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Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Festigkeit von Fäden oder
Fasern aus Polyamiden oder Polyurethanen Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung
der textilen Eigenschaften und eine Verringerung der Dehnung gesponnener Fäden aus
Polyamiden oder Polyurethanen während des Verstreckvorganges. Bekanntlich werden
die Fäden aus Polyamiden und Polyurethanen nach dem Verspinnen einer Verstreckung
zum Zwecke der Orientierung unterworfen, eine Maßnahme, die in der Praxis sowohl
an dem beim Verspinnen anfallenden, durch die Lochzahl der Düsen bestimmten mehrfädigen
Fadenbündel, als auch an dem wesentlich stärkeren Gebilde, welches durch ein Zusammenfachen
mehrerer hundert Fadenbündel entsteht, durchgeführt wird. Im wesentlichen wird der
Verstreckungsvorgang so durchgeführt, daß das Fadenbündel in ein Dreiwalzenwerk
eingezogen und durch ein weiteres Dreiwalzenwerk mit entsprechend höherer Geschwindigkeit,
z. B. der 43fachen, abgezogen wird.
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Das so verstreckte Fadenbündel wird dann zwecks Gewinnung von Fasern
auf Stapellänge geschnitten. In diesem Zustand ist die Faser jedoch nicht ausgeschrumpft
und läuft beim Kochen, Kräuseln usw. stark ein unter Erhöhung des Titers
und
der Dehnung. Man führt deshalb bei der Herstellung von Fäden häufig ein Ausschrumpfen
auf. fester Unterlage durch, z. B. auf Spulen unter Auskochen, Erhitzen in heißer
Luft von etwa ' 13o° C oder überhitztem Wasserdampf. Bei Stapelfasern ist dagegen
ein Ausschrumpfen auf fester Unterlage unmöglich. Sie können zwar ebenfalls durch
Dämpfen oder Erhitzen oder Auskochen ausgeschrumpft werden, wobei man jedoch den
Nachteil der Erhöhung des Titers und der Dehnung sowie der Längenverkürzung in Kauf
zu nehmen gezwungen ist.
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Es wurde nun gefunden, daß man insbesondere bei Stapelfasern eine
wesentliche Steigerung der Festigkeit, eine Verhinderung der Kontraktion und eine
wesentliche Herabsetzung der Dehnung bei einer gleichzeitigen Verfeinerung des Titers
dadurch erzielen kann, daß das Fadenbündel nach dem Hauptverstrecken im gleichen
Arbeitsgang bei erhöhter Temperatur, die bei Polyamiden oder Polyurethanen im wesentlichen
über go° C bis unterhalb des Schmelzpunktes des betreffenden Ausgangsmaterials liegen
kann, unter Beibehaltung der beim Verstrecken erforderlichen Spannung erhitzt wird.
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Die Hitzebehandlung -erfolgt also innerhalb des Elastizitätsbereiches,
d. h. zwischen dem Endpunkt des bleibenden Verstreckungsverhältnisses und dem Zerreißpunkt.
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Es ist bereits bekannt, Fäden aus Polyamiden nach der Hauptverstreckung
aufzuspulen und nach erfolgter Entspannung einer Nachverstreckung zu unterziehen,
indem die Fäden von neuem gespannt und dabei einer erhöhten Temperatur ausgesetzt
werden. Demgegenüber bietet die Erfindung nicht nur den Vorteil der kontinuierlichen
und dabei wirtschaftlichen Arbeitsweise, sondern sie führt auch zu einem feineren
Titer. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei dem bekannten Verfahren der Faden
nach der Hauptverstreckung in der Länge schrumpft und daher die Fähigkeit verliert,
anschließend bei der Nachverstreckung im Querschnitt zu schrumpfen. Im Gegensatz
hierzu tritt bei dem Verfahren nach der Erfindung folgender Vorgang auf: Unmittelbar
im Anschluß an die Hauptverstreckung hat der noch unter Spannung stehende Faden
das Bestreben, wieder zu schrumpfen. Wenn man ihm nun diese Möglichkeit dadurch
nimmt, daß man ihn weiter unter Spannung hält, wie es erfindungsgemäß geschieht,
ihm aber durch die Nachverstreckung die Möglichkeit gibt, im Querschnitt zu schrumpfen,
dann erfährt der Faden eine wesentliche Verringerung seines Titers, eine Erhöhung
der Festigkeit und Herabsetzung der Dehnung. Entspannt man den Faden aber im unmittelbaren
Anschluß an die Hauptverstreckung, bevor man die Nachverstreckung anschließt, dann
verliert der Faden die Fähigkeit, bei einer späteren Nachverstreckung noch wesentlich
im Durchmesser zu schrumpfen.
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Zur besseren Verdeutlichung sei erwähnt, daß z. B. ein Fadenbündel
eines Polyamids, das ein Lactam-Kondensationsprodukt der s-Aminocapronsäure ist,
nach dem etwa 4,3fachen Verstrecken sich nach Entspannung um mindestens ioo/o kontrahiert
und beim Ausschrumpfen durch Kochen um weitere 8°/o, so daß eine Gesamtverkürzung
von 18'% eintritt, wobei die vorhandene elastische Dehnung mit einbezogen ist. Wird
nun ein gleiches Fadenbündel in derselben Weise, und zwar entsprechend dem erfindungsgemäßen
Verfahren, so verstreckt, daß dieses unter Beibehaltung der Verstreckspannung vor
dem Auslaufen der Verstreckvorrichtung an einer gebogenen Metallplatte mit einer
Temperatur von z. B. 13o° C über eine Strecke von etwa io cm berührend schleift,
so beträgt die Kontraktion nach Aufhebung der Spannung nur 3'% im Vergleich zu 10,5"/o
ohne diese Hitzebehandlung, wobei gleichzeitig ein Ausschrumpfen weitgehendst erfolgt.
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Der wesentliche Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt
außerdem nicht allein in der Formfestmachung und Verfeinerung des Titers, sondern
in einer erheblichen Steigerung der Reißfestigkeit. Die textiltechnischen Daten
betragen im ersten Falle, wo nicht nach dem beanspruchten Verfahren gearbeitet wurde:
| Faserfeinheit - Durchschnitt, Nm 176o |
| Faserfeinheit der gerissenen Faser, |
| trocken, Nm ................. 1770 |
| Titer, den ...................... 5,10 |
| Bruchlast, trocken, g ...... . .. .. . 28,43 |
| Reißlänge, trocken, km .......... 48,3 |
| Bruchdehnung, trocken, % ...... 46 |
| Spezifische Festigkeit, trocken, |
| kg/mm2 ...................... 54,1 |
| Spezifische Zerreißspannung, |
| trocken, kg/mm2 .............. 62,8 |
| Nach Anwendung des erfindungsgemäßen Ver- |
| fahrens ergeben sich folgende Daten: |
| Faserfeinheit -Durchschnitt, Nm 233o |
| Faserfeinheit der gerissenen Faser, |
| trocken, Nm ................. 234o |
| Titer, den ...................... 3,63 |
| Bruchlast, trocken, g ............ 26,61 |
| Reißlänge, trocken, km .......... 62,3 |
| Bruchdehnung, trocken, % ...... 24 |
| Spezifische Festigkeit, trocken, |
| kg/mm2 ...................... 69,9 |
| Spezifische Zerreißspannung, |
| trocken, kg/mm2 .............. 75,3 |
Bei Erhitzung endloser Fäden oder Fadenbündel nach Beendigung des Verstreckvorganges
im gleichen Arbeitsgang unter Beibehaltung der zur Verstreckung erforderlichen Spannung
auf höhere Temperaturen, unter Umständen bis unterhalb des Erweichungspunktes, erfolgt
also eine weitere Verfeinerung des Titers der behandelten Fäden. Damit verbunden
ist, wie sich aus den obigen Zahlen ergibt, eine Erhöhung der Festigkeit um etwa
30'/o und eine Erniedrigung der Bruchdehnung auf die Hälfte des ohne Heißbehandlung
erzielten Wertes.
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An Stelle einer Führung von nicht gequollenen Fäden über eine erhitzte
Metallplatte kann man
z. B. auch das Fadenbündel vor der Wärmebehandlung
nach dem Hauptverstrecken mit quellenden Mitteln, wie hydroxylhaltigen Verbindungen,
z. B. Wasser, Alkoholen, Lösungsmitteln usw., behandeln, wobei es für das erfindungsgemäße
Verfahren ohne nachteiligen Einfluß ist, wenn das Fadenbündel mit diesen quellenden
Mitteln bereits vor dem Verstrecken behandelt wurde. Auch das Formfestmachen durch
Hitze kann in verschiedener Weise erfolgen, z. B. durch Hindurchführen des Fadenbündels
unter Spannung nach dem Hauptverstrecken durch ein geheiztes Rohr, durch Umschlingung
um einen geheizten Metallzylinder, durch Hindurchführen durch eine Kammer mit überhitztem
Dampf oder überhitzter Luft usw.
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Zur besseren Erläuterung der in der Beschreibung beispielsweise erwähnten
Vorrichtung dienen die Zeichnung und die folgenden Ausführungen. Die weiter angeführten
Möglichkeiten, wie Erhitzen beim Hindurchführen durch ein geheiztes Rohr oder eine
Kammer, das Umschlingen eines geheizten Metallzylinders, sind so einfach, daß sich
zeichnerische Unterlagen hierfür erübrigen.
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Die Scheiben i bis 6 bilden in der Abb. i das Verstreckaggregat, bei
Scheibe i liegt der Fadeneingang. Das durchlaufende Fadenbündel umschlingt die Scheiben
i bis 3 und q. bis 6 und läuft bei 6 aus. Die Scheiben i bis 3 laufen z. B. mit
einem Einzug von 2o m in der Minute, die Scheiben q. bis 6 entsprechend dem erforderlichen
Streckverhältnis mit einem Abzug von z. B. 86 m. Die Verstreckung erfolgt im wesentlichen
zwischen den Scheiben 3 und q. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht nun darauf,
daß zwischen die Scheiben q. und 5 die Erhitzungsvorrichtung 7 eingebaut wird, über
deren poliertes Blech 9 das Fadenbündel so schleift, daß das Blech möglichst lange
berührt wird.
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In der Abb. 2 ist das gebogene polierte Blech 9 auf einem Gehäuse
angebracht. Im unteren Teil dieses Gehäuses befindet sich die Heizflüssigkeit i
o, deren Dämpfe im Dampfraum i i das Blech 9 erhitzen. Geheizt wird mit dem elektrischen
Heizband 12. Gegen Wärmeverlust wird das Gehäuse mit der Isolierschicht 13 versehen.
Die Kondensation der beim Kochen der Heizbadflüssigkeit io gebildeten Dämpfe erfolgt
über den Kühleranschluß 14 in dem Wasserkühler B. Je nach der gewünschten Temperatur
steht der Dampfraum über dem Kühlerrohr unter Vakuum oder Druck.
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Selbstverständlich bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht
nur auf die Behandlung von Fadenbündeln, die nach der Wärmebehandlung im Verstreckapparat
in Stapelform geschnitten werden. Man kann dasselbe Verfahren auch auf solche Fadenbündel
anwenden, wie sie aus den