DE2811794A1

DE2811794A1 - Kraeuselfaser und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2811794A1
Application number: DE19782811794
Authority: DE
Inventors: James Ernest Bromley; Jing-Peir Yu
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1978-03-17
Publication date: 1978-09-21
Also published as: IT7821329A0; FR2384040A1; GB1590564A; FR2384040B1; JPS53119318A; DE2811794C2; IT1093865B; US4176150A; CA1107472A

Description

DK BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DB. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 OZ 45 2811794

Anwaltsakte 28 940 1 7. Y;?u .V^

Monsanto Company, St. Louis, Missouri / USA

Kräuselfaser und Verfahren zu ihrer Herstellung

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t (089) 98 8272 8 München 80, Mauerkircherstraße 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100

98 70 43 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 389 2623

98 3310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808

Kräuselfaser und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine im Schmelzspinnverfahren hergestellte texturierte Faser und schafft speziell eine solche Paser mit einer besonderen Art von Textur und mit bestimmten Querschnittsformen.

Es ist bekannt, eine Faser miteinander abwechselnden S- und Z-gedrehten Abschnitten herzustellen, welche über Drehrichtungs-Umkehrbereiche miteinander verbunden sind. Solche Fasern werden durch verschiedene bekannte Verfahren hergestellt. Ein solches bekanntes Verfahren besteht darin, eine Faser zu spinnen und entweder gleichzeitig oder aufeinanderfolgend die Faser zu -■ iLehen und mit Falschdraht in der Wärme zu fixieren. Ein zweites bekanntes Verfahren besteht darin, die gezogene Faser über eine heiße Messerkante oder dergl. zu führen, um die eine Seite der Faser zu desorientieren. Jedes dieser bekannten Verfahren erfordert einen gesonderten und aufwendigen Verfahrensschritt außer dem Spinnschritt. Ein drittes Verfahren besteht darin, eine zusammengesetzte Faser zu spinnen, bei welcher zwei Polymerisate mit ungleichen Eigenschaften nicht-konzentrisch zur Faserachse miteinander vereinigt werden. Dieses dritte Verfahren erfordert eine sorgfältig ausgesuchte und aufwendige Spinnausrüstung für das Schmelzen und Spinnen der beiden Polymerisate.

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Gemäß der Erfindung ist eine neuartige Faser geschaffen, welche eine Kräuselung hat und einander abwechselnde S-gedrehte und Z-gedrehte schraubenförmig gewundene Bereiche aufweist, welche über Drehungsumkehrbereiche miteinander verbunden sind, wobei die Faser einen spiralförmigen Querschnitt hat, bei welchem der Außenteil der Spirale an der Innenseite der Windungen der schraubenförmig gewundenen Bereiche liegt. Außerdem ist durch die Erfindung ein Schmelzspinnverfahren zur Herstellung solch einer Faser geschaffen, durch welches die Nachteile der angegebenen bekannten Verfahren vermieden werden.

Die neuartige Faser gemäß der Erfindung läßt sich dadurch kennzeichnen, daß sie einen spiralförmigen Querschnitt hat, der am Innenende der Spirale geschlossen oder geöffnet ist und bei dem sich die Spirale über mehr als 360° hin erstreckt, und daß sie ein Denier zwischen etwa 1,5 und 20 hat und aus einem Polyester hergestellt sein kann.

Das bevorzugte Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Faser besteht darin, daß bei einer bestimmten Extrusionsrate ein geschmolzenes, schmelzspinnbares Polymerisat mit faserbildendem Molekulargewicht durch eine spiralförmige Düsenöffnung unter Ausbildung eines geschmolzenen Stroms extrudiert wird, welcher einen spiralförmigen Querschnitt hat, daß der geschmolzene Strom in einer Abkühlzone in eine Faser abgekühlt wird, indem der Außenteil der Spirale schneller

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als der Innenteil der Spirale abgekühlt wird, und daß die Faser aus der Kühlzone abgezogen wird.

Weitere Merkmale des Verfahrens können darin bestehen, daß das geschmolzene Polymerisat ein Polyester ist, daß die Faser aus der Abkühlzone mit einer hinreichend großen Rate abgezogen wird, um eine Faserdehnung unterhalb 65% ohne weiteren Ziehschritt zu erreichen. Das Verfahren kann als weiteren Verfahrensschritt das Ziehen der Faser auf eine Dehnung zwischen 10% und 45% umfassen.

Andere Gesichtspunkte der Erfindung sind einesteils offensichtlich und ergeben sich anderenteils aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes einer Faser gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erste beispielhafte Spinndüse gemäß der Erfindung und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine zweite beispielhafte Spinndüse gemäß der Erfindung.

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Fig. 1 zeigt einen in S-Drehung gewundenen Abschnitt einer Faser 20 gemäß der Erfindung, deren Faserquerschnitt die Form einer Spirale hat, die einen Außenbereich 22 und einen Innenbereich 24 aufweist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich liegt der Außenbereich 24 der Spirale an der Innenseite der Windungen des schraubenförmig gewundenen Bereichs der Faser, während der Restteil der Spirale an der Außenseite der Windungen des schraubenförmig gewundenen Bereichs liegt.

Aus Fig. 2 ist eine Spinndüsenöffnung ersichtlich, die zum Spinnen der Faser aus Fig. 1 verwendet werden kann. Die öffnung 26 ist in einer Spinndüsenplatte 28 ausgebildet und erstreckt sich spiralförmig von einem inneren Ende 30 bis zu einem äußeren Ende 32. Vorzugsweise erstreckt sich die Spirale über mehr als 360°, wie dies gezeigt ist. Wenn der Abstand zwischen dem Innenende 30 und dem nächsten mittleren Teil des Schlitzes 26 hinreichend klein ist, wird der Spalt zwischen dem Innenende des im Querschnitt spiralförmigen Stromes und dem nächstilegenden mittleren Querschnittsteil des spiralförmigen Stromes überbrückt, so daß eine Faser entsteht, die einen spiralförmigen Querschnitt hat, der an seinem Innenende geschlossen ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn andererseits der angegebene Abstand etwas größer ist, findet die Überbrückung nicht statt, so daß die sich ergebende Faser einen spiralförmigen Querschnitt hat, der an dem Innenende der Spirale offen ist. Die Auswahl des geeigneten Abstandes zur

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Erzeugung eines geschlossenen inneren Endes oder eines offenen inneren Endes bei speziellen Spinn- und Abkühlbedingungen kann leicht durch den Fachmann getroffen werden.

Grundsätzlich hat die Faser mit einem Querschnitt, der am inneren Spiralende geschlossen ist, eine stärkere Kräuselung als mit einem Querschnitt, dessen inneres Spiralende offen ist. Letztere hat jedoch einen beträchtlich größeren Feuchtigkeitstransport und eine beträchtlich größere Feuchtigkeitsaufnahmekapazität als erstere, welche ihrerseits Fasern mit einfachem runden Querschnitt überlegen ist.

Das folgende ist ein Beispiel der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Beispiel I

Eine der in Fig. 2 entsprechende Düsenöffnung wird verwendet, wobei der Schlitz eine Breite von 0,1 mm und eine Länge von 4 mm entlang der Spirale hat. Polyäthylen-Terephthalat-Polymerisat mit normalem Textilfaser-Molekulargewicht wird bei einer Temperatur von 290⁰C durch die Düsenöffnung extrudiert und verfestigt, indem Kühlluft quer zu der Faser in diese gerichtet wird, wobei die Faser mit 3000 m pro min aufgewickelt wird. Die Extrusionsrate für das Polymerisat ist derart ausgewählt, daß die Faser ein Denier von 8,5 hat. Die

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Kühlluft hat eine Temperatur von 18⁰C und eine relative Feuchtigkeit von 68% und wird horizontal auf den geschmolzenen Strom in einer Richtung geführt, die parallel zu dem Pfeil 34 in Fig. 2 verläuft. Die Abkühlzone hat eine Länge von 1,5m. Die Kühlluft hat eine mittlere Geschwindigkeit von 20 m pro min und trifft auf den relativ dünnen flossenartigen Außenbereich des Spiralquerschnitts auf, während der Rest des geschmolzenen Stromes gegen die Kühlluft durch den Außenteil abgeschirmt ist.

Die sich ergebende Faser hat eine latente Kräuselung und eine Dehnung von 85%. Durch Warmziehen bei einer Temperatur von 100⁰C auf eine Dehnung von 10 bis 30%, beispielsweise 20%, entwickelt das Garn eine Kräuselung von mehr als etwa 12% mit miteinander abwechselnden S- und Z-Schraubenbereichen, wobei der flossenartige Teil (der Außenteil der Spirale, welcher der Kühlluft ausgesetzt war) die Innenseite der schraubenförmigen Kräuselung bildet, während der Rest des Faserquerschnittes die Außenseite der schraubenförmigen Kräuselung bildet.

Beispiel II

Das Beispiel I wird mit der Ausnahme wiederholt, daß keine Kühlluft verwendet wird. Das sich ergebende Garn hat keine merkliche Kräuselung.

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Beispiel III

Beispiel I wird mit der Ausnahme wiederholt, daß die Düsenöffnung ringförmig ist. Das sich ergebende Garn hat eine geringe Kräuselung, die jedoch nicht ein nutzbares Ausmaß hat.

Beispiel IV

Das Verfahren aus Beispiel I wird mit der Ausnahme wiederholt, daß die Spinndüsenöffnung um 180° in ihrer Ebene verdreht wird, so daß die Kühlluft eine Richtung hat, welche dem Pfeil in Fig. 2 entgegengesetzt ist. Die sich ergebende Faser hat eine geringfügige Kräuselung, die jedoch nicht ein nutzbares Ausmaß erreicht.

Beispiel V

Das Verfahren aus Beispiel I wird mit der Ausnahme wiederholt, daß die Wickelgeschwindigkeit auf 4500 m/min erhöht wird. Hierdurch wird das Faserdenier auf etwa 5 reduziert und eine Faser erhalten, welche eine Dehnung von 45% und eine merklich entwickelte Kräuselung hat. Nach einer Kräuselprüfung, die weiter unten beschrieben ist, entwickelt die Faser eine Kräuselung von mehr als 12%.

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Das Garn wird für die Kräuselprüfung dadurch vorbereitet, daß es während einer Erwärmung auf mehr als 70⁰C auf eine Dehnung von 20% gezogen wird, falls die Dehnung dieses Maß übersteigt. Es wird darauf hingewiesen, daß der Heißziehschritt in den Spinnvorgang vor dem Aufwickeln des Garns einbezogen werden kann, falls dies erwünscht ist, oder ein sich anschließender Schritt sein kann, wobei das Garn entweder teilweise oder vollständig auf den Dehnungsbereich von 10 bis 20% gezogen werden kann, je nach der gewünschten Endverwendung des Garns. Das vorbereitete Garn wird zu einem Strang mit einem Umfang von 1,25 m gewickelt, wobei die Anzahl der Schleifen 6250 geteilt durch das Garndenier beträgt und die Spannung während des Aufwickeins zum Strang 0,035 g pro Garndenier beträgt. Dieser Strang wird dann sorgfältig an eine Stange mit einem Durchmesser von 1,27 cm aufgehängt, während ein Gewicht von 0,6 g in der Form eines Metallhakens an den unteren Teil des Stranges befestigt wird. Ein Gewicht von 1000 g wird an den Haken gehängt und nach 30 s wird die Stranglänge von der Oberseite der Stange bis zur Oberseite des Hakens bis auf den nächstkommenden Millimeter gemessen. Dieses Maß wird unten als L verwendet. Das 100 g/Gewicht wird dann abgenommen, während der Strang mit dem daran befestigten Haken in einen auf 120⁰C beheizten Ofen gebracht wird, der hinreichend groß ist, um den an der Stange hängenden, den Haken tragenden Strang aufzunehmen. Nach 5 min Verweilzeit im Ofen wird der Strang herausgenommen und immer noch an der Stange hängend in eine Atmosphäre von 23⁰C und mit

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einer relativen Feuchtigkeit von 72% gehängt. Nach einer Minute wird ein 20 g-Gewicht sorgfältig an den Haken gehängt, bis der Strang das Gewicht trägt. Es muß Sorgfalt darauf verwandt werden, daß das Gewicht nicht fallengelassen oder zu weit abgesenkt wird oder daß der Strang nicht in anderer Weise über die Belastungsspannung hinaus gestreckt wird. Nach 30 s wird die Stranglänge von der Oberseite der Stange bis zur Oberseite des Hakens bis auf den am nächsten kommenden Millimeter gemessen. Dieses Maß wird mit L_f bezeichnet. Die Kräuselung in % entspricht dann:

(L_o-L_f) (100)

^Lo

Die hier verwendete Bezeichnung "Polyester" bezieht sich auf Polymerisate mit faserbildendem Molekulargewicht und aus einer Zusammensetzung von wenigstens 85 %-Gew. eines Esters aus einem oder mehreren dihydratischen Alkohlen und terephthalischer Säure.

Die Bezeichnung "Spirale" bedeutet hier nicht nur eine Querschnittsform aus glatten Kurven sondern auch Querschnittsformen, welche aus einander schneidenden geraden Liniensegmenten zusammengesetzt sind, wie die aus Fig. 3 ersichtliche Querschnittsform.

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Claims

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR SANDMAIR PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45 / ö I ! / O H Anwaltsakte 28 940 Kräuselfaser und Verfahren zu ihrer Herstellung Ansprüche

1. Kräuselfaser mit abwechselnd mit S-Drehung und Z-Drehung schraubenförmig gewundenen Bereichen, welche von Umkehrbereichen der Drehungsrichtung miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch einen spiralförmigen Querschnitt, bei welchem der Außenteil der Spirale an der Innenseite der Windungen der schraubenförmig gewundenen Bereiche verläuft.

2. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spiralförmige Querschnitt an dem Innenende der Spirale geschlossen ist.

3. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spiralförmige Querschnitt an dem Innenende der Spirale offen ist.

4. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Denier von 1,5 bis 20.

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■» (089) 98 82 72 8 München 80, Mauerkircherstraße 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100

987043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3892623

983310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808

5. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Herstellung aus einem Polyester.

6. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale sich über mehr als 360° hin erstreckt.

7. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Kräuselung von wenigstens 8%.

8. Faser nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Kräuselung von wenigstens 12%.

9. Schmelzspinnverfahren, insbesondere zur Herstellung einer Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit gegebener Extrusionsrate ein geschmolzenes, schmelzspinnbares Polymerisat mit faserbildendem Molekulargewicht durch eine spiralförmige Düsenöffnung unter Erzeugung eines geschmolzenen Stroms extrudiert wird, daß der geschmolzene Strom in einer Abkühlzone in eine Faser dadurch abgekühlt wird, daß der Außenteil der Spirale schneller als der innere Teil der Spirale abgekühlt wird, und daß die Faser aus der Abkühlzone abgezogen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymerisat ein Polyester verwendet wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser aus der Abkühlzone mit einer hinreichend hohen Rate abgezogen wird, daß ohne weiteren Ziehschritt die Faser eine Dehnung unterhalb 65% erhält.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser außerdem auf eine Dehnung zwischen 20 und 45% gezogen wird.

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