt, so tritt die Luft in die Zellen schneller ein, als das Entweichen dieser ursprünglichen Gase erfolgt, und die Hülle 12 wird weiter aufgebläht. Der Aufblähgrad nimmt mit dem Unterschied der Ein- bzw.
Austrittsgeschwindigkeit zu. Unabhängig von dem Gasgehalt oder Aufblähgrad eines Schaumstoffs mit geschlossenen Zellen können beide gewöhnlich durch eine entsprechende Nachbehandlung verändert werden, bei welcher man den Schaumstoff einem flüchtigen, plastifizierenden Fluid aussetzt, um den Widerstand der Zellenwände gegen Gasdurchdringung vorübergehend herabzusetzen, und dann, im noch plastifizierten Zustand, dem gewünschten Aufblähgas aussetzt. Das neue Aufblähgas tritt rasch in die Zellen ein, um dort eingeschlossen zu werden, wenn das plastifizierende Fluid abgedampft wird.
Beim Wiederinsgleichgewichtbringen mit der Luft ergibt sich der neue Aufblähgrad. Wenn mindestens ein Teil des in den Zellen enthaltenen Gases von einem Gas gebildet wird, das die Zellenwände so langsam durch dringt, dass es im wesentlichen bleibend festgehalten wird (d. h. ein die Zellenwände nicht durchdringendes Aufblähmittel darstellt), wird die Hülle 12 nicht nur beim Insgleichgewichtbringen mit der Luft vollständig aufgebläht, sondern entwickeln sich auch in den ge schlossenen Zellen Überdrücke. Solche Hüllen 12 sind stark pneumatisch.
Vollständig aufgeblähte Hüllen 12 besitzen gewöhn lich glatte, straffe Aussenflächen und eine sehr hohe
Bauschigkeit. Entblähte Hüllen 12 weisen gewöhnlich gerunzelte, texturierte Oberflächen geringerer Bauschigkeit auf, wenngleich die Bauschigkeit trotzdem noch die bisher für faserumwickelte Elastomergarne bekannten Werte überschreitet. Der Aufblähgrad kann so gewählt werden, dass man die für einen gegebenen Endverwendungszweck jeweils benötigte Oberflächentextur erhält.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsge- mässen Textilverbundfäden ist nachfolgend an Hand von Fig. 2 erläutert, die im Aufriss und Schnitt eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung 20 zeigt. Der Vorrichtung 20 wird mit gelenkter Geschwindigkeit ein Elastomerkern 30 des Spandex-Typs von einem nicht eingezeichneten Vorrat über die angetriebene, in der Pfeilrichtung umlaufende Zuführwalze 21 zugeführt. Der mit einem Polymerschaumstoff 31 mit geschlossenen Zellen bedeckte Kern 30 wird von der Vorrichtung 20 mittels der angetriebenen Aufnahmewalze 22 abgezogen und zu einem (nicht eingezeichneten) Wickel aufgewickelt.
Die Umfan gsgeschwin- digkeit der Aufnahmewalze 22 überschreitet diejenige der Zuführwalze 21 so weit, dass der Kern 30 in seiner Zone zwischen den Walzen 21 und 22, vorzugsweise auf eine Dehnung von etwa 100 bis 700% der Länge im ungespannten Zustand, gedehnt wird. Innerhalb dieser Dehnungszone tritt der Kern 30 in die Vorrichtung 20 durch eine Eintrittsöffnung 28 in der eingeschraubten Stopfbuchse 24 ein. Er tritt, von einer schäumbaren Masse umgeben, aus der Vorrichtung 20 durch die Austrittsöffnung 27 aus, worauf die schäumbare Masse zum Schäumen und zur Bildung der Hülle 31 mit geschlossenen Zellen gebracht wird.
Während der Kern 30 gedehnt bleibt, wird der Schaumstoff 31 genügend zur Erstarrung gebracht, damit beim Überlaufen des Verbundfadens über die Walze 22 und der Aufhebung der auf den Verbundfaden 11 wirkenden Zugspannung die zellförmige Struktur der Hülle 31 bei der eintretenden Längszusammenpressung intakt bleibt.
Die (nicht gezeigte) schäumbare Masse wird auf an sich bekanntem Wege hergestellt und unter Druck durch den Kanal 23, der in der Kammer 25 endet, in die Vorrichtung 20 injiziert. In der Kammer 25 umgibt die schäumbare Masse den laufenden Kern 30. Obwohl eine Auspressung der schäumbaren Masse durch beide Öffnungen 27 und 28 zu erwarten sein sollte, tritt keine solche Erscheinung auf. Der Pumpeffekt, den der laufende Kern 30 in der eng passenden Öffnung 28 ergibt, verhindert ein Ausfliessen und verstärkt gleichzeitig den Durchfluss durch die Austrittsöffnung 27.
Die Schraubbuchse 24 übt über die Bildung der Öffnung 28 hinaus noch zwei weitere Funktionen aus.
Beim Einschrauben in die Vorrichtung 20 bis zur innigen Berührung der Flächen 26 und 32 verhindert sie das Fliessen der schäumbaren Masse ohne Störung der Bewegung des Kerns 30. Man bedarf somit keines gesonderten Ventils, wodurch das Entstehen des Raums hinter einem Ventil, in welchem schäumbare Masse härten und das System verstopfen kann, vermieden wird. Die Schraubbuchse 24 erlaubt es ferner, durch Einstellen der Öffnung zwischen den Flächen 26 und 32 die Strömungsgeschwindigkeit der schäumbaren Masse zu lenken.
Für eine gegebene schäumbare Masse existiert bei den benötigten Temperatur- und Druckbedingungen und bei gegebener Geometrie der Öffnung 27 eine natürliche Strömungsgeschwindigkeit. Eine Veränderung ist anhand des Abstandes zwischen den Flächen 26 und 32 begrenzt möglich; ein zu geringer Abstand kann für die Bildung eines geschlossenzelligen Schaumstoffs nachteilig sein. Man muss daher beispielsweise die Lineargeschwindigkeit des Kerns 30 beim Durchlaufen der Öffnung 27 so einstellen, dass sie ungefähr der natürlichen Extrudiergeschwindigkeit des Schaumstoffs angepasst ist.
Im Hinblick auf die starke Abhängigkeit dieser Einstellung von dem jeweils vorliegenden System lassen sich keine allgemeinen Bereiche nennen. Bei einer überhöhten Geschwindigkeit des Kerns 30 kann eine diskontinuierliche Schaumstoffbildung längs des Kerns eintreten. Bei zu niedriger Geschwindigkeit des Kerns kann eine zyklische Bildung von dicken und dünnen Schaumstoffabschnitten längs des Kerns 30 und im Extremfall auch eine korkzieherartige Umwicklung des Kerns mit Schaumstoff eintreten, ohne dass dabei unbedingt eine vollständige Bedeckung erhalten wird. In dem Bereich von Geschwindigkeit des Kerns, in dem eine Schaumstoffhülle im wesentlichen gleichmässiger Dicke anfällt, führen höhere Geschwindigkeiten zu dünneren Hüllen.
Gewöhnlich werden die Öffnungen 27 und 28 nur so weit grösser als der Kern 30 bemessen, dass zu Anfang das Anspinnen möglich ist, wobei diese Erwägung die Mindestgrösse bestimmt. Die Öffnung 27 kann naturgemäss grösser bemessen werden, um dickere Schaumstoffhüllen zu erzeugen.
Dem beschriebenen Verfahren ist jede Methode zum Extrudieren von geschlossenzelligen Polymerschaumstoffen zugänglich. So sind feste Blähmittel geeignet, die sich beim Erhitzen unter Gasbildung zersetzen. Das Blähmittel kann unter Normalbedingungen auch flüssig oder gasförmig sein und beim Austritt der schäumbaren Masse aus der Austrittsöffnung 27 unter Schäumung der Masse verdampfen. Besonders bevorzugt wird die Schaumextrudierung nach der USA-Patentschrift Nummer 3 227 784, für die kennzeichnend ist, dass die vollständige Schäumung der schäumbaren Masse wie auch die Verfestigung des Schaumstoffs zu einem beständigen Zustand in einem kleinen Bruchteil einer Sekunde nach dem Austritt aus der Austrittsöffnung 27, z. B. in 0,01 Sekunden oder weniger, erfolgen.
Auf diese Weise wird jegliche Molekularorientierung des Polymers in den Zellenwänden, die sich bei der raschen Schäumung ergibt, unter Bildung eines festeren, zäheren Schaumstoffs in den Wänden eingefroren . Darüberhinaus erlaubt die rasche Verfestigung der nach diesem Verfahren erzeugten Schaumstoffe ein Arbeiten mit geringeren Abständen zwischen der Austrittsöffnung 27 und der Aufnahmewalze 22, als sie bei den meisten Schäumverfahren anwendbar sind.
Bei bekannten Verfahren zur Faserumwicklung von Elastomerfadenmaterialien muss die Faserbewicklung gewöhnlich im wesentlichen einen Nulldrall aufweisen, was z. B. durch Einsatz von zwei entgegengesetzt gedrehten Bewicklungen oder durch statistisch ungeordnete (regellose) Bewicklung erreicht wird. Beide Methoden führen zu Komplikationen, welche die Kosten des anfallenden Verbundfadens erhöhen. Eine Betrachtung von Fig. 1 zeigt dagegen, dass die Hülle 12 von Natur aus einen Nulldrall hat. Dieser Umstand in Verbindung mit den normalerweise sehr hohen Geschwindigkeiten beim Schaumextrudieren verleiht dem beschriebenen Verfahren einen enormen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber bekannten Verfahren zur Umhüllung von Elastomer Fadenmaterialien.
Es ist manchmal, z.B. zur Verhütung eines Versagens der Hülle 12 unter Zugspannung, erwünscht, die Ausdehnbarkeit des Verbundfadens 11 zu begren zen. Dies ist beim beschriebenen Verfahren leicht er zielbar, indem man neben dem Elastomerkern 30 minde stens einen herkömmlichen, nichtelastomeren Textilfa- den durch die Öffnungen 27 und 28 führt. Die Linear- geschwindigkeit dieses Textilfadens wird von der Auf nahmewalze 22 bestimmt, aber unabhängig davon, ob der Textilfaden gleichzeitig verstreckt wird oder nicht, soll ein gesonderter, der Walze 21 entsprechender Zu führmechanismus vorgesehen werden. Die Aufhebung der Zugspannung nach dem Überlaufen des Ver bundfadens 11 über die Walze 22 führt zu einer Ver kürzung des Fadens 11 bis zur Einstellung des Kräfte gleichgewichts zwischen Kern 10 und Hülle 12.
Jeg licher herkömmliche, nichtelastomere Faden im Kern
10 passt sich dieser Verkürzung einfach durch Kräuse lung an. Auf die Belastungs-Dehnungs-Eigenschaften des
Verbundfadens 11 ist dieser nichtelastomere Faden im wesentlichen ohne Einfluss, bis die Dehnung des Verbundfadens 11 zur vollständigen Geradziehung des nicht elastomeren Fadens führt, wobei die Weiterdehnung un vermittelt aufhört.
Die Hülle 12 ergibt eine vollständige, physikalische Isolierung des Kerns 10, aber der Grad, in dem sie vor den abbauenden Wirkungen ultravioletter Strahlung schützt, hängt mindestens teilweise von ihrer Polymerzusammensetzung ab. Durch Beschichten der Hülle 12 mit einem UV-Abschirmmittel (d. h. einer UV-Strahlung absorbierenden Verbindung oder durch Einbringen eines UV-Abschirmmittels in die schäumbare Masse lässt sich jeder gewünschte Grad eines weiteren Schutzes vor UV-Strahlung erhalten.
Die Verbundfäden 11 gemäss der Erfindung besitzen eine vielfältige Eignung für z. B. Miederwaren, Stretchgewebe für Oberkleidung, elastische Eckteile von Bettlaken, elastische Bandagen, elastische Gerätehüllen, technische Stoffe wie Band- und Riemenmaterial und dergleichen. Dem Fachmann werden sich weitere, spezielle Verwendungszwecke ergeben. Durch die Beibehaltung der Spannung des Elastomerkerns ergeben die erfindungsgemässen Textilverbundfäden eine wirksamere Ausnutzung der Retraktionskraft des Elastomers. Ungleich bekannten Bewicklungs-Elastomerfäden sind bei diesen Produkten die Kerne durch vollständige Einschliessung geschützt. Das Schaumstoffüberziehen gemäss der Erfindung stellt einen mit geringen Kosten durchführbaren, eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erlaubenden Vorgang dar.
Aus erfindungsgemässen Textilverbundfäden hergestellte Gewebe zeigen bessere Deckkraft und Undurchsichtigkeit bei geringeren Flächengewichten, als bisher erzielbar. Darüber hinaus erfreuen sie sich neuer Textur-, Griff- und Polstereigenschaften wie auch visueller Eigenschaften.
In den folgenden Beispielen beziehen sich Teil- und Prozentangaben, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht.
Beispiel 1
Es wird ein Verbundfaden mit einem Spandexkern und einer ununterbrochenen Hülle aus geschlossenzelligem, geschäumtem, stereoregulärem Polypropylen hergestellt, wobei der Spandexkern, der im ungespannten Zustand einen Titer von 280 den aufweist, von dem polymeren Reaktionsprodukt eines Polytetramethylen ätherglykols und von Methylen-bis-(4-phenylisocyanat) und Hydrazin gemäss USA-Patentschrift Nr. 2 957 852 gebildet wird. Die Herstellung erfolgt auf einer Spinnvorrichtung nach Fig. 2, bei welcher die Walze 22 durch eine Aufwickelwalze ersetzt ist, die auch zur Hindurch- bewegung des Kerns 30 durch die Öffnung 27 und 28 dient.
Der Kern 30 wird hierdurch von seinem Wickel abgezogen und nacheinander über und unter drei hori zontalen Stahlstangen (anstelle der Zuführwalze 21) hindurchgeführt, die eine genügende Reibungsbewe- gungshemmung ergeben, damit der Kern 30 in der
Schaumbeschichtungszone etwa um 400 % gedehnt wird.
Zu Anfang wird die Schraubbuchse 24 so weit in die Vorrichtung 20 eingeschraubt, dass ein Festsitz der Oberflächen 26 und 32 eintritt und die schäumbare Masse am Fliessen gehindert wird. Man führt dann den Kern 30 durch das System hindurch und erzeugt durch Einschaltung des Fadenlaufes die weiter oben beschriebene Dehnungszone. Schliesslich werden durch Zurückschrauben der Buchse 24 die Flächen 26 und 32 getrennt, so dass die schäumbare Masse über den Kanal 23 durch die Öffnung 27 ausströmen und um den Kern 30 herum unter vollständiger Bedeckung desselben schäumen kann. Der Abstand der Flächen 26 und 32 wird verstellt, bis die Schaumschicht 31 gleichmässig ist.
Der Kanal 23 ist hierbei an einen 1,8-1-Druckbehälter angeschlossen, der eine homogene, schäumbare Masse aus 40 ac stereoregulärem Polypropylen (Schmelzfluss 0,8, bestimmt nach ASTM-Prüfnorm D1238-61, Condition L ), 53 S Methylenchlorid als Treibmittel, 7 S 1,2-Dichlor-1,2,2,2-tetrafluoräthan und 0,2 % Silica-Aerogel bei einer Temperatur von 1350 C und einem von einem aussen vorgesehenen Stickstoffballast gelieferten Druck von 31,6 atü enthält. Die Öffnung 27 wie die Öffnung 28 sind zylindrisch ausgebildet und haben einen Durchmesser von 0,30 mm.
Der Kern 30 durchläuft die Öffnungen mit etwa 91,4 m/min.
Die anfallende, geschäumte Hülle weist sehr kleine, polydrisch geformte, geschlossene Zellen auf, durch welche der Verbundfaden Undurchsichtigkeit und eine Weissfärbung erhält. In den geschlossenen Zellen wird ein Teil des in der schäumbaren Masse befindlichen 1 ,2-Dichlor-l ¯1 ,2,2-tetrafluoräthans festgehalten, und da diese Substanz ein die Zellenwände nicht durchdringendes Treibmittel darstellt, nimmt die Hülle beim Insgleichgewichtkommen mit der Luft einen vollständig expandierten, pneumatischen, runden und glattoberflächigen Zustand an. Der Verbundfaden, der im entspannten Zustand einen Titer von etwa 420 den bei einem Durchmesser von etwa 1,0 mm aufweist, lässt sich etwa um 200 % strecken, bevor die geschäumte Hülle unter der Wirkung der Zugspannung versagt.
Das Unter Zugspannung-Stehen des Spandexkerns in dem ungespannten Verbundfaden lässt sich leicht zeigen, indem man den Faden zerschneidet, wobei eine Zurückziehung der frischen Schnittenden des Kerns in die Hülle zu beobachten ist.
Beispiel 2
Das Beispiel 1 wird bis ins einzelne mit der Ab änderung wiederholt, dass man durch die beiden Öff- nungen gleichzeitig mit dem gedehnten Spandexkern ein nichtelastomeres 220-den-Polyäthylenterephthalat- Fadenmaterial hindurchzieht, wobei die Zugspannung des letzteren gerade genügt, um es straff zu halten. Der anfallende Faden hat im wesentlichen das gleiche Aussehen wie der in Beispiel 1 erhaltene, lässt sich aber nur etwa 60 % dehnen, bevor das nichtelastomere Fadenmaterial unter Zugspannung kommt und auf diese Weise eine weitere Elastomerdehnung verhindert.
Beispiel 3
Im wesentlichen wie in Beispiel 1 wird ein weiterer Textilfaden aus einem ähnlichen, mit geschlossenzelli gem, ultramikrozellförmigem Polypropylen überzogenen Spandexkern hergestellt. Der 1 ,8-l-Druckbehälter wird mit den oben beschriebenen Materialien wie folgt be schickt:
Polypropylen 600 g
Methylenchlorid (Raumtemperatur) 400 ml 1,2-Dichlor-1,1,2,2-tetrafluoräthan 93 g
Silica-Aerogel 3 g
Zur Bildung einer homogenen, schäumbaren Masse wird der verschlossene Druckbehälter über Nacht unter Rühren bei 180 C erhitzt. Vor dem Beginn des Ex Extrudierens wird die Temperatur auf 1400 C herabge Setzt und die Lösung durch Anschluss an einen Ballasttank unter Druck gesetzt, der Stickstoff von 32,3 atü enthält.
Der Spandexkern-Wickel wird direkt auf der Zuführwalze 21 angeordnet. Die Eintrittsöffnung 28 hat einen Durchmesser von 0,28 mm und die Austritts¯ öffnung 27 einen solchen von 0,36 mm. Der Kern wird mittels einer Transportwalze 22 durch die Vorrichtung 20 gezogen. Die Umfangsgeschwindigkeit der Zuführwalze vermindert sich während des Extrudierens mit dem Abnehmen des Wickeldurchmessers von 90 auf 80 tach -Einheiten. Die entsprechenden Umfangsge- schwindigkeiten der Transportwalze werden demgemäss auf 535 bis 490 tach -Einheiten eingestellt, was einer Dehnung des Fadengutes während der Schaumbeschichtung von etwa 500 S entspricht.
Das Belastungs-Dehnungs-Verhalten eines einzelnen, wie oben in einer Dichte von etwa 0,08 g/cm3 erhaltenen Verbundfadens wird von der linken Kurve A von Fig. 3 veranschaulicht. Ungespannt weist dieser Faden einen Spandex-Kern von 105 den und eine geschäumte Hülle von 190 den auf. Die (mittlere) Kurve B zeigt das Belastungs-Dehnungs-Verhalten des Kerns allein, der aus dem Verbundfaden vorsichtig herausgeschnitten wurde; der Kerntiter beträgt hierbei 250 den im Vergleich mit 105 den im Verbundfaden, was das Ausmass der Gespannt- und Gedehnthaltung des Elastomerkerns in dem Verbundfaden zeigt. Die (rechte) Kurve C veranschau- licht den ursprünglichen Spandexkern bei 280 den; ein Vergleich mit Kurve B zeigt, dass die Schaumstoffbeschichtung zu einer gewissen bleibenden Fixierung eines geringeren Titers führt.
Zum Aufbau von Stretchgeweben wird selten eine Garndehnung von über 200 % benötigt. Zur Ausbildung seiner maximalen Retraktionskraft muss das blosse Spandexgarn nach Kurve C etwa 700 % gedehnt werden. Der Verbundfaden des vorliegenden Beispiels (Kurve A) entwickelt etwa die gleiche Retraktionskraft bei einer Dehnung von nur 200 ,cm, und dies mit einem Spandex kern von weniger als der Hälfte des ursprünglichen Titers. Das schaumstoffbeschichtete Elastomergarn des vorliegenden Beispiels ergibt somit durch Bereitstellung der vollen Retraktionskraft innerhalb des kommerziell erwünschten Garndehnungsbereiches bei geringerem Kern-Titer eine wirksamere Ausnutzung der Retrak tionskraft des Kerns.
Beispiel 4
Nach der Arbeitsweise der vorstehenden Beispiele wird ein Verbundfaden aus einem Spandexkern und einer Hülle aus einem geschlossenzelligen Polyesterschaumstoff hergestellt. Als Polyester dient ein Copolyester von Terephthal- und Sebacinsäuren (70/30) mit Äthylenglykol mit einer relativen Viskosität (Verhältnis der absoluten Viskositäten von Lösung und Lösungsmittel bei 25 + 0,060 C, wobei die Lösung 0,5 S Polykonden- sat in m-Kresol enthält) von 27,2. Der Druckbehälter wird mit 400 g des Copolyesters, 200 cm3 Methylen- chlorid und 25 cm Dimethylperfluorcyclohexan beschickt. Während des Extrudierens wird der Behälter- inhalt auf 1420 C bei einem Stickstoffdruck von 25,0 atü gehalten.
Beide Öffnungen haben einen Durchmesser von 0,35 mm, und der 280-den-Spandexkern wird während der Schaumstoffbeschichtung etwa 500 % gedehnt. Der anfallende Verbundfaden hat eine Dichte von etwa 0,48 g/cm:' bei einem Titer der Hülle von 1210 den und des Kerns von 175 den. Diese Hülle ist so zusammenpressbar, dass der Kern auf einer Ausdehnung von nicht mehr als 60 S über seine ursprüngliche Länge gehalten wird. Das Vorliegen der geschlossenen Zellen in der Hülle wird geprüft, indem man den Verbundfaden zwischen den Fingern flachdrückt und dann den Druck entlastet. Dabei ist die pneumatische Natur zu fühlen. Beim Überwiegen von offenen Zellen dagegen würde der Faden flach bleiben; der vorliegende Prüffaden jedoch nimmt sofort wieder seinen ursprünglichen, aufgeblähten Zustand an.
Wenn man Stücke dieses Produktes nach normalerweise beim Färben von Polyester-Textilgarnen angewandten Methoden färbt, wird leicht eine Anfärbung in verschiedenen, tiefen Farbtönen erhalten.
Beispiel 5
Mit einer Vorrichtung, mit Materialien und nach Arbeitsweisen wie in den vorstehenden Beispielen wird ein schaumstoffbeschichteter, elastomerer Textilverbundfaden von geringem Durchmesser hergestellt. Der als Ausgangsmaterial eingesetzte, blosse Spandexkern hat einen Titer von 140 den. Die homogene, schäumbare Masse enthält 600 g stereoreguläres Polypropylen, 600 cm8 (bei Raumtemperatur) Methylenchlorid und 3 g Silica-Aerogel. Da kein die Zellenwände nicht durchdringendes Fluorkohlenstoff-Treibmittel eingesetzt wird, entbläht sich die ursprünglich anfallende, vollständig aufgeblähte Schaumstoffhülle kurz danach unter Runzeln und Aneinanderlegung der Zellenwände. Die Lösungstemperatur und der Druck beim Extrudieren betragen 1500 C bzw. 56 atü. Beide Öffnungen der Vorrichtung haben einen Durchmesser von 0,20 mm.
Wenn man den stabilen Verbundfaden mit der entblähten Hülle gerade so weit unter Zug setzt, dass der Faden geradegehalten wird, beträgt sein Durchmesser etwa 0,20 mm.
Der Titer des Spandexkerns ist bei der Durchführung dieses Versuches nicht direkt gemessen worden, aber bei einer anderen, in im wesentlichen identischer Weise hergestellten Probe ergaben sich 74 den (ursprünglicher Wert 140 den).
Unter Einarbeitung des Verbundfadens nach dem vorliegenden Beispiel wird ein gazebindiges, elastisches Gewebe hergestellt, das etwa 26 Kettfäden/cm aus einem nichtelastomeren Polyestergarn aus Poly äthylenterephthalat (Beitrag zum Flächengewicht der Ware 50,6 g/m2) sowie etwa 18 Schussfäden/cm aus dem obigen Verbundfaden (Beitrag des Spandexkerns zum Flächengewicht der Ware 29,8 g/m2, der geschäumten Hülle 43,1 g/m2) aufweist.
Zum Vergleich dient ein ähnliches, gazebindiges Handelsgewebe, bei dem Kette wie Schuss etwa 22 Fäden/cm aufweisen und die Kette aus nichtelastomerem Polyestergarn zum Flächengewicht der Ware 50,2g/mn und der Schuss aus doppelt nylonfadenbewickeltem Spandex-Kerngarn mit dem Spandex-Material 37,7 g/m2 und 27,5 g/m- mit dem Nylonfaden beiträgt. Die optisehe Undurchsichtigkeit dieser Ware beträgt 46 %, bei der mit dem schaumstoffüberzogenen Spandexgarn er haftenden dagegen 83 %.
Beim weiteren Vergleich mit einem elastischen Netzgewirk aus blosse Spandexgarn (Beitrag zum Flächengewicht der Ware 78,7 g/m2), das mit einem Nylongarn (Beitrag zum Flächengewicht 171,3 g/m2) verwirkt ist, ergibt sich eine optische Undurchsichtigkeit von 68 ,.
In einem anderen Vergleich werden Teile jeder dieser Texülmatenalien 4 Std. bei Raumtemperatur in eine kommerzielle H-ypochlorit-Bleichflotle (Verdünnung 50:1) getaucht. Dabei zeigt das gazebindige Handelsgewebe eine schwache Gelbfärbung und das elastische Netzgewirk eine starke Gelbfärbung, während das unter Verwendung des schaumstoffüberzogenen Spandexkerns hergestellte Gewebe unverändert bleibt (ein vorsichtiges Auseinanderschneiden ergibt, dass der Kern den ursprünglichen Weissgrad behalten hat). Nach 3 Tagen Eintauchen in die gleiche Bleiflotte ist das blosse Spandexgarn stark abgebaut, während die schaumstoffüberzogenen Spandex-Fäden weiss und unbeeinflusst bleiben.
Fig. 4 zeigt die Ergebnisse von Zungen-Reissfestigkeitsmessungen an diesen drei Textilmaterialien, wobei auf der Ordinate die Zugspannung in der Einheit Kilogramm je Menge Spandexgarn in g/m' aufgetragen ist.
Bei der Bestimmung der Zuiigen-Reissfestigkeit wird die Materialprobe zwischen zwei 2,5 cm breiten Klemmen gedehnt, wobei die Breite jeder Probe das Mehrfache der Klemmenbreite beträgt und die Messung in der elasUschen Richtung erfolgt. Fig. 4 zeigt deutlich, dass durch Ausgedehnthalten des Elastomerkerns in einer geschäumten Hülle die Retraktionskraft des Ela sromvren wirksamer ausgenutzt wird.