DE1083490B - Verfahren zur Herstellung von Gebilden, wie Faeden oder Folien, aus Polyestern - Google Patents

Description

Geformte Gebilde, wie Fäden oder Folien, aus Polyestern, insbesondere Polyethylenterephthalat, die nach dem üblichen Verfahren, wie Aufschmelzen des Polymerisats, Auspressen durch Düsen und Abziehen sowie Verstrecken, hergestellt werden, weisen im allgemeinen über ihre ganze Länge gleichmäßige Querschnitte auf. Polyesterfäden haben einen kreisförmigen Querschnitt, Polyesterfolien sind im allgemeinen von gleichmäßiger Dicke.

Für eine Reihe praktischer Anwendungszwecke ist es nun vorteilhaft, über Gebilde aus Polyestern zu verfügen, deren Querschnitte von der Normalform abweichen. Beispielsweise sollen die Querschnitte zwar in der Längenausdehnung der geformten Gebilde gleichmäßig, aber nicht mehr rund bzw. nicht gleichmäßig dick sein. Es werden aber auch Gebilde verlangt, deren Querschnitte nach Form und bzw. oder Flächeninhalt periodisch oder aperiodisch wechseln. Dazu gehören bestimmte Effektfäden.

Gebilde aus Polyestern, deren Querschnittsformen von den normalen abweichen, werden hergestellt durch Auspressen der Schmelze durch nicht kreisrunde Lochdüsen bzw. durch nicht planparallele Schlitzdüsen. Wechselnde Querschnitte erhält man durch periodische Beeinflussung des Formungsvorganges der Gebilde, beispielsweise durch künstlich hervorgerufene Schwankungen des Spinndruckes oder durch Verwendung mechanisch schwingender Düsenböden oder -platten. Alle diese bekannten Verfahren sind mit außerordentlichen Nachteilen behaftet. So ist es zum Spinnen von sehr dünnen Gebilden schwierig, ja geradezu praktisch unmöglich, Düsen mit nicht runden Düsenlöchern herzustellen. Bei periodischer Beeinflussung des Formungsvorganges ergeben sich wegen der im allgemeinen verwendeten sehr hohen Geschwindigkeiten beim Abziehen der frisch geformten Gebilde nur lange Periodizitäten in der Querschnittsform bzw. man muß zu sehr hohen Frequenzen der periodischen Beeinflussung des Formungsvorganges übergehen, um nennenswerte Effekte auf den Gebilden zu erhalten. In Verbindung mit der ohnehin schon komplizierten Schmelzspinntechnik läßt sich ein derartiges Verfahren kaum wirtschaftlich durchführen.

Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren handelt es sich darum, Fäden oder Folien aus Polyestern, die im Lauf ihres Herstellungsprozesses einer Verstreckung unterworfen werden, vor dieser Verstreckung durch geeignete Maßnahmen in einen plastischen Zustand zu versetzen und in diesem Zustand durch mechanische Einwirkung zu verformen, ohne daß sie dabei eine molekulare Orientierung, die durch eine Erhöhung der Doppelbrechung um ein Vielfaches gekennzeichnet und im Röntgenbild sichtbar ist, annehmen.

Verfahren zur Herstellung

von Gebilden, wie Fäden oder Folien,

aus Polyestern

Anmelder:

Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft

vormals Meister Lucius & Brüning,

Frankfurt/M., Brüningstr. 45

Dr. Herbert Kurzke und Dr. Helmut Sattler,

Bobingen bei Augsburg,
sind als Erfinder genannt worden

Eine Methode der Plastifizierung geformter Gebilde aus Polyestern ist bereits durch die britische Patentschrift 695 567 bekanntgeworden. Danach lassen sich frisch geformte Gebilde aus linearen hochschmelzenden Polyestern bei Temperaturen von 20 bis 60° C oberhalb der scheinbaren Mindesrkristallisationstemperatur bleibend plastisch dehnen, also sicherlich auch verformen, ohne eine molekulare Orientierung anzunehmen. Anschließend werden dann dort die so bleibend verformten Gebilde noch bei Temperaturen zwischen dem Umwandlungspunkt zweiter Ordnung des Polyesters und 30° C oberhalb seiner scheinbaren Mindestkristallisationstemperatur in der üblichen Weise einer bleibenden molekularen Orientierung verstreckt. Unter scheinbarer Mindestkristallisationstemperatur wird die niedrigste Temperatur verstanden, bei der eine wesentliche Kristallisation des Polyesters einsetzt. Sie liegt bei den meisten Polyestern in der Gegend von 100° C. Die Umwandlungstemperatur zweiter Ordnung ist nach der genannten Patentschrift diejenige Temperatur, bei der Unstetigkeiten in der Abhängigkeit thermodynamischer Größen von der Temperatur auftreten. Sie liegt im allgemeinen zwischen 65 und 70° C. Die bleibende plastische, nicht molekulare orientierende Verdehnung wird also bei diesem Verfahren bei Temperaturen größer als 120° C und kleiner als 160° C vorgenommen.

Die Plastifizierung und weitere Verformung von Gebilden nach der älteren Literaturstelle hat nun folgende Nachteile:

1. Die bleibende plastische, nicht orientierende Verformung muß nach dem bekannten Verfahren an frisch geformten Gebilden vorgenommen werden.

2. Die Plastifizierung liegt zwischen 120 und 160° C, also oberhalb 100° C und ist daher nur mit Heißluft oder mit ausgesuchten Flüssigkeitsbädern zu erreichen.

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Die Erwärmung mit Heißluft ist bei größeren, gleichzeitig zu behandelnden Materialmengen technisch nicht einfach durchzuführen, ebensowenig auch die Kontakterhitzung an geheizten,- Flächen. Verwendet man Flüssigkeitsbäder, so bringt die Entfernung der Reste der Badflüssigkeit aus dem Endprodukt zusätzliche Unbequemlichkeiten mit sich.

3. Der wesentliche Nachteil des bereits bekannten Plastifizierungsverf ahrens liegt in der verhältnismäßig geringen Festigkeit der nach diesem Verfahren be- ίο handelten Gebilde. Nach den bekannten Arbeitsweisen wurden für Fäden aus Polyestern nur Werte bis zu 2,4 g/den erreicht. Diese Festigkeiten liegen weit unter denen des normalen Herstellungsganges.

Es wurde gefunden, daß molekular noch un- *5 orientierte Gebilde aus Polyestern in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf bei Temperaturen noch weit unterhalb des thermoplastischen Bereiches einen plastischen Zustand annehmen, in welchem eine derartige Verformung mit sehr geringen Kräften durch- ao zuführen ist. Dieser plastische Zustand ist technisch ^: sehr leicht einzustellen und einzuhalten. Der entsprechende Temperaturbereich ist verhältnismäßig weit, und die plastisch verformten Gebilde lassen sich anschließend noch orientierend verstrecken.

Der plastische Zustand nach der Erfindung muß daher unterschieden werden von dem bekannten thermoplastischen Zustand, in den sich jeder thermoplastische Kunststoff, darunter auch die Polyester, dicht unterhalb seines Erweichungs- bzw. Schmelzpunktes bringen läßt; der letztere hat in vielen Fällen, beispielsweise bei molekular orientierten Terephthalsäurepolyestern, sehr enge Temperaturgrenzen und ist mit einer nur geringen Plastizität des Materials verbunden. Zur thermoplastischen Verformung in diesem Zustand sind daher wesentlich größere Kräfte erforderlich als bei der plastischen Verformung nach der Erfindung. Weiter setzt bei molekular unorientierten Gebilden aus Polyestern eine zu hohe und gleichzeitig lange Erhitzung die spätere orientierende Verstreckbarkeit durch starkes Anwachsen der regellosen Kristallinität des Materials herab.

Im Gegensatz zum thermoplastischen Zustand wird der plastische Zustand nach der Erfindung durch die plastifizierende Wirkung des Wassers oder Wasserdampfes erreicht, dessen Einwanderungsgeschwindigkeit in das betreffende Material durch die anzuwendende Temperatur von 70 bis 100° C auf ein praktisches Maß herabgesetzt wird. In diesem Zustand ist eine plastische Verformung mit technisch sinnvollen Geschwindigkeiten möglich, ohne daß die spätere orientierende Verstreckbarkeit des unorientierten Materials leidet.

Es war überraschend und nicht zu erwarten, daß sich ein solcher Zustand beim in Frage kommenden Faden aus aromatischen Polyestern durch die Einwirkung von Temperaturen von 70 bis 100° C in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf erreichen läßt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Gebilden, wie Fäden oder Folien, aus Polyestern, bei dem die Gebilde von der Düse abgezogen, gegebenenfalls aufgewickelt und dann in unverstrecktem Zustand bei Temperaturen von 70 bis 100° C in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf als plastifizierendes Medium in einen plastischen Zustand versetzt und in diesem durch mechanische Einwirkung in einer von der Bewegungsrichtung der Gebilde abweichenden Richtung ohne molekulare Orientierung plastisch verformt und schließlich noch in üblicher Weise orientierend verstreckt werden. Die zusätzliche bleibende plastische Verformung kann längs der Herstellungsrichtungsrichtung gleichbleibend oder periodisch wechselnd sein. Es ist jedoch auch möglich, die plastische Verformung nicht nur in einer von der Bewegungsrichtung der Gebilde abweichenden Richtung, sondern gleichzeitig oder unmittelbar danach noch in der Bewegungsrichtung vorzunehmen.

Vor der eigentlichen zusätzlichen Verformung ist eine gewisse Mindestverweilzeit der Gebilde im plastifizierenden Medium notwendig. Ihre Dauer hängt ab von Art und Temperatur des Bades und der Dicke der Gebilde. Sie beträgt beispielsweise 15 Sekunden für einen Polyesterfaden von 50 den Spinntiter in einem Wasserbad von 95° C als plastifizierendes Medium. Bei sinkender Temperatur des plastifizierenden Mediums wächst die notwendige Verweilzeit. Man wird also mit Vorteil die Temperatur des plastifizierenden Mediums nahe 100° C wählen.

Dieser Vorgang kann wegen der verhältnismäßig niedrigen Verweilzeit kontinuierlich erfolgen. Die zusätzlich verformten Gebilde werden dann weiter mit bleibender molekularer Orientierung wie üblich verstreckt.

Die durch das beschriebene Verfahren gegenüber dem bekannten Stand der Technik erzielten Vorteile sind sehr wesentlich. Es ist z. B. nicht mehr notwendig, frisch geformte Gebilde zu verwenden, vielmehr lassen sich auch Gebilde plastifizierend verformen, die mehrere Monate aus den formgebenden Einrichtungen gewonnen wurden.

Die plastische Verformung der Gebilde vor der molekularen Orientierung in einer von der Herstellungsrichtung bzw. Bewegungsrichtung abweichenden Richtung erfolgt z. B. durch Quetschen, Prägen oder Stauchen der Gebilde.

Zur Durchführung der Verformung im plastifizierenden Medium läßt sich eine Reihe von Ausführungsformen der Erfindung angeben:

Führt man Fäden aus Polyestern nach hinreichender Verweilzeit im plastifizierenden Medium noch innerhalb des Mediums durch Quetschrollen, so erhält man gleichmäßige zusammengepreßte Fäden, deren Querschnittsformen bei anschließendem orientierendem Verstrecken erhalten bleiben.

Führt man Polyesterfäden im plastifizierenden Medium durch rotierende Riffelwalzen, so erhält man kurzperiodische Querschnittsänderungen auf den Fäden, deren Periodenlänge sich beim nachfolgenden orientierenden Verstrecken nur entsprechend dem Verstreckungsverhältnis vergröß ert.

Statt der periodischen Verformung durch Riffelwalzen kann man diese auch herbeiführen durch irgendwelche andere mechanisch durchgeführte periodische Querkompressionen des plastischen Fadens, beispielsweise durch ein Hammerwerk.

Die Erfindung erlaubt aber auch die Herstellung von Fäden aus Polyestern mit periodischen oder aperiodischen Titerschwankungen,- Dazu muß der plastifizierte, kontinuierlich durch das plastifizierende Medium laufende Faden periodisch gedehnt werden, indem man beispielsweise seine Laufstrecke zwischen zwei Walzenpaaren in dem Medium periodisch verlängert oder verkürzt, etwa durch einen schwingenden Umlenkstift. Die dem Faden so aufgeprägten periodischen Titerschwankungen bleiben beim nachfolgenden orientierenden Verstrecken erhalten.

Zur plastischen Verformung mehrerer Fäden nach den oben beschriebenen Ausführungsformen, wird man

sich mit Vorteil des Fadenscharverfahrens bedienen. Dabei läßt man eine Reihe endloser Fäden gleichzeitig nebeneinander in das plastifizierende Medium einlaufen und führt sie darin durch nebeneinander aufgestellte, gleichartige Verformungseinrichtungen der beschriebenen Art.

Führt man Folien aus Polyestern im plastifizierenden Medium durch entsprechend profilierte Walzenpaare, so erhält man Folien mit ungleichmäßiger oder wechselnder Dicke. Bildet man die profilierten Walzen als Figurenwalzen, Raster- oder Riffelwalzen aus, so lassen sich Folien mit für die Weiterverarbeitung sehr interessanten optischen Effekten erzeugen.

In Verbindung mit der beschriebenen gleichmäßigen oder periodisch wechselnden Formgebung senkrecht zur Herstellungsrichtung, oder unmittelbar anschließend danach, lassen sich die Gebilde gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in dem plastifizierenden Medium vor der orientierenden Reckung noch zusätzlich plastisch ohne molekulare Orientierung in der Herstellungsrichtung verdehnen. Man erhält so auf diese Weise besonders . dünne, zusätzlich gequetschte Gebilde.

Das Verfahren der Erfindung hat praktische Bedeutung für die Verarbeitung der Polyterephthalsäurealkylenester, insbesondere des Polyäthylenterephthalats, kann aber auch in gleicher Weise angewandt werden auf Fäden und Folien aus anderen Polyestern, z. B. dem Polyester der ρ-ω-Oxybutoxy-benzoesäure und dem Polyester der Oxypivalinsäure. Selbstverständlich sind auch fadenbildende Polyester eingeschlossen, die neben der oder den Hauptkomponenten in untergeordneter Menge noch modifizierende bifunktionelle Zusatzkomponenten eingebaut enthalten, wie andere Dicarbonsäuren als Terephthalsäure und andere Glykole als Äthylenglykol.

Beispiel 1

Ein nichtverstreckter monofiler Faden, 50 den aus Polyäthylenterephthalat wurde in einem Wasserbad von 95° C mit einer Verweilzeit von 20 see plastifiziert und in dem Plastifizierungsbad durch Quetschwalzen gefördert. Der Faden wurde anschließend wie üblich verstreckt. Es wurde ein gepreßter Faden mit einem Titer von 10 den, einem Querschnittsprofil, dessen Breite zur Dicke sich wie 5 : 1 verhält, und einer Festigkeit von 4 g/den erhalten.

Beispiel 2

Ein nichtverstreckter monofiler Faden, 50 den aus Polyäthylenterephthalat wurde mit 20 see Verweilzeit in einem Wasserbad von 95° C plastifiziert, darin durch Quetschrollen gefördert und anschließend durch Abziehen von den Quetschrollen im Plastifizierungsbad bleibend ohne molekulare Orientierung 1: 2,5 vorgestreckt. Der Faden wurde anschließend wie üblich verstreckt. Es ergab sich ein gepreßter Faden mit einem Einzeltiter von 4 den mit einem Querschnittsprofil 1 : 5 und einer Festigkeit von 4 g/den.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gebilden, wie Fäden oder Folien, aus Polyestern, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebilde im unverstreckten Zustand bei Temperaturen von 70 bis 100° C in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf durch mechanische Einwirkung in einer von der Bewegungsrichtung der Gebilde abweichenden Richtung ohne molekulare Orientierung bleibend plastisch durch Stauchen, Prägen oder Quetschen verformt und danach noch in üblicher Weise orientierend verstreckt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unverstreckte Fäden aus Polyestern in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf durch rotierende Quetschwalzen geführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unverstreckte Fäden aus Polyestern in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf durch rotierende Riffelwalzen geführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unverstreckte Fäden aus Polyestern in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf periodischen mechanischen Kompressionen unterworfen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Folien aus Polyestern in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf durch profilierte Walzen geführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unverstreckte Gebilde aus Polyestern in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf in einer von der Bewegungsrichtung der Gebilde abweichenden Richtung plastisch verformt und gleichzeitig oder unmittelbar anschließend daran in der Bewegungsrichtung plastisch verdehnt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Melliand Textilberichte«, 35, 5/1954, S. 485,
1. Spalte, Z. 8 bis 10;

schweizerische Patentschrift Nr. 234 763.

© 009 530/522 6.60