Faden, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft Fäden, vorzugsweise Textilfäden oder -garne, insbesondere neue Fäden, die aus Polymermaterialien hergestellt sind.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Textilfäden aus polymeren Harzen nach einem Verfahren herzustellen, bei dem ein geschmolzenes Harz oder eine Lösung des Harzes aus einer sehr kleinen Öffnung extrudiert und durch ein beliebiges Mittel zur Verfestigung gebracht wird. Dadurch entsteht ein Monofilament aus Harz. Ein Monofilament, das genügend dick und stark ist, um zu einem Stoff verwoben zu werden, ist jedoch normalerwei- se ziemlich unflexibel, und um die Flexibilität zu erhöhen ist es daher nötig, relativ reine Monofilamente herzustellen, die dann miteinander vereinigt verwendet werden, um die notwendige Festigkeit zu erreichen. Manchmal werden z.B. die feinen Monofilamente zerhackt, wobei man eine Stapelfaser erhält, die dann versponnen wird.
Es wurden nun neuartige Fäden entwickelt, die die meisten, von einem Faden verlangten Eigenschaften besitzen, aber trotzdem direkt durch ein Verfahren hergestellt werden können, bei dem eine gesonderte Herstellung von feinen Monofilamenten vermieden wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Faden, der sich dadurch auszeichnet, dass er eine dreidimensionale Struktur aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen thermoplastischen Faserteilchen aufweist, wobei die Faserteilchen im wesentlichen in der Herstellungsrichtung des Fadens ausgerichtet sind und einige von ihnen einen verzweigten Querschnitt aufweisen.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Fadens, das sich dadurch auszeichnet, dass entweder ein Strang oder Band eines extrudierten, geschäumten, thermoplastischen Materials gezogen wird, so dass im wesentlichen eine Orientierung in der Extrusionsrichtung eintritt, und dass das gezogene geschäumte Material Kräften unterworfen wird wodurch die Wände des Schaums eingerissen werden und der Schaum in eine dreidimensionale Struktur von miteinander verbundenen Faserelementen verwandelt wird, oder dass der Faden aus einem gezogenen, geschäumten Material hergestellt wird, das einen grösseren Querschnitt als der herzustellende Faden aufweist, wobei die Zellwände des gezogenen Materials eingerissen werden und es so in ein dreidimensionales Gebilde von miteinander verbundenen Faserteilchen verwandelt wird und das Gebilde in Längsrichtung zerteilt wird,
so dass eine Anzahl von Fäden der gewünschten Querschnittsgrössen gebildet wird.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemässen Fadens zur Herstellung eines aus einer Vielzahl derartiger Fäden aufgebauten Materials.
Dieses Material kann ein Gewebe, Gewirk, Netz, Seil oder Zwirn sein.
Nachfolgend sollen verschiedene Ausführungs- und Verwendungsmöglichkeiten der Erfindung beispielsweise dargelegt werden.
Der erfindungsgemässe Faden kann, wenn gewünscht, auch als solcher verwendet werden, z.B. zur Herstellung von Teppichen. Eine seiner Eigenschaften besteht nämlich darin, dass die Zahl der losen Enden gering ist.
Der erfindungsgemässe Faden kann jedoch wahlweise auch vor der Verwendung einer üblichen Spinnoperation unterworfen werden, und er wird in diesem Fall bis zu einem gewissen Grad verdrillt sein, obwohl dies nur gering sein kann. Stärkere Verdrillungen können jedoch vorgenommen werden, falls dies benötigt wird, und es kann z.B. ein stark verdrillter Faden hergestellt werden.
Ein Faden, der verdrillt wurde, kann z.B. als Faden bezeichnet werden, der einen dreidimensionalen Aufbau aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen thermoplastischen Faserteilchen aufweist, die im wesentlichen als eine Reihe von Spiralen angeordnet sind, die eine gemeinsame Achse entlang der Länge des Fadens aufweisen, wobei einige der Faserteile Querschnitte aufweisen, die verzweigt sind.
Es wird hier die Bezeichnung Faserelemente oder Faserteile bzw. Faserteilchen gewählt, und nicht die Bezeichnung Faser, weil im allgemeinen die in Frage kommenden Teile im wesentlichen in drei Dimensionen untereinander verbunden sind. Daher ist die Anzahl der losen Enden im Faserverband normalerweise gering, und der Faden enthält wenige echte Fasern", d.h. Fasern mit freien Enden.
Faserteile, die einen Querschnitt aufweisen (im rechten Winkel zu der Hauptachse des Faserteilchens), der verzweigt ist sind im Faden anwesend, weil die Faserteilchen aus einem orientierten, geschäumten, thermoplastischen Material durch eine teilweise Zerstörung oder Einreissung der Wände der Zellen oder Poren, die die Schaumstruktur bilden, erhalten werden. Die Faserteile bestehen daher aus den Resten der Zellwände und besitzen deshalb gewisse charakteristische Eigenschaften, wie weiter unten beschrieben wird.
Fasern, die verzweigte Quersc} nit,e aufweisen, rühren von den Teilen der Wände verschiedener Zellen her, die im ursprünglich ol.en.7erten, geschäumten Material anwesend waren, und die Verzveigung iritt dort auf, wo ein Bruchstück der Wand einer Zelle mit Bruchstücken der Wand einer oder mehrerer anderer Zellen verbunden ist Der einfachste Fall eines verzweigten Querschnittes eines Faserteilchens kann als (edreilappig bezeichnet werden, weil in diesem Fall drei Lappen oder Arme vorliegen, wie die in Fig. 1 gezeigten Querschnitte veranschaulichen, die senkrecht zu den Hauptachsen der Faserelemente geschnitten wurden.
Damit verwandte, aber komplizierter verzweigte Querschnitte können aus einem oder mehreren miteinander verbundenen dreilappigen Querschnitten bestehen, wie z.B. in Fig. 2 gezeigt wird. Querschnitte, wie sie z.B.
in den Fig. 1 und r veranschaulicht werden, sind solche, die an einem Punkt entlang der Hauptachse eines Faserteilchens auftreten können, und es ist nicht notwen dig, dass ein Faserteilchen entlang seiner Länge konstanten Querschnitt besitzt. Normalenveise verändert sich nicht nur der Querschiiitt entlang der Länge des Faserteilchens, sondern das Faserteilchen selber ist nicht gerade und liegt nicht parallel zu dem Gesamtfaden. Es werden daher eine Reihe von Querschnitten, die entlang eines Fadens im rechten Winkel zur Herstellungsrichtung des Fadens durchgeführt wurden, den Querschnitt eines bestimmten Faserteilchens in einer Anzahl von verschiedenen Formen zeigen.
Bei einem typischen Querschnitt durch einen Faden kann die Zahl der Querschnitte von Faserteilchen, die verzweigt sind, einen geringeren Anteil ausmachen, wie z.B. 309. 40% oder weniger, aber es verleiht deren Anwesenheit, auch dann wenn sie nur 5 bis 10%, bezogen auf die Gesamtheit, ausmacht, dem Faden einen eigenen Charakter. In gewissen Fällen kann der Anteil an verzweigten Querschnitten hoch sein, wie z.B. 60 oder 70cm. aber in vielen Fällen wird er zum Beispiel im Bereich von 5 bis 50%, vorzugsweise zwischen 10 und 40C7C- insbesondere bei etwa o '7c, liegen.
Aufgrund der Herstellungsart weisen die Faserteilchen in der Hauptsache einen länglichen Querschnitt auf.
Sehr oft umfasst ein Querschnitt eines Faserteilchens mindestens zwei im wesentlichen parallele Seiten, obwohl zumindesten in den Fällen, in denen die Faserteilchen einen verzweigten Querschnitt aufweisen, diese parallelen Seiten gewöhnlich gekrümmt sein werden. Andere Querschnitte können die Form eines Polygons aufweisen, z.B.
viereckig, und sie können rechteckig oder im wesentlichen rechteckig sein. Es können jedoch auch mehr als vier Seiten vorliegen. Bei der Betrachtung des Querschnittes durch ein Faserteilchen, wird die längere (oder die längste) Dimension als die Breite und die kleinere (oder die kleinste) Dimension als die Dicke bezeichnet.
Im allgemeinen können die länglichen Querschnitte ein Verhältnis von Breite zu Dicke im Bereich zwischen 3 l und 20: 1 oder sogar noch höher, wie möglicherweise :1, i, haben. Ein gewisser Teil (möglicherweise bis zu 50% der Gesamtheit) der Querschnitte kann kompakt ein und zum Beispiel im wesentlichen die Form eines Quadrats aufweisen. Oft wird die Anzahl der kompakten Querschnitte gering sein.
Eine weitere Charakteristik der Faserteilchen der erfindungsgemässen Fäden kann als deren Oberflächengrösse in Quadratmetern pro Gramm ausgedrückt werden. Die Grösse der Oberfläche kann z.B. zwischen 0,04 und 1,05, insbesondere zwischen 0,05 und 1,0 liegen. Gut verwertbare Fäden können z.B. Faserteilchen enthalten, die Oberflächengrössen zwischen 0,1 und 0,5 aufweisen, wie z.B. etwa 0,2 oder 0,3. In gewissen Fällen kann die Oberfläche auch noch grösser sein und bis zu etwa 2 m-'/g betragen. Die Grösse der Oberfläche kann durch die Arbeitsweise des Verfahrens zur Herstellung des Fadens eingestellt werden, wobei z.B. ein geschäumtes Material mit höherer Dichte normalerweise einen Faden liefert, der eine geringere Oberfläche aufweist.
Die Dicke der Faserteilchen liegt oft im Bereich zwischen 0,002 mm und 0,10 oder 0,13 mm, z.B. zwischen 0,005 und 0,076 mm. Sie kann z.B. zwischen 0,01 und 0.05 mm liegen, und so etwa 0,015 oder etwa 0,025 mm betragen.
Der mittlere Abstand zwischen den oben beschriebenen Verbindungspunkten kann z.B. zwischen dem 5- oder 10- bis 750fachen der mittleren Dicke der Faserteilchen oder etwas mehr betragen, z.B. kann er bis zum 1000fa chen der mittleren Dicke ausmachen. Es werden z.B. gut verwendbare Fäden erhalten, wenn die mittleren Abstände zwischen den Verbindungspunkten der Faserteilchen zwischen dem 20- und 500fachen der mittleren Faserdikke liegen, so z.B. im Bereich zwischen dem 50- und 300fachen. Ein Abstand von etwa dem 100 oder 200fachen der mittleren Dicke der Mehrheit der Faserteilchen ist oft charakteristisch.
In absoluten Massstäben ausge drückt liegt der Abstand zwischen Verbindungspunkten oft im Bereich von 0,25 bis 13 mm, wie z.B. zwischen 0,5 und 7,6 mm, beispielsweise zwischen 1.3 bis 2,5 oder 5 mm.
Die Fäden können kontinuierlich hergestellt werden, und sie können auf jeden Fall in jeder für den beabsichtigten Zweck gewünschten Länge hergestellt werden. Ihre Querschnitte entsprechen den für Fäden üblichen und sind normalerweise kompakt. In speziellen Fällen, z.B.
wenn der Faden nachfolgend verdrillt wird, kann der Querschnitt des Fadens mehr länglich sein, z.B. kann er die Form eines länglichen Vierecks aufweisen, und der Faden bzw. das Garn kann dann in Form eines Bandes oder Streifens, der normalerweise schmal ist, vorliegen.
Ein derartiges Band oder ein Streifen kann z.B. eine Breite von bis zu 6,4 mm aufweisen. Wenn der Faden den normaleren kompakten Querschnitt aufweist, kann dieser kreisförmig oder ähnlich sein und in weiten Grenzen schwanken. Im allgemeinen wird er mindestens 0,13 mm betragen und kann z.B. im Bereich zwischen 0,25 und 3,8 mm oder mehr liegen, beispielsweise zwischen 0,5 und 1,3 oder 2,5 mm. Dickere Fäden können einen Durchmesser von bis zu beispielsweise 6,4 min aufweisen.
Fäden, die Durchmesser im oberen Teil dieses Bereichs aufweisen, sind zur Herstellung von bestimmten groben, aus Fasern oder Fäden bestehenden Produkten geeignet.
Im Denier-Mass-System, d.h. das Gewicht von 9000 m Faden in Gramm ausgedrückt, können die erfindungsgemässen Fäden z.B. irn Bereich von 15 bis 25 000, beispielsweise im Bereich von 100 bis 1000, insbesondere zwischen 200 und 500 liegen.
In Fällen, wo der Faden verdrillt wurde, fällt die gemeinsame Achse der Spiralen normalerweise mit der Achse des Fadens zusammen und die Schraubenlinien können z.B. zwischen 0,2 oder 0,4 und 30 Windungen pro cm aufweisen, beispielsweise 0,8 und 4,7 Windungen pro cm, insbesondere zwischen 1,6 oder 2,4 bis 4 Windungen pro cm. Die verdrillten Fäden besitzen einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Ein Faden, der ein geringes Ausmass an Verdrillungen aufweist, ist im allgemeinen weicher als einer, bei dem der Verdrillungsgrad höher ist.
Wenn der erfindungsgemässe Faden verdrillt werden soll, dann kann dies in jeder geeigneten Weise durchgeführt werden, und zwar sobald das extrudierte Material teilweise zerrissen ist, oder in einem getrennten Arbeitsgang. In manchen Fällen können die beiden Arbeitsgänge zu einem einzigen Schritt vereinigt werden. Ein Einzelfaden kann zu einem einzelsträngig verdrillten Faden verdrillt werden, oder es können zwei, drei oder mehr Fäden hergestellt und miteinander verdrillt werden, so dass man Fäden erhält, die aus mehreren Strängen bestehen. Die verdrillten Fäden können, falls dies notwendig ist, hitzefixiert sein oder unter Zug aufgewickelt, wie dies in der Praxis üblich ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren betrifft auch eine Modifikation, bei der die Fäden hergestellt werden, indem man ein Band oder einen Strang, der dei geeignete dreidimensionale Struktur der miteinander verbundenen Faserteilchen besitzt, z.B. die in der schweiz.
Patentschrift Nr. 459 131 beschriebenen Fasergebilde, zerschneidet oder zerteilt. Bei dieser Ausführungsart wird das gezogene geschäumte Material natürlich einen Querschnitt aufweisen, der grösser ist als der des gewünschten Fadens, und das gezogene Material wird eingerissen und in eine dreidimensionale Struktur von miteinander verbundenen Faserteilchen verwandelt, und diese Struktur wird in Längsrichtung in eine Anzahl von Fäden zerteilt, die die erforderlichen Querschnitte aufweisen. Auf diese Weise hergestellte Fäden können z.B. zweckdienlich, sowie im vorherigen Absatz beschrieben wurde, miteinander verdrillt werden. Beispielsweise Ausführungsarten der erfindungsgemässen Fäden werden in den Zeichnungen veranschaulicht.
Fig. 3 stellt eine vergrösserte (120mal) Darstellung der Draufsicht auf einen Faden dar, und Fig. 4 zeigt eine vergrösserte (200mal) Teilansicht eines Schnittes durch denselben Faden, wobei der Schnitt im rechten Winkel zur Extrusionsrichtung geführt wurde.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass eine grosse Anzahl von Verbindungsstellen vorkommt und, dass, bezogen auf die mittlere Dicke der Faserteilehen, die Verbindungsstellen relativ nahe beisammen liegen. Die Teile der Faserteilchen, die in Fig.3 als Enden aufscheinen, müssen im Faden nicht unbedingt in diesem Zustand vorliegen.
Einige der Enden bildeten sich, als der kleine Teil des Materials aus dem Faden zur Prüfung herausgebrochen wurde, während andere in Wirklichkeit keine freien Enden sind. Diese sind nämlich Faserteilchen, die gekrümmt sind und deren übrige Teile entweder direkt zum Betrachter oder direkt vom Betrachter weg gerichtet sind.
In Fig. 3 betragen die Abstände zwischen vielen oder dem grössten Teil der Verbindungsstellen etwa 0,25 mm.
Fig. 4 zeigt die Anwesenheit von verzweigten Querschnitten (etwa 20% bezogen auf das Ganze).
Im allgemeinen weisen die neuen, erPindungsgemäs- sen Garne ausgezeichnete Flexibilität auf und sie können zu Stoffen und textilen Materialien verwoben werden, und zu Faser oder Garnprodukten, z.B. Netzen, Schnüren und Zwirnen verarbeitet werden. Die Festigkeit in der Herstellungsrichtung ist gut und, wie klargelegt wurde, sind praktisch alle Faserteilchen durch die dreidimensionale Struktur des Fadens miteinander verbunden.
Die Faserteilchen liegen im wesentlichen in der gleichen Richtung, aber dies bedeutet natürlich nicht, dass sie alle genau in der gleichen Richtung liegen. Das allgemeine Aussehen des erfindungsgemäss hergestellten Fadens zeigt, dass er Faserteilchen enthält, die im wesentlichen parallel sind, so wie sie z.B. in einem Faden sein könnten, der eine im wesentlichen netzartige Form aufweist. In der Praxis bedeutet dies, dass die Faserteilchen im wesentlichen in der Herstellungsrichtung des Fadens liegen. Im allgemeinen weisen die Fäden ein hübsches Aussehen auf. Z.B. zeigen sie oft einen Glanz an der Oberfläche.
Das thermoplastische Material, aus dem der Faden erzeugt ist, ist ein solches, das in einen extrudierten Schaum umgewandelt werden kann. In der Praxis ist es gewöhnlich ein synthetisches Material, das faserbildend ist. Ausgezeichnete Ergebnisse werden mit einem thermoplastischen synthetischen Material erhalten, z.B. einem Polymeren oder Copolymeren, das durch Polymerisation (die den Begriff Copolymerisation mit umfasst) eines äthylenisch ungesättigten Monomeren erhalten wird. Ein derartiges Monomeres kann ein äthylenisch ungesättigter Kohlenwasserstoff sein, aber es kann z.B. auch ein Nitril, wie z.B. Acrylnitril oder Mehtacrylnitril; Vinyl- oder Vinylidenchlorid; ein Vinylester, wie z.B. Vinylacetat; oder ein Acrylsäureester, wie z.B. Äthylacrylat oder Methylmethacrylat sein.
Wenn das Monomere ein Kohlenwasserstoff ist, kann dies ein Mono-Olefin oder ein Dien sein, z.B. Äthylen, Propylen, ein Butylen. ein Penten oder Hexen; Butadien; oder ein vinylsubstituiertes Benzol, wie z.B. Styrol oder -Methylstyrol. Das Polymere kann z.B. Polyäthylen (ein Material geringer oder hoher Dichte), kristallines Polypropylen, Polystyrol oder gehär tetes Polystyrol sein. Ein Copolymeres kann im allgemeinen z.B. ein Derartiges sein, das zwei oder mehr, z.B.
drei, von irgendwelchen der oben erwähnten Monomeren enthält. Ein Comonomeres kann z.B. ein solches sein, das dem Copolymeren ein gewisses Ausmass an Flammwidrigkeit verleiht, wobei ein Beispiel für eine derartige Substanz ein Vinylhalogenid, wie z.B. Vinylchlorid, Vinylbromd oder Vinylidenchlorid, ist. Beispiele für andere Comonomere sind Vinylpyrrolidon und ein Vinylpyridin wie z.B. Methylvinylpyridin. Ein Copolymeres kann z.B. eines sein, das sich von zwei Kohlenwasserstoffmonomeren ableitet. wie z.B. ein Äthylen-Propylen- oder ein Styrol-Butadien-Copolymeres; ferner ein Kohlenwasserstoff mit einem andersartigen Monomere, wie z.B. ein Äthylen-Vinylacetatcopolymeres; oder ein Copolymeres, das sich von ungleichen Monomeren, wie z.B. Acrylnitril und einem kleinen Anteil an Vinylacetat, ableitet.
Das thermoplastische Material kann auch aus einer Mischung von zwei oder mehr Polymeren oder Copolymeren bestehen. Es kann z.B. eine Mischung aus einem Copolymeren, bestehend aus Acrylnitril mit einer geringen Menge von Vinylacetat (z.B. im Bereich von 10 Gew.-%), und Polyvinylchlorid sein. Es kann auch eine Mischung eines Acrylnitril-Vinylacetat-Copolymeren und eines Copolymeren aus Acrylnitril mit Methylvinylpyridin sein.
Vorzugsweise ist das Polymere ein thermoplastisches Harzmaterial, aber es kann auch ein elastomeres Material, z.B. ein Copolymeres sein, welches sich von genügend Dienmonomeren (wie z.B. Butadien) ableitet, so dass dieses dem Copolymeren ein gewisses Ausmass an elastomeren Eigenschaften verleiht. Das Polymere kann Naturgummi oder ein synthetisches Gummi, wie z.B. ein Polybutadien-, Styrolbutadien- oder Acrylnitrilbutadiengummi sein. Ein thermoplastisches Harzmaterial kann nichtkristallin (wie z.B. amorphes Polystyrol) oder kristallin (z.B. kristallines Polyäthylen oder Polypropylen) sein. Andere Arten von synthetischen Materialien, die angewandt werden können. umfassen Polyamide, wie z.B.
Nylon 11 und Nylon 66: Polyurethane; Polylactame, wie z.B. Polycaprolactam; und ferner Polyester, wie z.B. vom Polyäthylenterephthalat-Typ. Wenn das thermoplastische Material eine regenerierte Naturfaser ist, dann ist es vorzugsweise eines auf Basis von Zellulose, z.B. Rayon, Zelluloseacetat. Zellulosetriacetat oder Zelluloseacetatbutyrat. Beim erfindungsgemässen Verfahren ist das Ausgangsmaterial ein extrudiertes geschäumtes polyme res Material und, falls es gewünscht ist, kann dieses nach einer üblichen Extrusionstechnik hergestellt werden. Die extrudierten geschäumten Produkte, die in den britischen Patentschriften Nr. 1 089 562 und Nr. 1 089 561 beschrieben werden, können beispielsweise auch angewandt werden.
Unabhängig davon, wie der extrudierte Strang oder das extrudierte Band des geschäumten Materials hergestellt wurde, weist es einen Querschnitt auf, der im Einklang mit dem Endziel der Herstellung eines Garns steht. Der extrudierte Strang (der den Begriff eines Stabes einschliesst) oder das Band kann im wesentlichen jeden ziemlich kompakten Querschnitt aufweisen, aber oft wird der Querschnitt kreisförmig oder im wesentlichen kreisförmig, oder auch quadratisch oder rechteckig sein kann.
In Fällen. wo der Faden z.B. verdrillt werden soll, kann er. falls gewünscht einen weniger kompakten Querschnitt aufweisen und daher kann das extrudierte, geschäumte Material (obwohl dies nicht wesentlich ist) einen Querschnitt besitzen, der ein mehr längliches Rechteck oder eine ähnliche Form zeigt, so dass das extrudierte Material dann ein Band oder ein Streifen, und zwar ein ziemlich schmaler. sein kann. Falls gewünscht, kann auch ein geeigneter Strang oder ein Band erhalten werden. indem ein Blatt oder Bogen eines gezogenen, extrudierten. geschäumten Materials in Längsrichtung geschlitzt wird.
Im allgemeinen liegt, wenn der extrudierte Strang einen kreisförmigen oder ungefähr kreisförmigen Querschnitt aufweist, der mittlere Durchmesser bei spielsweise zwischen 2,5 und 25 mm, insbesondere zwisehen 5 und 13mm. Die Dichte des geschäumten Materials kann z.B. im Bereich zwischen 0,016 g pro cm3 und +.16 r pro cm liegen, wie z.B. zwischen 0,032 bis 0,064 nider 0,8 g pro cm5. Der Umstand, dass das Ausgangsmaterial geschäumt ist, kann auch durch das Porenvolumen ausgedrückt werden, das bis zur Hälfte des Gesamtvolumens betragen kann (Volumenverhältnis 0,5).
In der Praxis ist jedoch das Volumenverhältnis oft nicht geringer als 0,9, und liegt z.B. im Bereich z.B. zwischen 0,950 und 0,985, insbesondere zwischen 0,96 und 0,97 bis 0,98.
Ein Volumenverhältnis von 0,5 entspricht einem Verhältnis des Volumens des Schaums zu dem Volumen des thermoplastischen Materials, das er enthält, von 2:1.
Bei der Herstellung eines extrudierten, geschäumten, thermoplastischen Materials wird im allgemeinen das Treibmittel eine niedrig siedende Substanz sein oder ein chemisches Treibmittel. Das geschäumte Material enthält gewöhnlich geschlossene Zellen, obwohl auch ein Material, z.B. Polyäthylen, verwendet werden kann, das Zellen enthält, die zu einem gewissen Anteil miteinander verbunden oder offen sind. In vielen Fällen ist das Treibmittel eine flüchtige Substanz und oft eine, die unter üblichen Bedingungen (wie z.B. 200C und eine Atmosphäre Druck) ein Gas oder ein Dampf ist, welche aber, zu dem Zeitpunkt, wo sie vor der Extrusion unter Druck steht, in dem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen thermoplastischen Material in Lösung vorliegt. Das Treibmittel kann jedoch auch ein solches sein, das unter normalen Bedingungen eine flüchtige Flüssigkeit ist, wie z.B.
Pentan oder eine Pentanfraktion. Beispiele für verwendbare flüchtige Substanzen sind: niedere aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Äthan, Äthylen, Propan, ein Butan oder ein Pentan; niedere Alkylhalogenide wie z.B. Methylchlorid, Trichlormethan oder 1,2 Dichlortetrafluoräthan; Aceton und anorganische Gase, wie z.B. Kohlendioxyd oder Stickstoff. Die niedrigeren aliphatischen Kohlenwasserstoffe, insbesondere Butan, sind bei polyolefinischen Materialien, wie z.B. Polystyrol oder Polyäthylen, gut geeignet. Das Treibmittel kann auch ein chemisches Treibmittel, beispielsweise ein Bicarbonat, wie z.B. Natrium- oder Ammoniumbicarbonat, ferner eine organische Stickstoffverbindung, die beim Erhitzen Stickstoff abgibt, wie z.B. Dinitrosopentamethylendiamin oder Bariumazodicarboxylat, sein.
Oft liegt die geeignete Menge an Treibmittel zwischen 3 und 30 Gew. %, insbesondere zwischen 7 und 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des thermoplastischen Materials und es hat z.B. die Verwendung von 7 bis 15 Gew.-% Butan in Verbindung mit einem polyolefinischen Material ausgezeichnete Resultate geliefert. Es kann eine grosse Auswahl von kernliefernden Materialien verwendet werden, wie z.B. fein verteilte inerte Feststoffe, beispielsweise Kieselsäure oder Aluminiumoxyd, eventuell zusammen mit Zinkstearat oder geringen Mengen einer Substanz, die sich bei der Extrusionstemperatur unter Ausbildung eines verwendbaren Gases zersetzt. Ein Beispiel für die letztgenannte Klasse von kernliefernden Mitteln ist Natriumbicarbonat, das gegebenenfalls in Verbindung mit einer schwachen Säure, wie z.B. Weinsäure oder Zitronensäure verwendet wird.
Ein kleinerer Anteil des kernliefernden Mittels. z.B. bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf das thermoplastische Material, ist gewöhnlich wirksam. Wo es angemessen erscheint. kann auch ein Weichmacher anwesend sein.
Der Arbeitsgang des Ziehens wird vorzugsweise nach einem kontinuierlichen Verfahren ausgeführt, obwohl dies nicht wesentlich ist, und der Verfahrenschritt des Einreissens des Schaumes kann unmittelbar daran angeschlossen sein oder er kann in der Folge ausgeführt werden. z.B. bei bestimmten Längen des gezogenen geschäumten Materials. Das extrudierte, geschäumte, thermoplastische Material wird in der Extrusionsrichtung gezogen, und dadurch wird es in einer Richtung orientiert (einachsig) und die Zellen des Schaumes werden länglich.
Das gezogene Material besitzt gewöhnlich eine etwas höhere Dichte als das Material vor dem Ziehen. Die genauen Verfahrensbedingungen, die beim Ziehen notwendig sind, um die gewünschten Resultate zu erhalten, hängen von dem jeweilig verwendeten thermoplastischen Material ab, aber im allgemeinen haben sich Streckungsverhältnisse zwischen 20:1 und 2:1 als brauchbar herausgestellt, z.B. solche zwischen 15: 1 und 3 1. Gute Ergebnisse wurden bei einem Verhältnis zwischen 12 :1 und 5:1, insbesondere zwischen 10:1 und 7:1 erzielt.
Die angewandte Temperatur hängt wieder von dem speziellen thermoplastischen Material ab, aber in den meisten Fällen ist es eine erhöhte Temperatur, z.B. über 40 oder 500 C und bis zu 130 oder 1400 C oder in manchen Fällen noch mehr. Im Prinzip ist es wünschenswert, dass das geschäumte Material auf eine mässig erhöhte Temperatur erhitzt wird, die nicht so hoch ist, dass die Schaumstruktur gestört wird, aber hoch genug, dass das Material ausreichend ziehbar ist. Extrudiertes, geschäumtes Styrol kann z.B. zwischen 120 und 1400C gezogen werden, während für ein geschäumtes Polyäthylen hoher Dichte eine Temperatur zwischen 40 und 1000 C vorzuziehen ist.
Ein amorphes thermoplastisches Material soll normalerweise über der Glasübergangstemperatur gezogen werden, während ein kristallines thermoplastisches Material bei einer Temperatur gezogen werden kann, die geringer ist als der Schmelzpunkt der Kristallite. Wenn das geschäumte Material infolge des Extrusionsschrittes noch heiss ist, kann es nötig sein, zu kühlen, ehe es möglich ist, in einem folgenden Arbeitsschritt zu ziehen, im allgemeinen jedoch muss das geschäumte Material auf eine geeignete Temperatur erhitzt werden, ehe es gezogen werden kann, denn beispielsweise kann sogar bei einer kontinuierlichen Arbeitsweise die Temperatur des geschäumten Materials bis zum Zeitpunkt der Streckung zu stark abgesunken sein.
Wie bereits erläutert wurde, ist die angewandte Hitzebehandlung so beschaffen, dass der extrudierte Schaum für den Ziehvorgang ausreichend duktil wird, und dies kann es z.B. nötig machen, dass das geschäumte Material entweder auf eine konstante Temperatur erhitzt wird, oder dass es einer relativ hohen Temperatur (möglicherweise bis zu 2000 C) während einer kurzen Zeit unterworfen wird, worauf eine normalerweise längere Periode bei einer tieferen Temperatur angeschlossen wird. Ein geschäumtes Material, das z.B. in einer Form hergestellt ist und eine äussere Haut (die normalerweise eine höhere Dichte besitzt als das innere Material) aufweist, kann bessere Ergebnisse bei einer Hitzebehandlung liefern, die eine kurze Anfangsperiode bei hoher Temperatur umfasst.
Diese anfängliche Hitzebehandlung kann z.B. im Falle eines thermoplastischen Materials, wie z.B. kristallinem Polypropylen, zweckmässig sein, und sie kann sogar nur wenige Sekunden dauern. Die genauen Bedingungen, die notwendig sind, damit das geschäumte Material in einem für das Ziehen geeigneten Zustand vorliegt, können leicht durch einfache Versuche gefunden werden. Im allgemeinen kann jedes übliche Verfahren zur Hitzebehandlung angewandt werden. Es kann z.B.
das extrudierte geschäumte Material durch heisse Luft oder ein inertes Gas oder durch ein erhitztes Bad einer geeigneten Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, Glycerin oder Äthylenglykol, geleitet werden. In bestimmten Fällen kann das Ziehen bei Raumtemperatur durchgeführt werden, beispielsweise bei Nylonmaterialien.
Nachdem das geschäumte Material gezogen worden ist, wird es unter Ausbildung des Fadens teilweise zerstört, d.h. es wird zu einem dreidimensionalen Netzwerk von miteinander verbundenen Faserteilchen eingerissen. Bei diesem Arbeitsschritt werden die Wände der länglichen Zellen des thermoplastischen Materials eingerissen oder fibrilliert , so dass sich Faserteilchen bilden.
Die festen Dreipunktverbindungen an den Enden der Zellen sind in manchen Fällen die Verbindungspunkte einer Anzahl von miteinander verbundenen Faserteilchen. Die Umwandlung kann z.B. durch mechanische Bearbeitung des gezogenen Materials erreicht werden, wobei man auf dieses Schwerkräfte, vorzugsweise in der Querrichtung, einwirken lässt. Um dies durchzuführen, können verschiedene Arbeitsweisen angewandt werden, wie z.B. Ribbeln, Walzen, Verwinden, Rütteln, Schlagen oder andere Arbeitsweisen, bei welchen das Material Kräften unterworfen wird, die es in Querrichtung im rechten Winkel zur Orientierungsrichtung ziehen. Man kann z.B. einen sich hin- und herbewegenden Walzenspalt in Verbindung mit einem benachbarten stationären Walzenspalt verwenden, wie in der Folge näher beschrieben wird.
Andere Methoden umfassen die Verwendung von zwei zylindrischen Bürsten, von denen eine ruhig ist und die andere sich dreht; eine Schlagmühle; ferner sich bewegende Gummioberflächen, die die Form von Platten, Förderbändern oder Walzen aufweisen können. Auch Ultraschall oder geeignet ausgerichtete Luftdüsen können verwendet werden. Im Falle eines thermoplastischen Harzes liegt im allgemeinen die Temperatur, bei der die teilweise Zerstörung ausgeführt wird, bei Zimmertemperatur, beispielsweise bei 200 C oder etwas höher, etwa bis 300C. Bei bestimmten, speziellen thermoplastischen Harzen (insbesondere solchen, die eine starke Elastizität besitzen und die deshalb relativ zäh sind) und bei elastomeren Materialien im allgemeinen, liegt die angewandte Temperatur normalerweise unter Zimmertemperatur, beispielsweise bei bloss 50C oder OOC oder sogar noch tiefer.
Die oben beschriebenen, sich hin- und herbewegenden bzw. stationären Walzenspalte können in der Praxis z.B.
aus zwei Paaren (1 und 2) von Metallstäben bestehen, wie in der Stirnansicht in Fig. 5 und in der Seitenansicht in
Fig. 6 gezeigt wird. Die Stäbe (1. 2) besitzen einen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken und jedes Stabpaar besteht aus zwei ähnlichen Stäben, die senkrecht übereinander angeordnet sind. Die Stäbe jedes Paares werden mit Hilfe eines mit einer Feder versehenen Anschlages 3 leicht miteinander in Berührung gehalten.
Das linke Paar von Stäben 1 ist ruhend und wird mit den Stäben 2 durch die Wirkung einer Blattfeder 4 in
Kontakt gehalten. Hier nicht gezeigte Träger sind vorgesehen, die die Stabanordnung tragen. Die Stäbe 2 werden durch einen sich frei bewegenden senkrechten Stössel 5 hinauf und hinunter bewegt, der von einem auf der Welle eines hier nicht gezeigten elektrischen Motors sitzenden Nocken 6 angetrieben wird. Das gezogene geschäumte Material bewegt sich unter der Wirkung eines Paares von angetriebenen Walzen 7 von rechts nach links zwischen den Stäben durch.
Das dreidimensionale Netzwerk aus Faserteilchen, das durch Einreissen des gezogenen Schaumes erhalten wird, kann mehr oder weniger stark zerstört werden, so dass man Fäden erhält, die mehr oder weniger voluminös sein können. Will man Produkte erhalten, die bauschiger sind und ein geringeres Gewicht aufweisen, dann können die hergestellten Fäden aufgezupft werden und dieser Arbeitsgang kann durch übliche Vorrichtungen der Textilverarbeitung, z.B. mechanisch (beispielsweise durch geriffelte Walzen) oder durch Verwendung von beispielsweise Luftdüsen durchgeführt werden.
Bei bestimmten Fäden können einige der Faserteilchen als Bündel anwesend sein, wobei einige Fasern des Bündels mit Fasern benachbarter Bündel verbunden sind. Die Bündel treten vor allem dort auf, wo ein Faden so hergestellt wurde, dass nur eine schwache Zerstörung des gezogenen, extrudierten Schaumes auftritt.
Andere Verfahrenschritte z.B. Färben oder Schlichten können, falls dies gewünscht ist, an dem erfindungsgemässen Faden ausgeführt werden.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert.
Beispiel I
Das Beispiel beschreibt ein neues, erfindungsgemässes Polyäthylengarn hoher Dichte sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Das Ausgangsmaterial war ein Strang eines geschäumten Polyäthylens hoher Dichte, der einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 10 mm aufwies. Dieser wurde hergestellt, indem eine schäumbare Polyäthylenzusammensetzung, die 100Gew.Teile Polyäthylen hoher Dichte (Dichte 0,96 g/cm')sowie 12Gew. Teile Butan als Treibmittel und einen Teil fein verteilter Kieselsäure als kernbildendes Mittel enthielt, durch eine Pressdüsenöffnung von 2,5 mm Durchmesser bei einer Führung von 7,6 mm extrudiert wurde. Der extrudierte Strang wurde durch ein Äthylenglykolbad von etwa 1100 C geleitet und, während er sich auf dieser Temperatur befand, in der Längsrichtung auf etwa das zehnfache seiner ursprünglichen Länge gezogen.
Dies bewirkte eine Ausbildung länglicher Zellen im geschäumten Polyäthylen. Man liess das gezogene Material auf Raumtemperatur abkühlen und unterwarf es dann den Scherkräften, die durch die Auf- und Abbewegung eines Walzenspaltes (der Art wie oben beschrieben und in den Fig. 5 und 6 gezeigt wurde), durch welchen das orientierte, geschäumte Polyäthylen geleitet wurde, erzeugt wurden. Dieses Verfahren lieferte einen erfindungsgemässen Faden.
Die Stäbe 1 und 2 der Spaltvorrichtung bestanden aus blankem Aluminium und jeder wies eine Länge von 102 mm mit einem Querschnitt von 6,4 X 6,4 mm auf.
Die Geschwindigkeit des elektrischen Motors betrug 1400 Umdrehungen pro Minute und die vertikale Bewegung der Stäbe 2 betrug 12,7 mm. Das geschäumte, gezogene, thermoplastische Material wurde durch die Spaltvorrichtung mit einer linearen Geschwindigkeit von 61 cm pro Minute hindurchgeleitet.
Dieser Faden war sehr flexibel und besass eine gute Zugfestigkeit. Es konnte als Garn verwendet werden oder als Faden zum Weben von Stoffen. Der Faden bestand aus einer Masse von Polyäthylenfasern hoher Dichte,-die in drei Dimensionen an einer grossen Anzahl von Stellen miteinander verbunden waren. Die Fasern lagen im wesentlichen parallel zur Länge des Fadens, obwohl auch viele Brücken- oder Verbindungs-Fasern vorlagen, die nicht parallel zur Hauptmasse der Fasern lagen, und es gab auch wenige nicht verbundene oder lose Faserenden.
Die Faserteilchen hatten im Durchschnitt eine mittlere Dicke von etwa 0,025 mm und ihr Aussehen war im wesentlichen so wie in Fig. 3 und 4 gezeigt wird. Die durchschnittliche Oberfläche der Faserteilchen betrug 0,35 m . pro g.
Eine Probe des Fadens wurde mit 3,9 Drehungen pro cm verdrillt und es ergab sich ein verdrillter Faden mit einem mittleren Durchmesser von 1,5 mm. Dieser war flexibel und wies eine ausgezeichnete Zugfestigkeit auf.
Eine weitere Probe des hergestellten Fadens wurde auf 1,6 Drehungen pro cm verdrillt und dann wurden drei Längen von diesem mit 2,4 Drehungen pro cm zusammengedrillt. Das dabei erhaltene Produkt wurde doppelt genommen und dann nochmals mit 24 Drehungen pro cm verdrillt. Dieses zweimal dreisträngige Garn besass 4600 Denier und seine Zugfestigkeit betrug 1,2 g pro Denier.
Wenn als Ausgangsmaterial ein geschäumter Strang mit einem Durchmesser von 1,8 mm verwendet wurde, wobei die übrigen Bedingungen gleichgehalten wurden, wurde ein feinerer Faden hergestellt. In der verdrillten Form wies dieser einen mittleren Durchmesser von 0,25 mm auf.
Beispiel 2
In diesem Beispiel ist ein neuer Faden beschrieben, der aus kristallinem Polypropylen, welches einen Schmelzindex von 0,3 aufweist, erhalten wurde.
Extrudiertes, geschäumtes Polypropylen wurde durch Extrusion einer Mischung von Polypropylen und 12 Gew.-% Butan erhalten. Ein 25 mm-Extruder wurde verwendet, der eine Düsenöffnung von 2 mm aufwies; wobei der Führungskörper 12,7 mm lang war. Die Extrusionstemperatur betrug 1400 C und der Druck der Presse 70 kg pro cm2. Das erhaltene geschäumte Polypropylen bestand aus einem Materialstrang von etwa 12,7 mm Durchmesser, der eine Dichte von 0,019 g pro cm3- aufwies. Das Material war ziemlich flexibel und hatte eine silbrige Haut.
Das geschäumte Material wurde erhitzt, indem -es durch eine mit elektrischen Heizern ausgestattete Zone hindurch geleitet wurde. Es erfolgte eine 15 Sekunden dauernde Hitzebehandlung bei 2500 C. Man liess dann die Temperatur auf 900 C absinken und bei dieser Temperatur wurde das Material mit einer Geschwindig ls;eit von 7000% pro Minute gezogen, wodurch eine Verlängerung von 1300% erreicht wurde.
Das extrudierte gezogene Material wurde auf Raum temperatur abgekühlt und dann durch den in Beispiel 1 beschriebenen, sich auf- und abbewegenden Spalt geleitet.
Man erhielt eine Länge eines sehr flexiblen Fadens, der eine Dicke von etwa 2 mm aufwies und aus einer Masse von miteinander verbundenen Faserteilchen bestand, die wenige lose Enden hatten. Die Oberfläche des Fadens betrug 0,26 m- pro g. Der hergestellte Faden besass eine gute Zugfestigkeit von 4 bis 5 Pfund bei 900 C und eine Verlängerung von 10000cd pro Minute. Die Dicke der Faserteilchen lag zwischen 0,02 und 0,15mm und die Breite zwischen 0,19 und 2,8 mm. Die Zugfestigkeit des Fadens konnte durch Verdrillen vergrössert werden, z.B.
durch eine Verdrillung im Bereich von 0,1 bis 3,9 Drehungen pro cm.
Drei Längen des Fadens wurden nach der Herstellung jede auf 1,6 Drehungen pro cm verdrillt und dann wurden diese mit 2,4 Drehungen pro cm zusammengedrillt. Das dabei erhaltene dreisträngige Garn hatte 8150 Denier und eine Zugfestigkeit von 1,9 g pro Denier.
Beispiel 3
Dieses Beispiel beschreibt ein erfindungsgemässes Garn, das aus Polystyrol hergestellt ist.
Das Ausgangsmaterial war ein langer Stab aus ge schäumten Polystyrol, der durch Extrusion aus einer kreisförmigen Pressdüse aus einer schäumbaren Polysty rolzusammensetzung hergestellt wurde, die ein Butan Treibmittel und fein verteilte Kieselsäure als keimbilden des Mittel enthielt. Der Stab aus geschäumtem Polystyr rol, der 12,7 mm dick war und eine Dichte von 0,032 g pro cm3 aufwies, wurde durch ein Glycerinbad von 1300 C geleitet und bei dieser Temperatur auf das sechsfache seiner ursprünglichen Länge ausgezogen. Dies bewirkte eine Orientierung in der Längsrichtung der Zellen des geschäumten Polystyrols, die nun einen Durchmesser von 2,5 mm aufwiesen.
Das gezogene geschäumte Material wurde auf Raum temperatur abgekühlt und durch den in Beispiel 1 beschriebenen, sich auf- und abbewegenden Spalt geleitet.
Das dabei erhaltene Garn besass einen hübschen, weissen seidenartigen Glanz und war sehr flexibel. Es bestand aus einer Masse von Polystyrolfaserteilchen, die an einer grossen Anzahl von Stellen in drei Dimensionen mitein- ander verbunden waren. Die Faserteilchen lagen im wesentlichen parallel zur Extrudionsrichtung, obwohl viele Brücken- oder Verbindungs-Faserteilchen vorkamen, die nicht parallel zum Hauptkörper lagen, und es gab nun sehr wenige freie Enden.
Eine Zunahme der Zugfestigkeit wurde durch Verdrillen des Fadens bis zu einem Ausmass von 3,9 Drehungen pro cm erreicht.
Ähnliche Polystyrolfäden wurden aus einer 2,5 mm dicken Bahn von miteinander verbundenen Faserteilchen erhalten, die durch Ziehen einer Bahn aus extrudiertem geschäumtem Polystyrol und darauffolgendes Einreissen der Wände des Schaumes hergestellt wurde. Die Bahn wurde der Länge nach in enge Bänder zerschnitten, von denen jedes eine Breite von 6,4 cm aufwies, und drei davon wurden zu einem Garn zusammengedreht.
Beispiel 4
Dieses Beispiel beschreibt eine neue Faseranordnung, die aus einem Nylon erhalten wurde. Dieses war von der copolymeren Art und hatte einen tiefen Schmelzpunkt (1600 C) und ist als ein 6,6: 6 und 6:10 Copolymeres bekannt; es ist unter dem Handelsnamen Maranyl DA käuflich erhältlich. Dieses Nylon-Copolymere besteht aus einem Mischpolyamid aus Caproloctan, Hexamethylefla- dipinsäureamid und Hexamethylensebacinsäureamid.
Geschäumtes Material wurde durch Extrudieren einer Mischung aus dem Nylon mit 5 Gew.-% Aceton und 2 Gew.-% fein verteilter Kieselsäure durch eine kreisförmige Pressöffnung mit einem Durchmesser von 2,4 mm und unter Verwendung eines 38 mm-Extruders erhalten.
Die Temperatur der Presse betrug 1310 C und der Druck 84 kg pro cm". Der gekühlte, extrudierte, geschäumte Strang wies einen Durchmesser von etwa 6,4 mm auf.
Der geschäumte Strang wurde in einem Heissluftofen auf eine Temperatur von 600 C erhitzt und wurde dann auf über 1000% mit einer Verlängerung um 1000 bis 10 000% pro Minute gezogen.
Die Oberfläche des gezogenen, extrudierten Stranges wurde mit Äthylalkohol befeuchtet und der Strang dann durch den in Beispiel 1 beschriebenen mechanischen Spalt geleitet, wobei eine Fadenlänge erhalten wurde, die eine dreidimensionale Struktur von miteinander verbundenen Nylonfaserteilchen aufwies.
PATENTANSPRUCH I
Faden, dadurch gekennzeichnet, dass er eine dreidimensionale Struktur aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen thermoplastischen Faserteilchen aufweist, wobei die Faserteilchen im wesentlichen in der Herstellungsrichtung des Fadens ausgerichtet sind und einige von ihnen einen verzweigten Querschnitt aufweisen.
Thread, process for its manufacture and its use
The present invention relates to threads, preferably textile threads or yarns, in particular new threads made from polymer materials.
It has been proposed to manufacture textile filaments from polymeric resins by a process in which a molten resin or a solution of the resin is extruded from a very small opening and solidified by any means. This creates a monofilament made of resin. However, a monofilament that is thick enough and strong enough to be woven into a fabric is normally quite inflexible, and in order to increase flexibility it is therefore necessary to make relatively pure monofilaments which are then used together to make to achieve the necessary strength. Sometimes e.g. the fine monofilaments are chopped up to give a staple fiber which is then spun.
New types of threads have now been developed which have most of the properties required of a thread, but can nevertheless be produced directly by a process in which separate production of fine monofilaments is avoided.
The present invention relates to a thread which is characterized in that it has a three-dimensional structure made up of a multiplicity of interconnected thermoplastic fiber particles, the fiber particles being oriented essentially in the direction of manufacture of the thread and some of them having a branched cross section.
The invention also relates to a method for producing the thread according to the invention, which is characterized in that either a strand or band of an extruded, foamed, thermoplastic material is drawn so that an orientation essentially occurs in the extrusion direction, and that the drawn foamed material Is subjected to forces whereby the walls of the foam are torn and the foam is transformed into a three-dimensional structure of interconnected fiber elements, or that the thread is made from a drawn, foamed material that has a larger cross-section than the thread to be produced, the cell walls of the drawn material are torn and it is transformed into a three-dimensional structure of interconnected fiber particles and the structure is divided in the longitudinal direction,
so that a number of threads of the desired cross-sectional sizes are formed.
The invention also relates to the use of the thread according to the invention for producing a material made up of a large number of such threads.
This material can be a woven fabric, knitted fabric, net, rope or thread.
Various possible embodiments and uses of the invention are presented below, for example.
The thread according to the invention can, if desired, also be used as such, e.g. for the manufacture of carpets. One of its properties is that there are few loose ends.
The thread according to the invention can, however, optionally also be subjected to a conventional spinning operation before use, and in this case it will be twisted to a certain extent, although this can only be slight. However, larger twists can be made if needed, and e.g. a strongly twisted thread can be made.
A thread that has been twisted can e.g. referred to as a thread, which is a three-dimensional structure of a plurality of interconnected thermoplastic fiber particles arranged essentially as a series of spirals having a common axis along the length of the thread, some of the fiber portions having cross-sections that branch are.
The term fiber elements or fiber parts or fiber particles is chosen here, and not the term fiber, because in general the parts in question are essentially connected to one another in three dimensions. Therefore, the number of loose ends in the fiber structure is usually small and the thread contains few "real" fibers, i.e. fibers with free ends.
Fiber parts that have a cross-section (at right angles to the main axis of the fiber particle) that is branched are present in the thread because the fiber particles are made of an oriented, foamed, thermoplastic material by partially destroying or tearing the walls of the cells or pores that form the foam structure. The fiber parts therefore consist of the remnants of the cell walls and therefore have certain characteristic properties, as will be described below.
Fibers that have branched cross-sections originate from the parts of the walls of various cells that were present in the originally ol.en.7erten, foamed material, and the branching occurs where a fragment of the wall of a cell is with it Fragments of the wall of one or more other cells is connected.The simplest case of a branched cross-section of a fiber particle can be referred to as (three-lobed, because in this case there are three lobes or arms, as the cross-sections shown in Fig. 1 illustrate, which are perpendicular to the main axes the fiber elements were cut.
Related, but more intricately branched, cross-sections may consist of one or more interconnected trilobal cross-sections, e.g. is shown in FIG. Cross-sections as e.g.
1 and r are those which may occur at some point along the major axis of a fiber particle and it is not necessary that a fiber particle have a constant cross-section along its length. Normally, not only does the cross-section change along the length of the fiber particle, but the fiber particle itself is not straight and does not lie parallel to the entire thread. Thus a series of cross-sections taken along a thread at right angles to the direction of manufacture of the thread will show the cross-section of a particular fiber particle in a number of different shapes.
In a typical cross-section through a thread, the number of cross-sections of fiber particles that are branched may constitute a minor proportion, e.g. 309. 40% or less, but it gives the thread its own character, even if it is only 5 to 10% of the total. In certain cases the proportion of branched cross-sections can be high, e.g. 60 or 70cm. but in many cases it will be, for example, in the range from 5 to 50%, preferably between 10 and 40C7C - in particular around o'7c.
Due to the way they are manufactured, the fiber particles mainly have an elongated cross section.
Very often a cross-section of a fiber particle will comprise at least two substantially parallel sides, although at least in cases where the fiber particles have a branched cross-section, these parallel sides will usually be curved. Other cross-sections can be in the form of a polygon, e.g.
square, and they can be rectangular or substantially rectangular. However, there can be more than four pages. When considering the cross-section through a fiber particle, the longer (or the longest) dimension is referred to as the width and the smaller (or the smallest) dimension is referred to as the thickness.
In general, the elongated cross-sections can have a width to thickness ratio in the range between 31 and 20: 1 or even higher, such as possibly: 1, i. A certain part (possibly up to 50% of the total) of the cross-sections can be compact and, for example, substantially in the form of a square. Often the number of compact cross-sections will be small.
Another characteristic of the fiber particles of the threads according to the invention can be expressed as their surface area in square meters per gram. The size of the surface can e.g. between 0.04 and 1.05, in particular between 0.05 and 1.0. Well usable threads can e.g. Contain fiber particles which have surface sizes between 0.1 and 0.5, e.g. about 0.2 or 0.3. In certain cases the surface can be even larger and be up to about 2 m - '/ g. The size of the surface can be adjusted by the operation of the process for making the thread, e.g. a higher density foamed material normally provides a thread that has a smaller surface area.
The thickness of the fiber particles is often in the range between 0.002 mm and 0.10 or 0.13 mm, e.g. between 0.005 and 0.076 mm. You can e.g. between 0.01 and 0.05 mm, and thus about 0.015 or about 0.025 mm.
The mean distance between the connection points described above can e.g. between 5 or 10 to 750 times the mean thickness of the fiber particles or slightly more, e.g. it can be up to 1000 times the average thickness. E.g. Well usable threads are obtained when the mean distances between the connecting points of the fiber particles are between 20 and 500 times the mean fiber thickness, e.g. in the range between 50 and 300 times. A spacing of about 100 or 200 times the mean thickness of the majority of the fiber particles is often characteristic.
Expressed in absolute terms, the distance between connection points is often in the range of 0.25 to 13 mm, e.g. between 0.5 and 7.6 mm, for example between 1.3 to 2.5 or 5 mm.
The filaments can be made continuously, and in any event they can be made in any length desired for the intended purpose. Their cross-sections correspond to those customary for threads and are usually compact. In special cases, e.g.
if the thread is subsequently twisted, the cross-section of the thread can be more elongated, e.g. it can be in the form of an elongated square, and the thread or yarn can then be in the form of a ribbon or strip, which is normally narrow.
Such a tape or strip can e.g. have a width of up to 6.4 mm. If the thread has the more normal compact cross-section, this can be circular or similar and vary within wide limits. Generally it will be at least 0.13 mm and can e.g. in the range between 0.25 and 3.8 mm or more, for example between 0.5 and 1.3 or 2.5 mm. Thicker threads can have a diameter of up to 6.4 minutes, for example.
Threads with diameters in the upper part of this range are suitable for the manufacture of certain coarse products consisting of fibers or threads.
In the denier-measure system, i.e. the weight of 9000 m of thread expressed in grams, the threads according to the invention can e.g. in the range from 15 to 25,000, for example in the range from 100 to 1,000, in particular between 200 and 500.
In cases where the thread has been twisted, the common axis of the spirals usually coincides with the axis of the thread and the helical lines can e.g. have between 0.2 or 0.4 and 30 turns per cm, for example 0.8 and 4.7 turns per cm, in particular between 1.6 or 2.4 to 4 turns per cm. The twisted threads have a substantially circular cross-section. A thread that has a small amount of twist is generally softer than one that has a higher degree of twist.
If the thread according to the invention is to be twisted, then this can be carried out in any suitable manner, namely as soon as the extruded material is partially torn, or in a separate operation. In some cases, the two operations can be combined into a single step. A single thread can be twisted into a single-strand twisted thread, or two, three or more threads can be produced and twisted together, so that threads which consist of several strands are obtained. The twisted threads can, if necessary, be heat-set or wound under tension, as is customary in practice.
The method according to the invention also relates to a modification in which the threads are made by using a ribbon or strand having the appropriate three-dimensional structure of the interconnected fiber particles, e.g. those in switzerland.
Patent specification No. 459 131 described fiber structures, cut or divided. In this embodiment, the drawn foamed material will of course have a cross-section larger than that of the desired thread, and the drawn material will be torn and transformed into a three-dimensional structure of interconnected fiber particles, and this structure will be lengthwise into a number of threads divided, which have the required cross-sections. Threads made in this way can e.g. expediently, as described in the previous paragraph, are twisted together. Examples of embodiments of the threads according to the invention are illustrated in the drawings.
FIG. 3 shows an enlarged (120 times) representation of the top view of a thread, and FIG. 4 shows an enlarged (200 times) partial view of a section through the same thread, the section being made at right angles to the extrusion direction.
From Fig. 3 it can be seen that there are a large number of connection points and that, based on the mean thickness of the fiber parts, the connection points are relatively close together. The parts of the fiber particles that appear as ends in FIG. 3 do not necessarily have to be in this state in the thread.
Some of the ends formed when the small part of the material was broken out of the thread for testing, while others are actually not free ends. These are namely fiber particles that are curved and the remaining parts of which are either directed directly towards the viewer or directly away from the viewer.
In Fig. 3, the distances between many or most of the joints are about 0.25 mm.
Fig. 4 shows the presence of branched cross-sections (about 20% based on the whole).
In general, the new yarns according to the invention have excellent flexibility and they can be woven into fabrics and textile materials, and into fiber or yarn products, e.g. Nets, cords and threads are processed. The strength in the direction of manufacture is good and, as has been made clear, practically all fiber particles are connected to one another by the three-dimensional structure of the thread.
The fiber particles are essentially in the same direction, but of course this does not mean that they are all exactly in the same direction. The general appearance of the thread produced according to the invention shows that it contains fiber particles which are essentially parallel, as e.g. could be in a thread that is substantially reticulated in shape. In practice this means that the fiber particles lie essentially in the direction of manufacture of the thread. In general, the threads have a nice appearance. E.g. they often show a sheen on the surface.
The thermoplastic material from which the thread is made is one that can be converted into an extruded foam. In practice it is usually a synthetic material that is fiber-forming. Excellent results are obtained with a thermoplastic synthetic material, e.g. a polymer or copolymer obtained by polymerization (which includes the term copolymerization) of an ethylenically unsaturated monomer. Such a monomer can be an ethylenically unsaturated hydrocarbon, but it can e.g. also a nitrile, e.g. Acrylonitrile or methacrylonitrile; Vinyl or vinylidene chloride; a vinyl ester, e.g. Vinyl acetate; or an acrylic acid ester, e.g. Be ethyl acrylate or methyl methacrylate.
When the monomer is a hydrocarbon it can be a mono-olefin or a diene, e.g. Ethylene, propylene, one butylene. a pentene or hexene; Butadiene; or a vinyl substituted benzene, e.g. Styrene or methyl styrene. The polymer can e.g. Polyethylene (a low or high density material), crystalline polypropylene, polystyrene or hardened polystyrene. A copolymer can generally e.g. be one that has two or more, e.g.
three, of any of the above-mentioned monomers. A comonomer can e.g. be one which imparts some degree of flame retardancy to the copolymer, an example of such a substance being a vinyl halide such as e.g. Vinyl chloride, vinyl bromine or vinylidene chloride. Examples of other comonomers are vinyl pyrrolidone and a vinyl pyridine such as e.g. Methyl vinyl pyridine. A copolymer can e.g. be one derived from two hydrocarbon monomers. such as. an ethylene-propylene or a styrene-butadiene copolymer; also a hydrocarbon with a different type of monomer, e.g. an ethylene-vinyl acetate copolymer; or a copolymer derived from dissimilar monomers such as e.g. Acrylonitrile and a small amount of vinyl acetate.
The thermoplastic material can also consist of a mixture of two or more polymers or copolymers. It can e.g. a mixture of a copolymer consisting of acrylonitrile with a small amount of vinyl acetate (e.g. in the range of 10% by weight) and polyvinyl chloride. It can also be a mixture of an acrylonitrile-vinyl acetate copolymer and a copolymer of acrylonitrile with methylvinylpyridine.
Preferably the polymer is a thermoplastic resin material, but it can also be an elastomeric material, e.g. be a copolymer derived from enough diene monomers (such as butadiene) that this gives the copolymer some degree of elastomeric properties. The polymer can be natural rubber or a synthetic rubber, e.g. be a polybutadiene, styrene-butadiene or acrylonitrile-butadiene rubber. A thermoplastic resin material can be non-crystalline (such as amorphous polystyrene) or crystalline (such as crystalline polyethylene or polypropylene). Other types of synthetic materials that can be applied. include polyamides, e.g.
Nylon 11 and nylon 66: polyurethanes; Polylactams, e.g. Polycaprolactam; and also polyester, e.g. of the polyethylene terephthalate type. When the thermoplastic material is a regenerated natural fiber it is preferably one based on cellulose, e.g. Rayon, cellulose acetate. Cellulose triacetate or cellulose acetate butyrate. In the process according to the invention, the starting material is an extruded foamed polymeric material and, if desired, this can be produced by a conventional extrusion technique. For example, the extruded foamed products described in British Patent Nos. 1,089,562 and 1,089,561 can also be used.
Regardless of how the extruded strand or ribbon of foamed material is made, it has a cross-section that is consistent with the ultimate goal of making a yarn. The extruded strand (which includes the concept of a rod) or ribbon can be of essentially any fairly compact cross-section, but often the cross-section will be circular or substantially circular, or square or rectangular.
In cases. where the thread e.g. should be twisted, it can. if desired, have a less compact cross-section and therefore the extruded foamed material can (although not essential) have a cross-section showing a more elongated rectangle or similar shape so that the extruded material then becomes a ribbon or strip, and a pretty narrow one. can be. If desired, a suitable strand or ribbon can also be obtained. by drawing a sheet or sheet of a drawn, extruded. foamed material is slit in the longitudinal direction.
In general, when the extruded strand has a circular or approximately circular cross-section, the mean diameter is for example between 2.5 and 25 mm, in particular between 5 and 13 mm. The density of the foamed material can e.g. are in the range between 0.016 g per cm3 and +.16 r per cm, e.g. between 0.032 to 0.064 and less than 0.8 g per cm5. The fact that the starting material is foamed can also be expressed by the pore volume, which can be up to half of the total volume (volume ratio 0.5).
In practice, however, the volume ratio is often not less than 0.9, e.g. in the area e.g. between 0.950 and 0.985, in particular between 0.96 and 0.97 to 0.98.
A volume ratio of 0.5 corresponds to a ratio of the volume of the foam to the volume of the thermoplastic material it contains of 2: 1.
In making an extruded, foamed, thermoplastic material, the blowing agent will generally be a low boiling point substance or a chemical blowing agent. The foamed material usually contains closed cells, although a material, e.g. Polyethylene, which contains cells that are interconnected or open to some extent. In many cases, the blowing agent is a volatile substance and often one that is a gas or vapor under normal conditions (such as 200C and one atmosphere pressure) but which, at the time it is under pressure prior to extrusion, is in the molten or semi-molten thermoplastic material is in solution. However, the propellant can also be one which is a volatile liquid under normal conditions, e.g.
Pentane or a pentane fraction. Examples of volatile substances that can be used are: lower aliphatic hydrocarbons, such as methane, ethane, ethylene, propane, a butane or a pentane; lower alkyl halides such as e.g. Methyl chloride, trichloromethane or 1,2 dichlorotetrafluoroethane; Acetone and inorganic gases, e.g. Carbon dioxide or nitrogen. The lower aliphatic hydrocarbons, particularly butane, are important in polyolefinic materials such as e.g. Polystyrene or polyethylene, well suited. The propellant can also be a chemical propellant, for example a bicarbonate such as e.g. Sodium or ammonium bicarbonate, also an organic nitrogen compound which gives off nitrogen when heated, e.g. Dinitrosopentamethylene diamine or barium azodicarboxylate.
Often the suitable amount of blowing agent is between 3 and 30% by weight, especially between 7 and 20% by weight, based on the weight of the thermoplastic material and it has e.g. the use of 7 to 15 weight percent butane in conjunction with a polyolefinic material has provided excellent results. A wide variety of core-providing materials can be used, such as finely divided inert solids, for example silica or aluminum oxide, possibly together with zinc stearate or small amounts of a substance which decomposes at the extrusion temperature to form a usable gas. An example of the latter class of nucleating agents is sodium bicarbonate, which may be used in conjunction with a weak acid such as e.g. Tartaric acid or citric acid is used.
A smaller part of the core supplying agent. e.g. up to 5% by weight of the thermoplastic material is usually effective. Where it seems appropriate. a plasticizer can also be present.
The drawing operation is preferably carried out in a continuous process, although this is not essential, and the operation of tearing the foam can be immediate or it can be carried out in sequence. e.g. at certain lengths of the drawn foamed material. The extruded, foamed, thermoplastic material is drawn in the direction of extrusion, and thereby it becomes oriented in one direction (uniaxial) and the cells of the foam become elongated.
The drawn material usually has a slightly higher density than the material prior to drawing. The exact drawing process conditions necessary to obtain the desired results will depend on the particular thermoplastic material used, but in general aspect ratios between 20: 1 and 2: 1 have been found to be useful, e.g. those between 15: 1 and 3 1. Good results have been achieved with a ratio between 12: 1 and 5: 1, in particular between 10: 1 and 7: 1.
The temperature used will again depend on the particular thermoplastic material, but in most cases it will be an elevated temperature, e.g. above 40 or 500 C and up to 130 or 1400 C or in some cases even more. In principle it is desirable that the foamed material is heated to a moderately elevated temperature which is not so high that the foam structure is disturbed, but high enough that the material can be drawn sufficiently. Extruded foamed styrene can e.g. between 120 and 1400C, while for a foamed high density polyethylene a temperature between 40 and 1000C is preferable.
An amorphous thermoplastic material should normally be drawn above the glass transition temperature, while a crystalline thermoplastic material can be drawn at a temperature which is less than the melting point of the crystallites. If the foamed material is still hot as a result of the extrusion step, it may be necessary to cool before it is possible to draw in a subsequent working step, but in general the foamed material must be heated to a suitable temperature before it can be drawn because, for example, even with a continuous operation, the temperature of the foamed material may have dropped too much by the time it is stretched.
As already explained, the heat treatment used is such that the extruded foam becomes sufficiently ductile for the drawing process, and this can e.g. require that the foamed material is either heated to a constant temperature or that it is subjected to a relatively high temperature (possibly up to 2000 C) for a short time, followed by a normally longer period at a lower temperature. A foamed material, e.g. Made in a mold and having an outer skin (which is usually of higher density than the inner material) may give better results with a heat treatment that includes a short initial period at high temperature.
This initial heat treatment can e.g. in the case of a thermoplastic material, e.g. crystalline polypropylene, and it may even take a few seconds. The precise conditions necessary for the foamed material to be in a state suitable for drawing can easily be found by simple experiments. In general, any conventional method of heat treatment can be used. It can e.g.
the extruded foamed material by hot air or an inert gas or by a heated bath of a suitable liquid, e.g. Water, glycerine or ethylene glycol. In certain cases the drawing can be carried out at room temperature, for example with nylon materials.
After the foamed material has been drawn, it is partially destroyed to form the thread, i.e. it is torn into a three-dimensional network of interconnected fiber particles. During this work step, the walls of the elongated cells of the thermoplastic material are torn or fibrillated, so that fiber particles are formed.
The solid three-point connections at the ends of the cells are in some cases the connection points of a number of interconnected fiber particles. The conversion can e.g. can be achieved by machining the drawn material, allowing gravity forces to act on this, preferably in the transverse direction. Various modes of operation can be used to do this, e.g. Ribbing, rolling, twisting, shaking, hitting or other working methods in which the material is subjected to forces that pull it in the transverse direction at right angles to the direction of orientation. One can e.g. use a reciprocating nip in conjunction with an adjacent stationary nip, as further described below.
Other methods include the use of two cylindrical brushes, one that is steady and the other that rotates; a hammer mill; also moving rubber surfaces, which can be in the form of plates, conveyor belts or rollers. Ultrasound or suitably aligned air nozzles can also be used. In the case of a thermoplastic resin, the temperature at which the partial destruction is carried out is generally room temperature, for example 200 ° C. or slightly higher, about up to 300 ° C. In the case of certain special thermoplastic resins (in particular those which have a high elasticity and which are therefore relatively tough) and in the case of elastomeric materials in general, the temperature used is normally below room temperature, for example only 50C or OOC or even lower.
The reciprocating or stationary nips described above may in practice be e.g.
consist of two pairs (1 and 2) of metal rods, as in the front view in Fig. 5 and in the side view in
Fig. 6 is shown. The rods (1. 2) have a square cross-section with rounded corners and each pair of rods consists of two similar rods which are arranged vertically one above the other. The bars of each pair are kept slightly in contact with one another by means of a stop 3 provided with a spring.
The left pair of bars 1 is at rest and is connected to the bars 2 by the action of a leaf spring 4 in
Kept in contact. Supports, not shown here, are provided which carry the rod arrangement. The rods 2 are moved up and down by a freely moving vertical ram 5 which is driven by a cam 6 seated on the shaft of an electric motor, not shown here. The drawn foamed material moves from right to left between the bars under the action of a pair of driven rollers 7.
The three-dimensional network of fiber particles, which is obtained by tearing the drawn foam, can be destroyed to a greater or lesser extent, so that threads are obtained which can be more or less voluminous. If one wants to obtain products that are bulky and have a lower weight, then the threads produced can be plucked and this operation can be carried out by conventional textile processing equipment, e.g. mechanically (e.g. by corrugated rollers) or by using e.g. air nozzles.
With certain threads, some of the fiber particles may be present as bundles, with some of the fibers of the bundle being connected to fibers of adjacent bundles. The bundles mainly occur where a thread has been manufactured in such a way that there is little destruction of the drawn, extruded foam.
Other process steps e.g. Dyeing or sizing can, if so desired, be carried out on the thread according to the invention.
The invention is illustrated by the following examples.
Example I.
The example describes a new high-density polyethylene yarn according to the invention and a process for its production.
The starting material was a strand of foamed high density polyethylene having a circular cross section with a diameter of 10 mm. This was made by a foamable polyethylene composition, the 100Gew.Teile high density polyethylene (density 0.96 g / cm ') and 12Gew. Containing parts of butane as blowing agent and part of finely divided silica as nucleating agent, was extruded through a die opening of 2.5 mm in diameter with a guide of 7.6 mm. The extruded strand was passed through an ethylene glycol bath at about 1100 ° C. and, while at this temperature, was drawn in the longitudinal direction to about ten times its original length.
This resulted in the formation of elongated cells in the foamed polyethylene. The drawn material was allowed to cool to room temperature and then subjected to the shear forces generated by the up and down movement of a nip (of the type described above and shown in Figures 5 and 6) through which the oriented foamed polyethylene passed was generated. This process yielded a thread according to the invention.
Bars 1 and 2 of the splitter were made of bare aluminum and each was 102 mm in length with a cross section of 6.4 X 6.4 mm.
The speed of the electric motor was 1400 revolutions per minute and the vertical movement of the bars 2 was 12.7 mm. The foamed, drawn, thermoplastic material was passed through the splitter at a linear speed of 61 cm per minute.
This thread was very flexible and had good tensile strength. It could be used as yarn or as a thread for weaving fabrics. The thread consisted of a mass of high-density polyethylene fibers which were connected to one another in three dimensions at a large number of points. The fibers lay essentially parallel to the length of the filament, although there were also many bridging or connecting fibers that were not parallel to the bulk of the fibers and there were also few unconnected or loose fiber ends.
The fiber particles had an average thickness of about 0.025 mm and their appearance was substantially as shown in Figs. The average surface area of the fiber particles was 0.35 m. per g.
A sample of the thread was twisted at 3.9 turns per cm and a twisted thread with an average diameter of 1.5 mm resulted. This was flexible and had excellent tensile strength.
Another sample of the thread made was twisted 1.6 turns per cm and then three lengths of this were twisted together at 2.4 turns per cm. The product obtained was taken in duplicate and then twisted again at 24 turns per cm. This two-three-strand yarn was 4600 denier and its tensile strength was 1.2 grams per denier.
When a foamed strand with a diameter of 1.8 mm was used as the starting material with the other conditions being kept the same, a finer thread was produced. In the twisted form this had a mean diameter of 0.25 mm.
Example 2
In this example a new thread is described which was obtained from crystalline polypropylene which has a melt index of 0.3.
Extruded foamed polypropylene was obtained by extruding a mixture of polypropylene and 12% by weight of butane. A 25 mm extruder was used which had a nozzle opening of 2 mm; the guide body was 12.7 mm long. The extrusion temperature was 1400 C and the pressure of the press 70 kg per cm2. The foamed polypropylene obtained consisted of a strand of material about 12.7 mm in diameter, which had a density of 0.019 g per cm 3. The material was quite flexible and had a silvery skin.
The foamed material was heated by passing it through a zone equipped with electric heaters. Heat treatment was carried out for 15 seconds at 2500 ° C. The temperature was then allowed to drop to 900 ° C. and at this temperature the material was drawn at a speed of 7000% per minute, whereby an elongation of 1300% was achieved.
The extruded drawn material was cooled to room temperature and then passed through the up and down moving gap described in Example 1.
A length of very flexible thread was obtained which was about 2 mm thick and consisted of a mass of interconnected fiber particles which had a few loose ends. The surface of the thread was 0.26 m per g. The filament produced had a good tensile strength of 4 to 5 pounds at 900 ° C and an elongation of 10,000 cd per minute. The thickness of the fiber particles was between 0.02 and 0.15 mm and the width between 0.19 and 2.8 mm. The tensile strength of the thread could be increased by twisting it, e.g.
by a twist in the range of 0.1 to 3.9 turns per cm.
Three lengths of thread were twisted each 1.6 turns per cm after manufacture and then they were twisted together at 2.4 turns per cm. The three-strand yarn thus obtained was 8150 denier and had a tensile strength of 1.9 g per denier.
Example 3
This example describes a yarn according to the invention made from polystyrene.
The starting material was a long rod of foamed polystyrene which was produced by extrusion from a circular die from a foamable polystyrene composition containing a butane blowing agent and finely divided silica as nucleating agents. The rod made of foamed polystyrene, which was 12.7 mm thick and had a density of 0.032 g per cm3, was passed through a glycerol bath at 1300 ° C. and at this temperature it was drawn out to six times its original length. This brought about an orientation in the longitudinal direction of the cells of the foamed polystyrene, which now had a diameter of 2.5 mm.
The drawn foamed material was cooled to room temperature and passed through the up and down moving gap described in Example 1.
The resulting yarn had a pretty, white, silk-like sheen and was very flexible. It consisted of a mass of polystyrene fiber particles that were interconnected in a large number of places in three dimensions. The fiber particles were essentially parallel to the direction of extrusion, although there were many bridging or connecting fiber particles that were not parallel to the main body and there were now very few free ends.
An increase in tensile strength was achieved by twisting the thread up to an extent of 3.9 turns per cm.
Similar polystyrene filaments were obtained from a 2.5 mm thick web of interconnected fiber particles made by drawing a web of extruded expanded polystyrene and then tearing the walls of the foam. The web was cut lengthwise into narrow ribbons, each 6.4 cm wide, and three of them were twisted into a yarn.
Example 4
This example describes a new array of fibers obtained from a nylon. This was of the copolymeric type and had a low melting point (1600 C) and is known as a 6.6: 6 and 6:10 copolymer; it is commercially available under the trade name Maranyl DA. This nylon copolymer consists of a mixed polyamide made from caproloctane, hexamethylene fla- dipamide and hexamethylene sebacamide.
Foamed material was obtained by extruding a mixture of the nylon containing 5% by weight of acetone and 2% by weight of finely divided silica through a circular die having a diameter of 2.4 mm and using a 38 mm extruder.
The temperature of the press was 1310 ° C. and the pressure was 84 kg per cm ". The cooled, extruded, foamed strand had a diameter of about 6.4 mm.
The foamed strand was heated in a hot air oven to a temperature of 600 C and was then drawn to over 1000% with an extension of 1000 to 10,000% per minute.
The surface of the drawn, extruded strand was moistened with ethyl alcohol and the strand was then passed through the mechanical gap described in Example 1, a filament length being obtained which had a three-dimensional structure of interconnected nylon fiber particles.
PATENT CLAIM I
Thread, characterized in that it has a three-dimensional structure made up of a multiplicity of interconnected thermoplastic fiber particles, the fiber particles being oriented essentially in the direction of manufacture of the thread and some of them having a branched cross section.