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Verfahren zur Herstellung von Fäden oder Folien mit absatzweise wechselnder
Dicke aus hochschmelzenden linearen Polyestern Fäden oder Folien aus linearen hochschmelzenden
Polyestern, insbesondere Polyäthylenterephthalat, die nach dem üblichen Herstellungsverfahren,
wie Aufschmelzen des Polymerisats, Auspressen durch Düsen, Abziehen von denselben
und abschließend molekular-orientierendes Verstrecken, hergestellt werden, weisen
im allgemeinen über ihre ganze Länge gleichmäßige Querschnitte auf. Polyesterfäden
haben einen gleichbleibenden Querschnitt, Polyesterfolien sind im allgemeinen von
gleichmäßiger Dicke.
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Für eine Reihe praktischer Anwendungszwecke ist es vorteilhaft, über
Fäden und Folien aus linearen Polyestern, insbesondere Polyäthylenterephthalat,
zu verfügen, deren Querschnitte periodisch oder nicht periodisch, also absatzweise,
wechseln. Solche Fäden sind von anderen fadenbildenden Substanzen her schon bekannt.
So beschreibt die schweizerische Patentschrift 221902 Kunstseidefäden, die mit Hilfe
von Zahnrädern gekräuselt und absatzweise über ihre Elastizitätsgrenze hinaus bleibend
gedehnt werden. Dadurch erhalten sie offensichtlich auch Absätze in ihrer Dicke.
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Die britische Patentschrift 578 324 beschreibt bereits Fäden mit absatzweise
wechselnder Dicke aus synthetischen Kunststoffen, nämlich Polyamidfäden. Diese liegen
jedoch bereits im unverstreckten Zustand mit absatzweise wechselnder Dicke vor.
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Man erhält beispielsweise Fäden oder Folien aus linearen Polyestern
mit wechselnden Querschnitten bzw. von wechselnder Dicke auch durch periodische
Beeinflussung des Formungsvorganges der Fäden oder Folien aus der Schmelze, etwa
durch künstlich hervorgerufene Schwankungen des Spinndruckes bzw. der Abzugsgeschwindigkeit
oder durch Verwendung schwingender Spinndüsen. Derartige Verfahren sind aber mit
außerordentlichen Nachteilen behaftet. Wegen der im allgemeinen verwendeten, sehr
hohen Geschwindigkeiten beim Abziehen der Fäden oder Folien ergeben sich nur lange
Periodizitäten im Querschnitt bzw. in der Dicke, und man muß zu sehr hohen Frequenzen
der periodischen Beeinflussung übergehen, um nennenswerte Effekte auf den Fäden
oder Folien zu erhalten. In Verbindung mit der ohnehin schon komplizierten Schmelzspinntechnik
lassen sich derartige Verfahren kaum wirtschaftlich durchführen.
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Durch die Erfindung wird nun ein Verfahren zur Herstellung von Fäden
oder Folien aus linearen hochschmelzenden Polyestern angegeben, die einen absatzweise
wechselnden Querschnitt bzw. eine absatzweise wechselnde Dicke aufweisen, wobei
man sich der Eigenschaft von unverstreckten Fäden oder Folien aus linearen Polyestern
bedient, daß man sie nicht nur - wie z. B. die Fäden oder Folien aus Polyamiden
- molekular orientierend verstrecken, sondern auch unter bestimmten Bedingungen
ohne bleibende molekulare Orientierung plastisch verdehnen kann. Diese plastisch
verdehnten Fäden oder Folien lassen sich ihrerseits noch nachträglich molekular
orientierend verstrecken und so die für den Gebrauch notwendige Festigkeit erhalten.
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Nach der Erfindung werden gleichmäßig geformte unverstreckte Fäden
oder Folien aus linearen Polyestern, insbesondere aus Polyäthylenterephthalat, absatzweise
orientierend verstreckt. Die unverstreckt gebliebenen Teile der Fäden oder Folien
werden dann in einen plastischen Zustand übergeführt und in diesem ohne molekulare
Orientierung bleibend verdehnt. Anschließend werden sie in üblicher Weise orientierend
verstreckt.
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Zur überführung unverstreckter Fäden oder Folien aus linearen Polyestern
in einen plastischen Zustand ist bereits ein Verfahren bekannt, wonach frisch geformte
Fäden oder Folien aus linearen hochschmelzenden Polyestern bei Temperaturen von
20 bis 60° C oberhalb der scheinbaren Mindestkristallisationstemperatur bleibend
plastisch verdehnt werden, ohne eine molekulare Orientierung anzunehmen. Anschließend
werden dann die so bleibend verdehnten Fäden oder Folien noch bei Temperaturen zwischen
dem Umwandlungspunkt zweiter Ordnung des Polyesters und 30° C oberhalb seiner scheinbaren
Mindestkristallisationstemperatur in der üblichen Weise unter Ausbildung 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 für Textilfasern
geeigneten 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 mehr molekular
orientierende Verdehnung wird also bei diesem Verfahren bei Temperaturen größer
als 120° C und kleiner als 160° C vorgenommen.
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Die Plastifizierung und weitere Verformung bereits geformter Fäden
oder Folien nach diesem Verfahren hat nun den Nachteil, daß die bleibend plastische
nicht orientierende Verformung verfahrensgemäß an den frisch geformten Fäden oder
Folien vorgenommen werden muß, und daß die Plastifizierungstemperatur zwischen 120
und 160° C, also oberhalb 100° C liegt, und daher nur mit Heißluft, mit ausgesuchten
Flüssigkeitsbädern oder durch Kontakterhitzung zu erreichen ist, was bei größeren,
gleichzeitig zu behandelnden Materialmengen technisch nicht einfach durchzuführen
ist. Verwendet man Flüssigkeitsbäder, so bringt die Entfernung des Restes der Badflüssigkeit
aus dem Endprodukt zusätzliche Schwierigkeiten mit sich.
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Der wesentliche Nachteil des angegebenen Plastifizierungsverfahrens
liegt in der verhältnismäßig geringen Bruchfestigkeit der nach diesem Verfahren
behandelten Fäden oder Folien. Nach den dort beschriebenen Beispielen wurden für
Fäden aus linearen hochschmelzenden Polyestern nur Werte bis zu 2,4 g/den erreicht.
Diese Festig keiten liegen weit unter den beim üblichen Schmelzspinnen von
linearen hochschmelzenden Polyestern erreichten Werten.
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Ein weiteres Verfahren zur plastischen Verdehnung ohne bleibende molekulare
Orientierung von Fäden und Folien aus linearen Polyestern, insbesondere Polyäthylenterephthalat,
ist durch die deutsche Auslegeschrift 1079 788 bekanntgeworden. Dieses Verfahren
wird in der vorliegenden Erfindung zur plastischen Verdehnung der absatzweise unverstreckt
gebliebenen Teile herangezogen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von Fäden oder Folien mit absatzweise wechselnder Dicke aus hochschmelzenden linearen
Polyestern, bei dem die unverstreckten Fäden oder Folien zunächst absatzweise orientierend
verstreckt, alsdann bei Temperaturen zwischen dem Umwandlungspunkt zweiter Ordnung
und dem scheinbaren Mindestkristallisationspunkt unter Einwirken eines plastifizierenden
Mittels, wie Wasser, Wasserdampf oder eines wasserähnlichen Nichtlösers, in ihren
unverstreckten Teilen ohne molekulare Orientierung plastisch verdehnt und anschließend
in der üblichen Weise einer orientierenden Verstreckung unterworfen werden.
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Vorteilhaft wird als plastifizierendes Mittel ein Wasserbad mit einer
Temperatur über 70° C, vorzugsweise 95° C, verwendet.
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Das Verfahren nach der Erfindung besteht aus vier Verfahrensschritten.
Im ersten Schritt werden die Fäden oder Folien in einer geeigneten Anordnung absatzweise
orientierend verstreckt, d. h., es werden auf den Fäden bzw. auf den Folien abwechselnd
verstreckte und unverstreckte Stellen erzeugt. Im zweiten Schritt werden die so
erhaltenen Fäden oder Folien in einem plastifizierenden Mittel, wie Wasser, Wasserdampf
oder ein wasserähnlicher Nichtlöser, in einen plastischen Zustand übergeführt, wobei
eine gewisse Veiweilzeit der Fäden oder Folien in dem plastifizierenden Mittel notwendig
ist. Diese Plastifizierung erfolgt bei Temperaturen zwischen dem Umwandlungspunkt
zweiter Ordnung und dem scheinbaren Mindestkristallisationspunkt des linearen Polyesters.
Dabei werden jedoch nur diejenigen Stellen der Fäden oder Folien in einen plastischen
Zustand übergeführt, die bei der vorausgegangenen absatzweisen orientierenden Verstreckung
des ersten Schrittes nicht verstreckt worden sind.
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In dem dritten Verfahrensschritt bleiben die Fäden oder Folien in
dem plastischen Zustand und werden in diesem einer Zugkraft ausgesetzt, wodurch
die plastischen und vorher nicht verstreckten Stellen der Fäden oder Folien bleibend
plastisch verdehnt werden.
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In dem vierten Verfahrensschritt wird dann nochmals, jedoch nicht
mehr bei den Bedingungen der plastischen Verdehnung, sondern orientierend, verstreckt.
Von dieser orientierenden Verstreckung des vierten Verfahrensschrittes werden nur
die im dritten Schritt plastisch verdehnten Stellen betroffen, die im ersten Schritt
noch nicht orientierend verstreckt worden waren. Die im ersten Schritt orientierend
verstreckten Stellen der Fäden oder Folien werden von der orientierenden Verstreckung
des vierten Schrittes dagegen kaum berührt. Sie werden allenfalls noch etwas nachverstreckt.
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Durch die plastische Verdehnung und anschließende orientierende Verstreckung
der bei der absatzweisen orientierenden Verstreckung unverstreckt gebliebenen Stellen
weisen diese nach der Behandlung gemäß dem Verfahren der Erfindung einen geringeren
Querschnitt auf als die in dem ersten Schritt bereits orientierend verstreckten
Stellen. Man erhält also nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus unverstreckten
Fäden oder Folien gleichmäßigen Querschnitts molekularorientierte Fäden oder Folien
mit absatzweise wechselndem Querschnitt.
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Vor der Verdehnung der absatzweise auftretenden, nicht verstreckten
Stellen ist eine gewisse Minestverweilzeit der Fäden oder Folien im plastifizierenden
Mittel notwendig. Ihre Dauer hängt ab von der Art und Temperatur des Bades und der
Dicke der zu verdehnenden Fäden oder Folien. Sie beträgt beispielsweise 15 Sekunden
für einen Faden aus Polyäthylenterephthalat von 50 den Spinntiter in einem Wasserbad
von 95° als plastifizierendem Mittel. Bei Sinken der Temperatur des plastifizierenden
Mittels wächst die notwendige Verweilzeit. Man wird also mit Vorteil die Temperatur
des plastifizierenden Mittels nahe der scheinbaren Mindestkristallisationstemperatur
wählen. Als plastifizierendes Mittel verwendet man mit Vorteil ein Wasserbad mit
einer Temperatur über 70"C, vorzugsweise 95° C. Seine Temperatur läßt sich sehr
leicht konstant halten, wodurch die Plastifizierung sehr gleichmäßig erfolgt.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung ist es nicht mehr notwendig,
frisch geformte Fäden oder Folien zu verwenden, viehnehr lassen sich auch Gebilde
plastifizierend absatzweise verdehnen, die eine beliebige Zeit vorher aus den formgebenden
Einrichtungen
gewonnen wurden. Die Temperatur für die bleibende plastische, nicht orientierende
Verdehnung liegt zwischen 70 und 100° C und ist ohne Schwierigkeiten aufrechtzuerhalten.
Schließlich, und dies ist besonders wichtig, weisen die Endprodukte die für gewöhnliche,
ohne plastifizierende Verdehnung gewonnenen Fäden oder Folien aus linearen Polyestern
übliche Festigkeit auf, beispielsweise für Fäden eine solche über 4 g/den, bezogen
auf die dünnen verdehnten Stellen.
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Zur Durchführung der absatzweisen Verstreckung vor Einleitung in das
plastifizierende Mittel lassen sich eine Reihe von Ausführungsformen angeben: Führt
man unverstreckte Fäden oder Folien aus linearen hochschmelzenden Polyestern durch
profilierte ineinander eingreifende Walzenpaare, so werden die Gebilde periodisch
an den Stellen verstreckt, wo jeweils ein Vorsprung der einen Walze in eine Vertiefung
der anderen Walze beim Rotieren eingreift. Die Art der periodischen Verstreckung
bzw. das Verhältnis der Länge der verstreckten und unverstreckten Teile wird bestimmt
durch die Formgebung der profilierten Walzen, also durch die Formgebung der Vorsprünge
und Vertiefungen. Sind diese tief eingeschnitten, wie etwa bei Walzen zahnradähnlichen
Querschnitts, so erhält man längere unverstreckte Abschnitte auf den Fäden oder
Folien als bei weniger stark hervortretenden Profilen.
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Die absatzweise Verstreckung der Fäden oder Folien beim Durchführen
durch rotierende, ineinander eingreifende profilierte Walzen wird dadurch wesentlich
erleichtert, daß die Fäden oder Folien wirklich nur mit der Umfangsgeschwindigkeit
der Walzen in das Walzenpaar einlaufen. Die Größe der absatzweisen Verstreckung
entspricht dann der Wegverlängerung durch das Ineinandergreifen der Walzen. Dazu
führt man zweckmäßig die Fäden oder Folien vor dem Einlaufen in das Profilwalzenpaar
zwischen der einen Profilwalze und einer gegen diese auf der Einlaufseite drückende
elastische Quetschwalze hindurch.
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Eine andere Methode zur Erzeugung der absatzweisen Verstreckung besteht
darin, daß man die Fäden oder Folien zwischen zwei Walzenpaaren hindurchführt und
die Laufstrecke zwischen diesen periodisch verlängert oder verkürzt, etwa durch
einen schwingenden Umlenkstift. Das zweite Walzenpaar muß dann entsprechend dem
Mittelwert der Verstreckung schneller laufen.
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Läßt man unverstreckte Fäden oder Folien aus linearen Polyestern durch
mehrere hintereinandergeschaltete Vorrichtungen zur absatzweisen Verstreckung laufen,
so erhält man eine entsprechende Häufung der verstreckten Stellen und danach auch
im Endprodukt eine Häufung der Stellen größeren Querschnitts bzw. größerer Dicke.
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Bei der Anwendung des beschriebenen Verfahrens auf die absatzweise
Verstreckung von Fäden kann man sich des Fadenscharverfahrens bedienen. Dabei führt
man eine Reihe endloser Fäden durch nebeneinander aufgestellte gleichartige Vorrichtungen
zur absatzweisen Verstreckung der beschriebenen Art.
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Man kann aber auch besonders bei der Herstellung von Stapelfasern
wechselnden Querschnitts ganze Fadenkabel durch derartige gleichartige Vorrichtungen
hindurchführen. Die dabei auftretenden absatzweisen Verstreckungen sind dann zwar
nicht mehr ideal gleichmäßig periodisch, entsprechen aber vollkommen dem beabsichtigten
Zweck, Fasern mit wechselnder Dicke zu erzeugen.
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Fäden und Fasern, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt
sind, weisen einen wesentlich größeren Widerstand gegenüber dem Herausziehen aus
einem ganzen gleichartigen Faserband auf als solche mit gleichbleibendem Querschnitt
oder Dicke. Damit ist die Gefahr der sogenannten Pilling Bildung erheblich verringert.
Auch wird die Schiebefestigkeit von Geweben und die Maschenfestigkeit von Gewirken
dadurch erhöht. Nach dem Verfahren hergestellte Folien mit absatzweise sich ändernder
Dicke können für eine Reihe von Anwendungszwecken mit Vorteil Verwendung finden
und weisen optische Effekte auf.
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Das Verfahren der Erfindung hat praktische Bedeutung für die Verarbeitung
der Polyterephthalsäurealkylenester, insbesondere des Polyäthylenterephthalates,
kann aber auch in gleicher Weise angewendet werden auf Fäden und Flächengebilde
aus anderen hochschmelzenden spinnbaren Polyestern, z. B. dem Polyester der p-a)-Oxybutoxybenzoesäure
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 unverstrecktes Fadenkabel vom Gesamttiter 1200 den, 24fädig, aus
Polyäthylenterephthalat, wurde mit einer Einlaufgeschwindigkeit von 8 m/min durch
ein Zahnwalzenpaar gefördert. Der Umfang der Zahnwalzen betrug 30 mm. Sie besaßen
je 28 Zähne mit einer Tiefe von 2,5 mm. Vor dem Einlauf in das Walzenpaar wurde
das Fadenkabel noch zwischen einer der Zahnwalzen und einer gummiüberzogenen Anpreßrolle
von ebenfalls 30 mm Durchmesser hindurchgeführt und hatte so beim Einlauf in das
Zahnwalzenpaar mit Sicherheit die Umfangsgeschwindigkeit der Zahnwalzen. Nach dem
Auslauf aus dem Zahnwalzenpaar fanden sich auf jedem Einzelfaden des Kabels verstreckte
Stellen von 0,5 bis 1 mm Länge in 1,5 bis 2 mm Abstand. Das Fadenkabel wurde anschließend
an die absatzweise Verstreckung in ein Wasserbad mit einer Temperatur von 97° C
eingeführt und darin nach einer Verweilzeit von 20 Sekunden, eingestellt durch mehrere
Umläufe um eine Trommel mit Verlegerolle, bleibend plastisch orientierungsfrei auf
das 1,8fache der Einlauflänge verdehnt. Dabei wurden die unverstreckten Stellen
der Fäden des Kabels um das 2- bis 3fache plastisch bleibend gedehnt. Anschließend
wurde das Kabel im Wasserbad der gleichen Temperatur im Verhältnis 1: 3,5 orientierend
verstreckt. Es ergab sich ein Fadenkabel mit Einzelfäden einer Dicke von 7 den und
0,5 bis 1 mm langen Verdickungen mit einem Titer von 14 den. Der Abstand der Verdickungen
betrug 8 bis 12 mm. Die Festigkeit des Fadens war über 4 g/den, bezogen auf die
dünnen Stellen.
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Beispiel 2 Ein unverstrecktes Fadenkabel von 2400 den Titer mit 48
Einzelfäden aus Polyäthylenterephthalat
wurde mit einer Geschwindigkeit
von 8 m/min durch die im Beispiel 1 beschriebene Zahnwalzenanordnung geführt. Das
Fadenkabel wurde anschließend in einem Wasserbad von 97° C Temperatur nach einer
Verweilzeit von 20 Sekunden im Verhältnis 1: 2 plastisch bleibend orientierungsfrei
gedehnt und dann im Verhältnis 1:4 in einem Wasserbad von ebenfalls 97° C orientierend
verstreckt. Auf allen Einzelfäden des Kabels, deren Titer 6 den betrug, fanden sich
0,5 bis 1 mm lange Verdickungen von etwa 14 den im Abstand von 12 bis 15 mm. Die
Festigkeit des Fadens betrug 4 g/den, bezogen auf die dünnen Stellen.