DE2153945B2

DE2153945B2 - Polyesterdraehte zur herstellung von reissverschluessen

Info

Publication number: DE2153945B2
Application number: DE19712153945
Authority: DE
Inventors: Armin Dr.; Haimerl Hans Dr.; Offermann Klaus Dr.; 4047 Dormagen Köhler
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1971-10-29
Filing date: 1971-10-29
Publication date: 1976-04-08
Also published as: BE790641A; DD102954A5; IT970040B; NL7214516A; DE2153945A1; GB1400516A; FR2158025A1; FR2158025B1; JPS4851741A; CA981847A; ES408087A1

Description

Orientierungswinkel = 8 (4 · J — 1)

gilt, wobei die Gleichung als erfüllt anzusehen ist, wenn der gemessene Winkel von dem durch die Gleichung vorgegebenen Wert nicht mehr als 2° nach oben oder unten abweicht, die mittlere Kristallitbreite in Richtung quer zum Draht 80 bis 200A beträgt und die mittlere Schwankung der Kristallitgröße in Drahtrichtung, zahlenmäßig angegeben durch die Halbwertsbreite des Röntgenkleinwinkelreflexes, maximal 0,40° erreicht.

Die Erfindung betrifft die Verwendung von bestimmten Polyestermonofilen für die Herstellung von dimensionsstabilen Reißverschlüssen.

Polyester lassen sich bekanntlich mittels Spinnaggregaten durch feine Düsen zu Fäden oder Drähten verspinnen. Dabei werden z. B. die Drähte in ein heißes Wasserbad abgesponnen und «:ur Verbesserung der mechanischen und textiltechnischen Eigenschaften anschließend auf das Mehrfache ihrer ursprünglichen Länge ausgezogen. Und zwar wird zur Erzielung der bestmöglichen Eigenschaften in einem bestimmten Vernältnis (etwa 1 : 3 bis 1 : 6) und in einem mehr oder weniger eng umgrenzten Temperaturbereich (zwischen 80 und 220⁰C) verstreckt. Fäden werden meistens auf beheizten Platten oder heißen Galetten verstreckt, während man es vorzieht, die Drähte wegen der besseren Wärmeübertragung in heißem Wasser zu verstrecken. Die auf diese Art hergestellten Monofile haben je nach Streckverhältnis durchschnittliche Festigkeiten von 20 bis 40 Rkm bei 15 bis 30 %> Dehnung. Um den hohen Kochschrumpf (gemessen nach 10 min in kochendem Wasser) von etwa lO°/o dieser Drähte zu vermindern, wird anschließend noch entweder in heißem Wasser, auf beheizter Galette oder in heißer Luft fixiert. Dies kann sowohl unter Spannung als auch ohne Spannung erfolgen.

Die erhaltenen Monofile können in verschiedenen Gebieten zum Einsatz kommen, wie zur Herstellung von Seilen und Tauen, von Filtern und Sieben oder von Reißverschlüssen.

Auf dem Reißverschlußsektor hat sich allerdings gezeigt, daß Monofile mit den obengenannten durchschnittlichen Eigenschaften nur bedingt einsatzfähig sind, weil es im Endeflekt auf Festigkeit und Dehnung gar nicht so genau ankommt, sondern daß andere Kriterien maßgebend sind.

Es bestand daher die Aufgabe, Monofile aus PoIyäthylenterephthalat zur Verfügung zu stellen, die sich besonders gut zur Herstellung dimensionsstabiler Reißverschlüsse eignen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man Polyäthylenterephthalatmonofile verwendet, die eine Intrinsic-Viskosität / von 0,80 bis 1 07 aufweisen, bei denen der Orientierungswinkel der Kristallite innerhalb des Monofils zwischen 17 und 26° liegt, wobei zwischen der Intrinsic-Viskosität / und dem Orientierungswinkel der Kristallite die ίο numerische Beziehung

Orientierungswinkel = 8 (4 · J — 1)

gilt, wobei die Gleichung als erfüllt anzusehen ist, wenn der gemessene Winkel von dem durch die Gleichung vorgegebenen Wert nicht mehr als 2° nach oben oder unten abweicht, die mittlere Kristallitbreite in Richtung quer zum Draht 80 bis 200 A beträgt und die mittlere Schwankung der Kristallitgröße ao in Drahtrichtung, zahlenmäßig angegeben durch die Halbwertbreite des Röntgenkleinwinkelreflexes, maximal 0,40° erreicht.

Es wurde also gefunden, daß für die problemlose Verarbeitung von Polyäthylenterephthalatdrähten zu as Reißverschlüssen folgende Merkmale wichtig sind:

1. Das Molekulargewicht, für das die Grundviskosität oder Intrinsic-Viskosität / ein Maß ist (Bestimmung der Intrinsic-Viskosität vgl. W. N. Dawydoff: »Bestimmung des Molekulargewichtes von Polyamiden«, VEB Verlag Technik Berlin, 1959, S. 44). Monofile mit einer Intrinsic-Viskosität J = 0,80 bis 1,07, vorzugsweise 0,82 bis 0,92, lassen sich am besten iu Reißverschlüssen verarbeiten.

2. Die Kristallitorientierung in Richtung der Drahtachse, bestimmt aus Röntgenweitwinkeluntersuchungen und angegeben in Grad, muß zwischen 17 und 26° liegen.
Zwischen Intrinsic-Viskosität und Orientierungswinkel besteht ein numerischer Zusammenhang. Es lassen sich nur diejenigen Polyestermonofile problemlos zu Reißverschlüssen verarbeiten, für die gilt:

⁴S Orientierungswinkel = 8 (4 · / — 1),

wobei die Gleichung als erfüllt angesehen wird, wenn der gemessene Winkel von dem durch die Gleichung vorgegebenen Wert nicht mehr als 2° nach oben oder unten abweicht.

3. Die mittlere Kristallitbreite in Richtung quer zum Draht beträgt 80 bis 200 A.

4. Die mittlere Schwankung der Kristallitgröße in Drahtrichtung, zahlenmäßig angegeben durch die Halbwertbreite des Röntgenkleinwinkelreflexes, darf maximal 0,40° erreichen.

Die Kristallitorientierung wird aus Röntgenweitwinkelmessungen bestimmt. Zu diesem Zweck wird auf einem handelsüblichen Zählrohrgoniometer die azimutale Intensitätsverteilung des (OlO)-Reflexes (2 θ = 17,5°) gemessen. Nach Abtrennung des Streuuntergrundes der Glockenkurve durch eine Gerade wird die Breite der Verteilungskurve bei halber Maximalintensität bestimmt und in Winkelgrade umgerechnet (s. L. A1 e χ a η d e r, »X-Ray Diffraction Methods in Polymer Science«, J. Wiley & Sons, Inc., New York, 1969, S. 198 bis 279).

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Die mittlere Breite der Kristallite in Richtung quer zum Draht wird ebenfalls aus einer Weitwinkelgonioineterkiirve errechnet (vgl. H. Klug, L. Alexander, »X-Ray Diffraction Procedures«, Verlag J. Wiley & Sons, Inc., New York, 1954, S. 491 bis 538). Die Kristallitbreite wird bestimmt nach der Gleichung

Kristallitbreite =

0,01745 (D* - py* - cos 8,75°

wobei W die Wellenlänge (A) der verwendeten Röntgenstrahlung, D (Grad) die Breite bei halber Reflexhöhe und / (Grad) die Reflexbreite in halber Höhe eines Reflexes eines metallischen Siliciumstandards bedeutet (Refiexverbreiterung durch das Instrument). Als günstigster Reflex bietet sich bei Polyester der (OlO)-Reflex an, dessen radiale Halbwertbreite nach dem herkömmlichen Verfahren ermittelt wird.

Ein Maß für die Variation des Schwerpunktab-Standes der kristallinen Bereiche in Drahtrichtung ist durch die Halbwertbreite des Röntgenkleinwinkelmeridianreflexes gegeben. Zur Bestimmung dieser Halbwertbereiche wurde eine Kratky-Kammer verwendet (vgl. H. N e f f, »Grundlagen und Anwendung der Röntgenfeinstrukturanalyse«, Verlag R. Oldenbourg, München, 1959, S. 321 bis 325). Zu diesem Zweck wurde der Untergrund unter dem Streumaximum durch eine Gerade abgetrennt, die die Intensitäten bei 2 0=0,35° und 20= 1,25° verbindet. Von dem verbleibenden Peak wurde wiederum die Reflexbreite bei halber Maximalintensität gemessen.

Monofile aus Polyethylenterephthalat lassen sich zu dimensionsstabilen Reißverschlüssen verarbeiten, falls sie die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisen. Die daraus resultierenden Vorteile werden im folgenden näher erläutert.

Die Herstellung von Reißverschlüssen aus synthetischen Monofilen ist seit langem bekannt. Dabei werden die Drähte in einem bestimmten Abstand durch eine Prägevorrichtung breitgepreßt oder breitgeschlagen. Der Draht kann nun z. B. in ein Gewebestück eingewebt werden. Zwei Gewebestücke mit endständigen breitgeprägten Monofilen können nun mittels eines Schiebers ineinander verhakt werden, so daß man einen Reißverschluß vorliegen hat. Der Draht mit den im bestimmten Abstand aufgeprägten Köpfen kann auch zu einer Wendel verformt werden. Zwei dieser Wendeln werden nun gegenseitig so ineinander verhakt, daß sie von den geprägten Köpfen zusammengehalten werden.

Verarbeitet man nun Polyester-Monofile, die nicht die oben geforderten, erfindungsgemäßen Merkmale aufweisen, zu Reißverschlüssen, so treten folgende Schwierigkeiten auf: Beim Prägen der Nocken erfährt der Draht eine sehr große Querbeanspruchung und platzt auf.

Reißverschlüsse mit geplatzten Prägestellen sind selbstverständlich unbrauchbar. Man umgeht dies, indem man ein Polyäthylenterephthalat mit einer In-Irinsic-Viskosität J von 0,80 bis 1,07, vorzugsweise von 0,82 bis 0,92, einsetzt. Das bedeutet, daß mit zunehmendem Molekulargewicht die Querfestigkeit ansteigt, weil die langen Kettenmoleküle mit steigender Intrinsic-Viskosität immer schwieriger beim Verstrecken in Längsrichtung des Drahtes ausgerichtet werden können. Sie liegen zum Teil noch quer zur 945 2

Monofillängsachse und leisten mit zunehmendem Molekulargewicht einen steigenden Beitrag zur Querfestigkeit.

Darauf weist auch die Kristallitorientierung, gemessen in Winkelgrad, im Draht hin. Ein großer Winkel bei hoher Intrinsic-Viskosität bedeutet, daß weniger Kristallite in Längsrichtung liegen, während bei niedrigem Molekulargewicht ein relativ kleiner Winkel resultiert, der auf eine stärkere Vorzugsorientierung der Kristallite in Längsrichtung hindeutet.

Weiterhin hat sich gezeigt, daß Reißverschlüsse aus Polyesterdrähten mit einer Intrinsic-Viskosität von 0.80 bis 1,07, vorzugsweise 0,82 bis 0,92, besonders flexibel, geschmeidig und dimensionsstabil sind, wenn bei den Monofilen die mittlere Breite der Kristallite in Richtung quer zum Draht 80 bis 200 A beträgt und die mittlere Schwankung der Kristallitgröße in Drahtrichtung, zahlenmäßig ausgedrückt durch die Halbwertsbreite des Röntgenkleinwirikelreflexes, 0,40° nicht übersteigt.

Reißverschlüsse aus solchen Polyesterdrähten zeigen ihre Flexibilität und Geschmeidigkeit dadurch, daß sie bei einer Biegebeanspruchung sofort wieder in ihre Ausgangslage zurückspringen. Die Dimensionsslabilität läßt sich durch einen Test in kochendem Wasser prüfen. Der Reißverschluß wird 10 min in kochendes Wasser gelegt, und dann wird der Schrumpf, angegeben in Prozent, gemessen. Gebrauchsfähige Reißverschlüsse dürfen weniger als; 1 % schrumpfen; denn bei den Reißverschlüssen mit einem größeren Kochschrumpf als 1⁰Zo verkleinern sich ζ. B. nach dem Färben, nach einer Heißwäsche oder nach dem Bügeln die breitgeschlagenen Nocken, so daß sich der Reißverschluß kaum noch verhakt und bei der geringsten Beanspruchung aufplatzt. Außerdem wirft das Kleidungsstück, in das der Reißverschluß eingenäht ist, nach dieser thermischem Behandlung Falten, weil der Reißverschluß kürzer geworden ist.

Beispiel 1

Ein Polyäthylenterephthalat mit einem Schmelzpunkt von 256° C und einer Intrinsic-Viskosität von 0,85 wird mit einem Schmelzextruder zu einem Draht versponnen. Anschließend wird in einem heißen Wasserbad von 95° C auf das 4,6fache der ursprünglichen Länge gestreckt. Es folgt dann eine Fixierung in heißer Luft, wobei die Monofile schrumpfen können. Sie zeigen folgende Eigenschaften (Durchmesser 0,50 cm):

Intrinsic-Viskosität 0,85

Kristallitorientierungswinkel 20,00°

Mittlere Kristallitbreite 86 A

Kristallitgröße 0,36°

Ein Monofil mit diesen Charakteristiken läßt sich problemlos zu einem Reißverschluß verarbeiten, der völlig dimensionsstabil ist. Kochschrumpf nach 10 min in kochendem Wasser < 1 %>. Verwendet man dagegen ein Polyäthylenterephthalat mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,65, so mißt man einen Kristallitorienlierungswinkel von 13,4°, ein Wert, der rein rechnerisch durch die gefundene Formel

Orientierungswinkel = 8 (4 · / — 1),
Orientierungswinkel für Intrinsic-Viskosität
= 0,65 ■= 12,8°

bestätigt wird. Dieser Winkel ist kleiner als erfindungsgemäß beansprucht. Obwohl die mittlere Kristallitbreite 89 A und die Kristallitgröße 0,39° beträgt, lassen sich aus Polyäthylenterephthalat-Mcnofilen mit diesen Eigenschaften keine Reißverschlüsse herstellen, weil die Drähte bei der Verarbeitung laufend aufplatzen. Es wurden an 100 Prägestellen 30 Risse gezählt. Hier noch einmal zusammengefaßt die Eigenschaften dieser schlechten Monofile:

Intrinsic-Viskosität 0,65

Kristallitorientierungswinkel 13,40°

Mittlere Kristallitbreite 89A

Kristallitgröße 0,39°

Will man ein Polyäthylenterephthalat mit einer Intrinsic-Viskosität von mehr als 1,07, z. B. 1,10, verspinnen, so läßt sich dies wegen seiner hohen Viskosität nicht mehr zu D-ähten verarbeiten.

Beispiel 2

Ein Polyäthylenterephthalat mit einem Schmelzpunkt von 256° C und einer Intrinsic-Viskosität von 0,90 wird auf einem Schmelzextruder versponnen. Anschließend wird in einem heißen Wasserbad von 95° C auf das 4,8fache der ursprünglichen Länge gestreckt. Es folgt dann eine Fixierung in heißer Luft, wobei der Draht schrumpfen kann.

Folgende Eigenschaften wurden gemessen:

Intrinsic-Viskosität 0,90

Kristallitorientierungswinkel 20,60°

Mittlere Kristallitbreite 98A

Xristallitgröße 0,35°

Ein Draht mit diesen Eigenschaften läßt sich problemlos zu einem Reißverschluß verarbeiten. Er zeigt keine Risse, ist sehr weich und geschmeidig und zeigt nach 10 min Verweilzeit in kochendem Wasser einen Schrumpf von <C 1 °/o.

Verwendet man dagegen Polyäthylenterephthalatdrähte, die zwar eine Intrinsic-Viskosität von 0,90 besitzen, aber durch eine schlechte Verspinnung oder unsachgemäße Nachbehandlung die beanspruchten Eigenschaften nicht besitzen, so erhält man Reißverschlüsse, die nicht dimensionsstabil sind.

Es wurden z. B. folgende Eigenschaften gemessen:

Intrinsic-Viskosität 0,90

Kristallitorientierungswinkel 29,20°

Mittlere Kristallitbreite 47 A

Kristallitgröße 0,50°

Man stellt fest, daß die von uns gefundene Formel Orientierungswinkel = 8 (4 · J — 1)

nicht erfüllt wird, denn dann müßte sich ein Kristallits5 orientierungswinkel von 20,8^c ergeben. Außerdem ist die mittlere Kristallitbreite mit 47 A zu klein und die mittlere Schwankung der Kristallitgröße, zahlenmäßig angegeben durch die Halbwertsbreite des Röntgenkleinwinkelreflexes, mit 0,50° zu groß.
Ein Reißverschluß aus diesen Monofilen zeigt nach 10 min in kochendem Wasser einen Kochschrumpf von 5°/o. Der Reißverschluß erweist sich als unbrauchbar, weil sich die Nocken beim Zuziehen nur noch zum Teil verhaken und dann bei der geringsten Zugbeanspruchung aufplatzen.

Claims

21 53 845

Patentanspruch:

Verwendung von Monofilen aus Polyäthylenterephthalat zur Herstellung von Reißverschlüssen, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylenterephthalaimonofii eine Intrinsic-Viskosität J von 0,80 bis 1,07 aufweist, der Orientierungswinkel der Kristallite innerhalb des Monofils zwischen 17 und 26° liegt, zwischen der Intrinsic-Viskosität / und dem Orientierungswinkel der Kristallite die numerische Beziehung