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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Endlosgarn hoher Reißfestigkeit aus Polyäthylen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bis jetzt wurden Endlosgarne, die durch Schmelzspinnen und Streckziehen von thermoplastischen Harzen erhalten wurden, im allgemeinen wie folgt hergestellt. Zum Beispiel wird das thermoplastische Harz durch Düsen mit rundem Querschnitt stranggepreßt und passiert gewöhnlich ein Kühlbad oder wird wahlweise durch die Benutzung eines oder mehrerer Behandlungsbäder verfestigt, um Fasermaterial zu bilden. Die Fasermaterialien werden dann bei einem niedrigen Streckverhältnis von zum Beispiel 3 bis 10 und bei einer optimalen Temperatur, die von dem Typ des genutzten Harzes abhängt, gestreckt oder gezogen. Auf diese Weise werden Endlosgarne mit einer Festigkeit in Längsrichtung von 1,8 g/dtex bis 6,3 g/dtex produziert. Um die Reißfestigkeit der Endlosgarne zu erhöhen, wird die Benutzung eines höheren Streckverhältnisses von zum Beispiel 11 bis 20 verlangt. In diesem Fall jedoch wird, obwohl die Festigkeit in Längsrichtung erhöht wird, die Knotenfestigkeit merkbar mit dem Ansteigen des Streckverhältnisses verringert. Außerdem sollten, um das Streckverhältnis zu erhöhen, ungestreckte Garne mit hohem Titer benutzt werden und als Ergebnis werden Vakuumblasen in den Garnen erzeugt wegen der Schwankung des Wärmeschrumpfens beim Kühlen in den inneren Teilen der Garne. Zusätzlich treten in den Fällen, in denen Garne bei einem hohen Streckverhältnis gestreckt werden, andere Probleme auf wie zum Beispiel das Bleichen der Garne, die Erzeugung von Flocken und Staub auf der Oberfläche der Garne und ähnliches.
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In einer dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Veröffentlichung untersuchten Yaki et al. bei Garnen aus Polyäthylen den Einfluß von Schmelzextrusionstemperatur, Schmelzziehverhältnis beim Verspinnen des Garns, und insbesondere Molekulargewichtsverteilung auf die Zugstärke des schließlich erhaltenen Endlosgarnes, wobei sie nach dem Schmelzspinnen des Garns das Verstrecken in zwei erwärmten Bädern anwandten und befanden, daß die angewandte Badtemperatur von 60-100°C der Bäder auf das maximale Streckverhältnis nicht klar ist (K. Yaki et al., J. Appl. Polymer Sci. Bd. 22 (1978), S. 2553-2571, insbesondere S. 2557).
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Garne aus Polyäthylen werden in weitem Maße als Fasermaterialien für die marine Industrie benutzt, da die Dichte des Polyäthylens kleiner als 1 ist. Die Festigkeit von Polyäthylen ist jedoch merkbar geringer als die der anderen synthetischen Faserstoffe wie Polyester, Polyamid und ähnliches. Zum Beispiel ist die Festigkeit von Tauen aus hochdichtem Polyäthylen meistens ungefähr 70% der Festigkeit von Polyestertauen mit dem gleichen Durchmesser und höchstens ungefähr 50% der Festigkeit von Nylontauen mit dem gleichen Durchmesser. Deswegen ist der Gebrauch des Polyäthylens in Produkten wie Schleppseilen für große Öltanker, bei denen hohe Festigkeit verlangt werden, begrenzt.
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Entsprechend ist es eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung von Endlosgarnen aus Polyäthylen-Harzen mit hoher Reißfestigkeit zu schaffen, bei dem die Probleme des Abfalls der Knotenfestigkeit und des Streckbruches bei einem großen Streckverhältnis durchgreifend gelöst sind und die Reißfestigkeit des Endlosgarnes weiter verbessert ist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Polyäthylen-Endlosgarnen zu schaffen, die eine verbesserte Reißfestigkeit von ungefähr 1,5 bis 2mal der Reißfestigkeit der üblichen Endlosgarne haben, ohne daß ein Bleichen der Garne auftritt, wobei das Verfahren einen guten Betriebswirkungsgrad aufweisen soll.
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Diese Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden bei einem Herstellungsverfahren für Endlosgarn aus Polyäthylen-Harzen mit einer hohen Reißfestigkeit durch Schmelzspinnen und mehrstufiges Verstrecken bei erhöhten Temperaturen, wobei die erste Streckstufe als Verjüngungsstrecken, bei dem Einschnürungsverformungen auftreten, in Wasser bei 100°C oder weniger durchgeführt wird, dadurch gelöst, daß ein Garn aus Polyäthylen aus Düsen, die eine Querschnittsfläche S (mm²) aufweisen, die die folgenden Bedingungen erfüllen:
0,503 mm² ≤ S ≤ 3,14 mm² °=c:30&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;&udf53;vu10&udf54;0,09¤&udf58;t&udf56;¤@W:°KI°k:°KS°k¤¥&udf54;¤&udf58;t&udf56;0,30&udf53;zl10&udf54;worin I das maximale sekundäre Querschnittsmoment max (I x , I y ) (d. h. das maximale Moment der sekundären Querschnittsmomente auf die Hauptachsen x und y bezogen, die durch das Zentrum des Schwerpunktes des Querschnittes gehen) darstellt, schmelzgesponnen und dann dem mehrstufigen Verstrecken unter Bedingungen, die die folgenden Gleichungen erfüllen, unterworfen wird: °=c:70&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz6&udf54; &udf53;vu10&udf54;worin i die Anzahl der Streckstufen ist, e ist die Basis des natürlichen Logarithmus (d. h. 2,71828), V&sub1; ist die lineare Anfangsgeschwindigkeit (m/min), V i+1 ist die lineare Endzugsgeschwindigkeit (m/min) bei der i-ten Streckstufe, DR Ti ist das Gesamtstreckverhältnis bei der i-ten Streckstufe, DT Tiw ist das DR Ti , bei dem das Garn bei der i-ten Streckstufe anfängt zu bleichen, T m ist der Schmelzpunkt des verwendeten Polyäthylens und R i ist die Temperatur des Garnes bei der i-ten Streckstufe, und daß dieses Verstrecken so durchgeführt wird, daß die der ersten Streckstufe folgenden Streckstufen mit Hilfe von geheizten Walzen nach Beendigung des Verjüngungsstreckens durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verstanden.
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Es zeigt
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Anordnung mit der das Endlosgarn mit hoher Reißfestigkeit produziert wird
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Fig. 2 und 3(a), (b), (c) schematische Darstellungen, die Querschnitte von Garnbeispielen aus hochdichtem Polyäthylen zeigen, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten werden und
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Fig. 4 und 5 die schematische Darstellung von Querschnitten von Beispielen von Garnen aus hochdichtem Polyäthylen mit einem hoher Titer, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten werden.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden geschmolzene Garne aus Polyäthylen, in einem mehrstufigen Streckverfahren bei einem hohen Streckverhältnis gestreckt, ohne das Bleichen der Garne und Streckbrüche zu verursachen. Das optimale Streckverhältnis jeder Streckstufe wird durch das Streckverhältnis bestimmt, bei dem das Bleichen beginnt und durch die Anzahl der Streckstufen. Die optimale Garntemperatur jeder Stufe wird durch den Schmelzpunkt des Garnes und die Anzahl der Streckstufen bestimmt.
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In dem Falle daß DR Ti > DR Tiw ist, treten Probleme wie Bleichen des Garnes, die Erzeugung von Flocken und Staub auf der Oberfläche der Garne auf, wodurch der kommerzielle Wert verloren ist. Andererseits treten im Falle, daß
DR Tiw > DR Ti > DR Tiw × (1,0 - 0,0970 e -0,312 × i )
ist, häufig unerwünschte Streckfehler auf, obwohl kein Bleichen der Garne verursacht wird. Daher muß entsprechend der vorliegenden Erfindung das mehrstufige Streckverfahren unter Bedingungen, die die folgenden Gleichungen erfüllen, durchgeführt werden:
DR Tiw > DR Ti > DR Tiw × (1,0 - 0,0970 e -0,312 × i )
außerdem muß die Temperatur R i des Garnes sein
R i ≤ T m - 37 (i = 1)
T m - 27 ≤ R i ≤ T m - 17 (i ≤ 2)
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Im Falle, daß die Temperatur R i des Garnes nicht innerhalb des oben erwähnten Bereiches liegt, tritt das Phänomen des Bleichens auf oder die Festigkeit wird nicht verbessert, auch wenn das Strecken durchgeführt werden kann.
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Im Falle, daß das oben erwähnte Streckverhältnis jeder Stufe und die oben erwähnte Temperatur der Garne beibehalten werden, werden Garne mit einer hohen Reißfestigkeit, zum Beispiel mehr als das 1,5- bis 2fache von der der konventionellen Garne effektiv produziert, ohne daß das Bleichen der Garne auftritt.
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Die zu streckenden Garne werden gewöhnlich mit Hilfe einer Schneckenpresse stranggepreßt. Obwohl jede gewöhnliche Schneckenstrangpresse für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren benutzt werden kann, wird vorzugsweise eine Schneckenpresse für das erfindungsgemäße Verfahren benutzt, die ein Meßteil für die Rillentiefe Hm von 0,157D 0,719 bis 0,269D 0,719 (worin D der Durchmesser(mm) der Bohrung der Strangpresse ist), aufweist. Im Fall, daß die Rillentiefe kleiner als 0,157D 0,719 ist, wird die Produktionskapazität geringer und außerdem kann eine Wärmeerzeugung des Harzes auftreten, wodurch verschiedene Probleme, wie das Auftreten von Schwingungen des Garnes und Rauchen während des Strangpressens und die Erzeugung von Flocken und Staub, verursacht werden. In dem Fall, daß die Rillentiefe größer als 0,269D 0,719 ist, können eine Verfärbung der Garne und Streckbrüche auftreten, die auf die Verminderung der Mischung des Harzes zurückzuführen sind.
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Die Düsen, durch die die Garne bei dem Schmelzspinnverfahren stranggepreßt werden, sind wie erwähnt im erfindungsgemäßen Verfahren solche, die eine Querschnittsfläche S (mm²) aufweisen, die die folgende Gleichung erfüllen:
0,503 mm² ≤ S ≤ 3,14 mm² °=c:30&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;&udf53;vu10&udf54;0,09¤&udf58;t&udf56;¤@W:°KI°k:°KS°k¤¥&udf54;¤&udf58;t&udf56;0,30&udf53;zl10&udf54;
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In der Gleichung stellt I das maximale sekundäre Querschnittsmoment dar, max (I x , I y ), das heißt, das maximale Moment der sekundären Querschnittsmomente auf die Hauptachsen x und y bezogen, die durch das Zentrum des Schwerpunktes des Querschnittes gehen.
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Die in der vorliegenden Erfindung benutzten Querschnittsformen der Düsen sind ovalförmig, kapselförmig (oder verlängerte Kreisform), hantelförmig und ähnliches, wobei die Querschnittsfläche S 0,503 bis 3,14 mm² und das maximale sekundäre Querschnittsmoment 0,09 S ² bis 0,30 S ² mm&sup4; beträgt. Besonders ist der Gebrauch einer ovalförmigen Düse mit einem Verhältnis der langen Achse azur kurzen Achse b (d. h. a/b) von 1,2 bis 1,6 wünschenswert. Das ist bedingt dadurch, daß die Herstellung von Düsen schwierig und aufwendig wird, wenn die Querschnittsformen der Düsen kompliziert werden. Das wünschenswerte L/De (worin L: Führungsphasenlänge in mm, De: einem vollkommenen Kreis entsprechender Durchmesser (mm) = 2 @O:°KS°k:&udf57;°Kp&udf56;&udf54;) der Düsen ist 10 bis15. Obwohl es keine Begrenzungen in der Struktur der Führungsphase gibt, ist die gerade Führungsphase in Hinsicht auf Herstellungskosten und Genauigkeit der Herstellung (oder des Schneidens) wünschenswert. Die wünschenswerte Anordnung der Düsen in einem Gesenk ist derart, daß die x- oder y-Achse, die durch den Schwerpunkt des Querschnitts der Düsen gehen und die ein kleineres sekundäres Querschnittsmoment aufweist, tangential zu dem Rollkreisdurchmesser (P.C.D.) ist. Wenn die Düsen umgekehrt angeordnet sind, kann der Schwankung der in den ungestreckten Garnen erzeugten Wärmeschrumpfung nicht merkbar begegnet werden. Bei Verwendung der oben erwähnten Düsen, können Vakuumblasen in den ungestreckten Garnen nur sehr schwer gebildet werden, selbst in dem Fall, daß die Garne bei einem hohen Streckverhältnis gestreckt werden, treten die unerwünschten Streckausfälle nicht auf und Garne mit hoher Knotenfestigkeit können erhalten werden.
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Wie oben schon erwähnt wurde, haben die bei dem Schmelzspinnschritt angewendeten Düsen eine Querschnittsfläche S von 0,503 bis 3,14 mm² und ein maximales Querschnittsmoment von 0,09 S² bis 0,30 S² mm&sup4;. In dem Fall, in dem die Querschnittsfläche S kleiner als 0,503 mm² ist, wird die Herstellung der Düsen schwierig und, da ein Schmelzbruch während des Schmelzspinnschrittes erzeugt werden kann, kann das Strecken nicht bei einem hohen Streckverhältnis durchgeführt werden. Andererseits wird in den Fällen, wo die Querschnittsfläche größer als 3,14 mm² ist, der Spinndruck gering, so daß das Ausfließen ungleichmäßig wird und die Garne dazu neigen direkt unter den Düsen abgeschnitten zu werden, wodurch die Ausbeute des Garns geringer wird.
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In den Fällen, wo das maximale sekundäre Querschnittsmoment i geringer als 0,09 S² mm&sup4; (z. B. in den Fällen von vollständigen Kreisen, I = @O:°KS¤¥:4&udf57;°Kp&udf56;&udf54; = 0,0796 S ² mm&sup4;) neigen Vakuumblasen in den ungestreckten Garnen dazu, aufzutreten und daher kann die gewünschte hohe Streckfähigkeit nicht erreicht werden. Wenn die hohe Streckung ausgeführt wird, wird häufiger Streckausfall verursacht und Garne mit nur einer geringen Knotenfestigkeit können bei einer niedrigen Ausbeute erhalten werden. Andererseits, in den Fällen wo das maximale sekundäre Querschnittsmoment I größer als 0,30 S ² mm&sup4; ist, obwohl die oben erwähnten Probleme gelöst werden können, werden in den Garnen dünnere Teile erzeugt, so daß die Garne dazu neigen, an den dünneren Stellen während des Streckschrittes zu reißen und die Herstellung von zum Beispiel Tauen wird schwierig.
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Zusätzlich sind die bei dem Schmelzspinnschritt angewendeten Düsen vorzugsweise in der Weise ausgeführt, daß die Polyäthylen-Harze geschmolzen stranggepreßt werden können bei einer Düsenschubzahl von 150 bis 900 sec-1. Im Falle, daß die Düsenschubzahl geringer als 150 sec-1 ist, wird der Spinndruck verringert und daher ändert sich die Strangpreßgeschwindigkeit, wodurch Erzeugnisse mit unregelmäßigem Titer produziert werden. Im Gegensatz dazu, können in den Fällen, wo die Düsenschubzahl größer als 900 sec-1, Schmelzbrüche leicht auftreten und Verschmutzungen treten bei einer längeren Betriebsdauer an den Spinndüsen auf, wodurch die Garne unter den Düsen abgeschnitten werden können.
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Weiterhin soll das Streckverhältnis f (d. h. f = V&sub1;/V&sub0; worin V&sub0; eine lineare Strangpreßgeschwindigkeit bei einem Düsenausströmen (m/min) ist, V&sub1; die lineare Zuggeschwindigkeit (n/sec) ist) vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 1,00 bis 3,50 (gewöhnlich 0,5 bis 1,5 im Falle eines vollkommenen Kreises) liegen. Im Falle, daß das Streckverhältnis kleiner als 1,00 ist, wird die erwünschte Steigerung der Festigkeit der Garne wegen der unzureichenden molekularen Orientierung nicht erreicht. Dazu entgegengesetzt, treten in den Fällen, wo das Streckverhältnis größer als 3,5 ist, Probleme wie Streckausfall, Bleichen des gestreckten Garnes und ähnliches auf.
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Ein typisches Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird anschließend mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Polyäthylen- Harz in geschmolzenem Zustand mit Hilfe einer Schneckenstrangpresse 1 stranggepreßt und passiert dann ein Kühlbad, wobei ungestreckte Garne 11 erzeugt werden. Wahlweise können die Garne durch die Anwendung eines Behandlungsbades (nicht in Fig. 1 gezeigt) verstärkt werden.
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Die ungestreckten Garne 11 werden gestreckt bei einem hohen Streckverhältnis bei einer optimalen Temperatur, die vom Typ des Polyäthylen-Harzes abhängt. Die Angangsgarne 11 werden zum Beispiel, wie in Fig. 1 gezeigt, zuerst einem erststufigen Strecken in einem warmen Wasserbad 4 über erste Zugwalzen 3 unterworfen. Dann passieren die Garne durch zweite Zugwalzen 5 und Vorheizwalzen 6, wobei die Garne bis zu einer optimalen Temperatur vorgeheizt werden, die von dem benutzten Polyäthylen-Harz abhängt. Die so vorgeheizten Garne werden einer zweiten Streckstufe unterworfen, wenn sie durch die Wärmewalzen 7 geleitet werden. Die gestreckten Garne werden unter Benutzung einer Winde 10 durch Endzugswalzen geleitet, wahlweise können sie mit Hilfe der Ausglühwärmewalzen 9 ausgeglüht werden. Obwohl die Form, die Anordnung und die Anschlußflächen der in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzten Walzen nicht speziell begrenzt sind, ist der Gebrauch von Haltewalzen wünschenswert, so daß die Garne nicht rutschen.
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Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird die Längsfestigkeit von gestreckten Faserstoffen weitgehend durch das Streckverhältnis beeinflußt. Da entsprechend der vorliegenden Erfindung ein extrem hohes Streckverhältnis angewendet werden kann, können Garne mit hoher Reißfestigkeit erzeugt werden. Zusätzlich ist die Knotenfestigkeit der nach dem vorliegenden Verfahren erzeugten Garne um 30% bis 50% größer als die der konventionellen Garne bei gleichem Streckverhältnis. Zusätzlich werden entsprechend der vorliegenden Erfindung Garne mit hoher Dehnungsfähigkeit erzeugt.
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Entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verjüngungsstrecken, durch das Einschnürungsverformungen auftreten, vorzugsweise mit Hilfe des Kaltwasserstreckverfahrens und Ultrastrecken nach der Einschnürungsverformung mit Hilfe von Wärmewalzen vervollständigt. Mehrstufiges Strecken bedeutet gewöhnlich, daß die Garne in zwei oder mehr Stufen gestreckt werden. Die physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit der Garne werden mit der Steigerung der Anzahl von Streckstufen verbessert. Die Installationskosten werden aber mit der Steigerung der Anzahl der Streckstufen erhöht. Daher wird nach praktischen Gesichtspunkten ein drei- oder vierstufiges Strecken verwendet.
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Wie oben erwähnt, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung das Verjüngungsstrecken, bei dem Einschnürungsverformungen auftreten, vorzugsweise mit Hilfe von Kaltwasserstreckverfahren angewendet. Insbesondere in den Fällen, wo das Strecken, bei dem die Einschnürungsverformung auftritt, bei einer Verformungsgeschwindigkeit von 50 min-1 oder weniger durchgeführt wird und wo das anschließende mehrstufige Strecken nach dem Ende der Einschnürungsverformung bei einer Verformungsgeschwindigkeit von 20 min-1 oder weniger durchgeführt wird, können wünschenswerte Resultate erzielt werden. Die Verformungsgeschwindigkeit beim Strecken ist definiert durch °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;worin L i der effektive Streckabstand (m) bei dem i-stufigen Strecken ist, V i ist die lineare Fördergeschwindigkeit (m/min) des Garnes bei dem i-stufigen Strecken und V i + 1 ist die lineare Zuggeschwindigkeit (m/min) des Garnes bei dem i-stufigen Strecken.
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Wenn die Verformungsgeschwindigkeit während des Verjüngungsstreckens größer als 50 min-1 ist, treten Probleme auf, die die Bildung von Hohlräumen in den Garnen, das Bleichen der Oberfläche der Garne und das Auftreten von Streckbrüchen umfassen. Dazu entgegengesetzt treten, wenn die Verformungsgeschwindigkeit während des mehrstufigen Streckens nach der Beendigung der Einschnürungsverformung kleiner als 50 min-1 ist, häufig Streckausfälle auf und daher kann ein genügend hohes Streckverhältnis nicht angewendet werden.
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Das Streckverhältnis bei jeder Stufe kann vorzugsweise in der Weise festgesetzt werden, daß es um 0,2 bis 0,5mal geringer ist als das Streckverhältnis ist, bei dem Bleichen auftritt. Weiterhin wird empfohlen, daß das Verjüngungsstrecken bei einer Temperatur von 100°C oder weniger durchgeführt wird und daß das anschließende mehrstufige Strecken nach der Beendigung der Einschnürungsverformung bei einer Temperatur von 100°C oder mehr durchgeführt wird.
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In dem Fall, in dem das Garn aus Polyäthylen entsprechend der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, wird vorzugsweise Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 0,1 bis 0,9 g/10 min benutzt. In dem Fall, bei dem der Schmelzindex von Polyäthylen geringer als 0,1 g/10 min ist, können Probleme auftreten, die die Erzeugung von Schmelzbruch beim Spinnen, eine schlechte Streckeigenschaft, einen Abfall des Streckverhältnisses, bei dem das Bleichen auftritt und ein hohes Streckverhältnis unmöglich ist, umfassen, so daß Garne mit hoher Reißfestigkeit nicht erhalten werden können. Andererseits ist es in Fällen, wo der Schmelzindex von Polyäthylen größer als 0,9 g/10 min ist, schwierig Garne mit einer hohen Reißfestigkeit zu erhalten, obwohl ein großes Streckverhältnis angewendet werden kann.
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Weiterhin ist es wünschenswert, daß ein Verhältnis von einem Hochlastschmelzindex zu einem Schmelzindex (d. h. Hochlastindex/Schmelzindex) von Polyäthylen 40 oder kleiner ist. In dem Fall, wo das Verhältnis eines Hochlastindex größer als 40 ist, kann nicht nur die gewünschte Festigkeit in Längsrichtung und Knotenfestigkeit des Garns nicht erreicht werden, sondern auch die Spinnfähigkeit wird verringert, wodurch die Garne unter den Düsen abgeschnitten werden, es sei denn, Düsen mit einem Durchmesser, der dem gewünschten Titer entspricht, werden in der Zeit benutzt, wo der Titer des Garnes geändert wird.
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Unter den Polyäthylenharzen, die den oben erwähnten Schmelzindex und das Verhältnis von Hochlastschmelzindex zu Schmelzindex aufweisen, können vorzugsweise Polyäthylenharze mit mittlerer und hoher Dichte verwendet werden im Hinblick auf die Preßfähigkeit und die Festigkeit. Diese Harze können zum Beispiel ein Homopolymer von Äthylen und dessen Copolymer mit einem anderen Monomer sein. Diese Harze können wahlweise einen Wärmestabilisator, ein Alterungsagens, ein Gleitmittel, ein Agens zum Mattieren, ein Pigment, ein Flammenverzögerer, ein Treibmittel und ähnliches enthalten.
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In dem Fall, in dem ein hochdichtes Polyäthylen in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, das einen Schmelzindex von 0,1 bis 2,0 g/10 min, eine Dichte von 0,950 bis 0,960 g/cm³ und ein Verhältnis von Hochlastschmelzindex zu Schmelzindex von 20 bis 35 aufweist, können hochdichte Polyäthlengarne hoher Reißfestigkeit mit den folgenden Eigenschaften kontinuierlich erzeugt werden.
- Reißfestigkeit (g/dtex) : 10,0-13,5
Bruchdehnung (%) : 4,0-10,0
Elastizitätsmodul (kg/mm²) : 1600-3200
Schmelzpunkt (°C) : 136-145
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Die dtex-Zahl der nach der vorliegenden Erfindung erzeugten hochdichten Polyäthylengarne ist vorzugsweise 660 dtex oder mehr in Hinsicht auf die Einfachheit der Herstellung. Die Form der Querschnittsflächen kann unterschiedlich sein. Beispiele solcher Formen sind in Fig. 2 bis 5 gezeigt. Besonders Garne mit Querschnittsflächen nach Fig. 4 und 5, insbesondere Fig. 5 sind wünschenswert, da diese Formen die folgenden Wickel- und Drehstufen bei der Herstellung von Tauen vereinfachen, und solche Taue weisen eine hohe Reißfestigkeit und eine Flexibilität auf.
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Diese hochdichten Polyäthylengarne mit hoher Reißfestigkeit können vorzugsweise an Stelle von Nylontauen benutzt werden, insbesondere auf dem Gebiet von Tauen für große Schiffe (z. B. Haltetaue), da die Reißfestigkeit gleich der Reißfestigkeit von Nylon ist, die Dichte geringer als die des Wassers ist, da die Produktionskosten weniger als die Hälfte der Produktionskosten von Nylon sind und die Aufschrumpfung gering ist.
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Wie oben schon erwähnt wurde, können nach der vorliegenden Erfindung Endlosgarne mit einer hohen Reißfestigkeit erhalten werden, die 50 bis 100% größer als die der konventionellen Endlosgarne ist. In dem Fall, wo ein Kaltwasserstrecken, das den höchsten Wärmeübertragungskoeffizienten aufweist, während der ersten Streckstufe benutzt wird, kann der Einschnürungspunkt festgelegt werden und einheitliche Garne können erhalten werden. In dem Fall, bei dem Wärmewalzen während der zweiten und den folgenden Streckstufen benutzt werden, vergrößert sich die Wahlfreiheit der Anzahl der Streckstufen und dim Vergleich mit anderen Techniken einschließlich Heißplattenverfahren, Warmluftverfahren und andere, verringern sich Installationskosten der Vorrichtung und die Betriebsfähigkeit wird verbessert.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden an Hand von Beispielen und Vergleichsbeispielen weiter erläutert, wobei sich die Erfindung nicht nur auf diese Beispiele begrenzt.
Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4
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Hochdichtes Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 0,45 g/10 min und einer Dichte von 0,955 g/cm³ wurde im schmelzenden Zustand stranggepreßt und wurde einem mehrstufigen Strecken nach dem Abkühlen unterzogen unter Bedingungen, wie sie in Tabelle 1 unten gezeigt werden. Auf diese Weise wurden Endlosgarne produziert. Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Die gemeinsamen Produktionsbedingungen sind folgende:
- Strangpresse: 40 mm ∅, L/D = 24
Schnecke: Kompressionsverhältnis von 3,2
Brecherplatte: 2,0 mm ∅ × 86H
Siebpackung: fünf (80, 100, 120, 150 und 100 Maschen)
Anzahl der Düsenöffnungen: 40
Temperatur der Strangpresse: C&sub1; = 160, C&sub2; = 250, C&sub3; = 290, D&sub1; = 290, D&sub2; = 290 (°C)
Luftspalt: 5 cm
Temperatur des Kühlbades: 17°C
Strecktemperatur
Erste Stufe: 100°C (Naßverfahren)
Zweite Stufe: 115°C (Warmwalzverfahren)
Dritte Stufe: 115°C (Warmwalzverfahren)
Vierte Stufe: 120°C (Warmwalzverfahren)
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Testmethoden der physikalischen Eigenschaften von Endlosgarn:
- JIS (Japanese Industrial Standards)-L-1070
Einspannabstand = 30 cm,
Zuggeschwindigkeit = 30 cm/min,
Temperatur = 20°C
Relative Feuchtigkeit = 60%
Tabelle 1 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz46&udf54; &udf53;vu10&udf54;
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Wie aus den Resultaten der Tabelle 1 klar zu ersehen ist, kann, entsprechend der vorliegenden Erfindung, die Streckfähigkeit verbessert werden und keine wesentlichen Streckausfälle treten auf. Weiterhin, was die Festigkeit des so erhaltenen Endlosgarns betrifft, können Garne mit einer hohen Längsfestigkeit und einer hohen Knotenfestigkeit in Beispielen 1 bis 4 erhalten werden. Dazu gegensätzlich war die Längsfestigkeit im Vergleichsbeispiel 1 gering, vielleicht wegen des niedrigen Zugverhältnisses f und des niedrigen Streckenverhältnisses. Im Vergleichsbeispiel 2 ist die Längsfestigkeit auch gering, vielleicht des niedrigen Streckenverhältnisses. In Vergleichsbeispiel 3 ist die Streckfähigkeit sehr schlecht, vielleicht wegen des niedrigen maximalen sekundären Querschnittsmoments, obwohl das Zugverhältnis und das Streckverhältnis vergrößert war. In Vergleichsbeispiel 4 war die Streckfähigkeit auch schlecht, wegen des niedrigen maximalen sekundären Querschnittsmoments.
Beispiele 5-9 und Vergleichsbeispiele 5-7
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Hochdichtes Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 0,45 g/10 min und einer Dichte von 0,955 g/cm³ wurde im geschmolzenen Zustand stranggepreßt und nach Abkühlen einem mehrstufigen Streckverfahren unter den Bedingungen aus Tabelle 2 unterzogen. In dieser Weise wurden Endlosgarne hergestellt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Die gemeinsamen Produktionsbedingungen, sind folgende.
- Strangpresse: 40 mm ∅, L/D = 24
Schnecke: Kompressionsverhältnis von 3,2
Brecherplatte: 2,0 mm ∅ × 86H
Siebpackung: fünf (80, 100, 120, 150 und 100 Maschen)
Anzahl der Düsenöffnungen: 40
Temperatur der Strangpresse: C&sub1; = 160, C&sub2; = 250, C&sub3; = 290, D&sub1; = 290, D&sub2; = 290 (°C)
Luftspalt: 5 cm
Temperatur des Abkühlbades: 17°C
Testmethoden der physikalischen Eigenschaften des Endlosgarnes:
JIS (Japanese Industrial Standards)-L-1070
Einspannabstand = 30 cm
Zuggeschwindigkeit = 30 cm/min
Temperatur = 20°C
Relative Luftfeuchtigkeit = 60%
Tabelle 2 &udf53;NS&udf54;
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Wie klar aus den Ergebnissen in Tabelle 2 zu erkennen ist, können Endlosgarne entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einer hohen Reißfestigkeit effektiv erzeugt werden, ohne daß Bleichen der Garne auftritt. Im Gegensatz dazu ist im Vergleichsbeispiel 4 die Streckfähigkeit schlecht und das Bleichen tritt teilweise auf wegen
DR Ti × DR Tiw × (1,0 - 0,970e -0,312 × i ).
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In ähnlicher Weise tritt im Vergleichsbeispiel 5 bei den Produkten das Bleichen auf und die Festigkeit ist etwas verringert aufgrund der Tatsache, daß R i nicht die Bedingung T m - 27 ≤ R i ≤ T m - 17 erfüllt.
Beispiel 10-13
Herstellung von Garnen hoher Reißfestigkeit
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Hochdichtes Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 0,51 g/10 min entsprechend der JIS-K-6760 Methode und mit einer Dichte von 0,953 g/cm³ wurde im geschmolzenen Zustand stranggepreßt unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen und wurde nach dem Abschrecken einem mehrstufigen Strecken unterzogen. In dieser Weise wurden Endlosgarne erzeugt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
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Die gemeinsamen Produktionsbedingungen sind folgende.
- Strangpresse: 50 mm ∅, L/D = 24
Schnecke: Kompressionsverhältnis von 4,0
Brecherplatte: 2,00 mm ∅ × 130H
Siebpackung: fünf (80, 100, 120, 150 und 100 Maschen)
Anzahl der Düsenöffnungen: 60
Temperatur der Strangpresse: C&sub1; = 160, C&sub2; = 250, C&sub3; = 290, D&sub1; = 290, D&sub2; = 290 (°C)
Luftspalt: 5 cm
Temperatur des Abkühlbades: 15°C
Strecktemperatur
Erste Stufe: 100°C (Naßverfahren)
Zweite Stufe: 115°C (Warmwalzverfahren)
Dritte Stufe: 115°C (Warmwalzverfahren)
Vierte Stufe: 140°C (Warmwalzverfahren)
Produktionsrate: 16 kg/Hr
Herstellung von Tauen
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Taue mit einer Dicke von 12 mm wurden hergestellt entsprechend der JIS-L-2705 Methode, in dem die oben erzeugten Polyäthylengarne hoher Reißfestigkeit verwendet wurden.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Testmethoden der Proben
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Die physikalischen Eigenschaften des Endlosgarnes wurden entsprechend den JIS-L-1070 und 1073 Methoden festgelegt, worin ein Einspannabstand von 30 cm, eine Zuggeschwindigkeit von 30 cm/min, eine Temperatur von 20°C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 60% zugrunde gelegt wurde.
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Die physikalischen Eigenschaften der Taue wurden entsprechend den JIS-L-2704, 2705 und 2706 Methoden festgelegt, worin eine Temperatur 20 ± 2°C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 65 ± 2% zugrunde gelegt wurden.
Vergleichsbeispiele 7-9
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Die physikalischen Eigenschaften der im Handel erhältlichen Polyäthylengarne und der Taue mit einer Dicke von 12 mm einschließlich jeden Garnes wurden in einer in den Beispielen 10-13 beschriebenen Weise festgelegt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 3 und 4 gezeigt. Tabelle 3 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz34&udf54; &udf53;vu10&udf54; Tabelle 4 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz25&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Beispiele 14-16 und Vergleichsbeispiele 10-16
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Hochdichtes Polyäthylen, das 0,5% von Zinkstearat, 0,1% von 2,6-di-tert.butyl-4-methylphenol, 0,1% von Kalziumstearat, 0,05% von Dimyristylthiodipropionat enthält, wurde im geschmolzenen Zustand stranggepreßt und nach Wasserkühlung gestreckt nach den in Tabelle 5 gezeigten Bedingungen. In der Weise hergestellte Endlosgarne wurden erzeugt. Die Resultate sind in Tabelle 5 gezeigt.
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Die gemeinsamen Produktionsbedingungen sind folgende.
- Strangpresse: 40 mm ∅, L/D = 24
Schnecke: Kompressionsverhältnis von 3,2
Brecherplatte: 2,00 mm ∅ × 86H
Siebpackung: fünf (80, 100, 120, 150 und 100 Maschen)
Anzahl der Düsenöffnungen: 40
Temperatur der Strangpresse: C&sub1; = 160, C&sub2; = 250, C&sub3; = 290 D&sub1; = 290, D&sub2; = 290 (°C)
Luftspalt: 5 cm
Spinngeschwindigkeit: 110 m/min Temperatur des Abkühlbades: 17°C
Strecktempertur
Erste Stufe: 100°C (Naßverfahren)
Zweite Stufe: 115°C (Warmwalzenverfahren)
Dritte Stufe: 115°C (Warmwalzenverfahren)
Vierte Stufe: 120°C (Warmwalzenverfahren)
Testmethoden der physikalischen Eigenschaften von Endlosgarn:
JIS (Japanese Industrial Standards)-L-1070 and 1073
Einspannabstand = 30 cm
Zuggeschwindigkeit = 30 cm/min
Temperatur = 20°C
Relative Feuchtigkeit = 60%
Tabelle 5 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz60&udf54; &udf53;vu10&udf54;