Verwirbeltes Multifilamentgarn aus Hochmodul-Einzelfilamenten und Verfahren zum Herstellen eines solchen Garns

Abstract

 Beschrieben wird ein verwirbeltes Multifilamentgarn aus Hochmodul-Einzelfilamenten wie z.B. Aramid, Kohlenstoff oder Glas sowie ein Verfahren zum Herstellen dieses Garns. Die herkömmliche Luftverwirbelung läßt sich bei Hochmodul-Garnen praktisch nicht einsetzen, da sie wegen ihrer Sprödigkeit zum Bruch neigen, was insbesondere zu einer beträchtlichen Verringerung der Höchstzugkraft führt. Die Erfindung schlägt vor, die Verwirbelung bei erhöhter Temperatur - entweder durch Vorwärmung des Garns oder durch Erwärmung der Verwirbelungsluft - durchzuführen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß hierdurch bei relativ geringen Verwirbelungsabständen ein Absinken der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft weitgehend vermieden wird und zum Teil sogar eine Erhöhung der Höchstzugkraft erzielbar ist. Das nach diesem Verfahren hergestellte Multifilamentgarn ist insbesondere gekennzeichnet durch eine geringe Zahl von Brüchen der Einzelfilamente. Die Erfindung ist auch anwendbar bei sogenannten commingled Garnen, bei denen nur ein Teil des Garns aus Hochmodul-Filamenten und der andere Teil aus thermoplastischen Filamenten besteht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Multifilamentgarnes eines Gesamttiters von 500 - 4000 dtex, vorzugsweise 700 - 3000 dtex, bei dem zumindest ein Teil des Garnes aus Hochmodul-Einzelfilamenten eines Anfangsmoduls von mehr als 50 GPa, vorzugsweise mehr als 80 GPa besteht, bei welchem Verfahren das Garn durch ein Verwirbelungsmedium, insbesondere Luft, verwirbelt wird, sowie ein derartiges Multifilamentgarn.

[0002] Derartige Hochmodulgarne, die aus flüssigkristallinen oder speziellen Hochpolymeren mit wenig flexiblen Ketten wie z.B. Aramid, Kohlenstoff und Glas bestehen, sind im allgemeinen sehr steif. Das herkömmliche Verfahren der Luftverwirbelung, wie es beispielsweise zur Erhöhung des Fadenschlusses oder zum Mischen mit anderen Garnkomponenten eingesetzt wird, führt insbesondere bei einem hohen Verwirbelungsgrad zu erheblichen Schwierigkeiten, weil die Einzelfilamente wegen ihrer Steifheit nur schwer zu verwirbeln sind und wegen ihrer Sprödigkeit zum Bruch neigen, was sich insbesondere in einer beträchtlichen Verringerung der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft (Feinheitsfestigkeit) auswirkt. Der Fadenschluß dieser Garne ist dann unzureichend, und wegen der großen Anzahl von Brüchen der Einzelfilamente ist es nicht möglich, ein glattes flusenfreies Garn herzustellen. Eine starke Luftverwirbelung derartiger Hochmodulgarne führt daher zu keinen in der Praxis akzeptablen Resultaten.

[0003] Durch die vorliegende Erfindung sollen ein Verfahren zum Herstellen eines Hochmodul-Multifilamentgarnes sowie ein derartiges Multifilamentgarn geschaffen werden, das einen hohen Fadenschluß erhält und möglichst glatt und flusenfrei ist. Insbesondere soll eine Verringerung der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft durch die Verwirbelung möglichst vermieden werden.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelung bei einer Temperatur von (0,25-0,9)T_s durchgeführt wird, worin T_s die Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur der Hochmodul-Einzelfilamente, gemessen in °C, ist.

[0005] Das Multifilamentgarn ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Verwirbelungsabstand des Garns, gemessen im Nadeltest (mittels ROTHSCHlLD ENTANGLEMENT TESTER 2050), kleiner als 150 mm ist und die Anzahl von Brüchen der Einzelfilamente, gemessen im Lichtschrankenverfahren auf einer Seite des Garns, kleiner als 20/m ist.

[0006] Das Verwirbelungs-Grundpatent US 29 85 995 enthält bereits den allgemeinen Hinweis, daß die Verwirbelung von Garnen bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden kann und daß insbesondere bei zu hoher Garnspannung und/oder einem zu niedrigen Druck des Verwirbelungsmediums eine gewisse Plastifizierung des Garns durch Befeuchten und/oder Erwärmen die Verwirbelung begünstigt. Dieser Gedanke wird in den US-PSen 30 69 836 und 30 83 523 aufgegriffen, in denen Garne aus Polyester oder Polyamid mit erwärmter Luft verwirbelt werden, um besonders schrumpfarme Garne herzustellen. In der EP-PS 01 64 624 wird ein Polyestergarn mit erwärmter Luft verwirbelt, damit das Garn in erwärmtem Zustand aufgewickelt werden kann. Die DD-PS 240 032 schließlich beschreibt die Herstellung eines Garns aus Polyamid, Polyester oder Polyolefin, bei dem das Garn in einer Fadenschlußeinrichtung mit Dampf oder feuchter heißer Luft behandelt wird, um eine einwandfrei aufspulbare Seide zu erhalten.

[0007] Im Gegensatz zu diesem Stand der Technik beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, daß bei besonders hochmoduligen Multifilamentgarnen eine Warmverwirbelung im Gegensatz zu einer Kaltverwirbelung praktisch keine Verringerung der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft zur Folge hat und sogar zu einer Erhöhung der Höchstzugkraft führen kann. Tatsächlich ist es durch die Erfindung erstmals gelungen, ein stark verwirbeltes Multifilamentgarn eines Anfangmoduls von mehr als 50 GPa herzustellen, das einen hohen Fadenschluß hat, glatt und praktisch flusenfrei ist und dessen feinheitsbezogene Höchstzugkraft nicht bzw. nicht wesentlich geringer als die des unverwirbelten Garnes ist.

[0008] Zweckmäßigerweise wird das Garn so stark verwirbelt, daß der durchschnittliche Verwirbelungsabstand des Garns, gemessen im Nadeltest, kleiner als 150 mm, vorzugsweise kleiner als 70 mm bzw. 50 mm ist.

[0009] Zur Verwirbelung können herkömmliche Verwirbelungsdüsen verwendet werden. Der Verwirbelungsabstand bzw. die Verwirbelungsdichte wird in erster Linie durch den Druck des Verwirbelungsmediums und den speziellen Düsentyp bestimmt. Um daher einen erwünschten Verwirbelungsabstand zu erzielen, muß für einen bestimmten Düsentyp ein entsprechender Verwirbelungsdruck gewählt werden. Zweckmäßigerweise liegt der Arbeitsdruck im Bereich von 1 bis 10 bar, vorzugsweise 1,5 bis 8 bar und insbesondere 2 bis 4 bar.

[0010] Die Verwirbelungstemperatur beträgt vorzugsweise (0,5-0,9)T_s, insbesondere (0,7-0,8)T_s, Bestehen z.B. die Hochmodul- Einzelfilamente aus Aramid, so liegt die Verwirbelungstemperatur zweckmäßigerweise im Bereich von 200-360°C, vorzugsweise bei 300°C. Im Fall von Kohlenstoff sollte die Verwirbelungstemperatur zwischen 200° und 500°C, vorzugsweise zwischen 300° und 500°C liegen. Bestehen die Hochmodul-Einzelfilamente aus Glas, so beträgt die Verwirbelungstemperatur 300°-600°C, vorzugsweise 300°-500°C.

[0011] Die Hochmodul-Einzelfilamente können vor dem Verwirbeln auf die Verwirbelungstemperatur erwärmt werden, wobei die Erwärmung durch Galette, Heizfläche, Heizrohr, Strahlungsheizung unter Vorspannung oder Heißluft erfolgen kann. Besteht das gesamte Garn aus den Hochmodul-Einzelfilamenten, so kann auch das Verwirbelungsmedium auf die Verwirbelungstemperatur erwärmt werden.

[0012] Die Erfindung ist nicht nur bei Einkomponentengarnen verwendbar, sondern auch bei sog. commingled Garnen, bei denen nur ein Teil des Garns aus den Hochmodul-Einzelfilamenten und der andere Teil aus thermoplastischen Einzelfilamenten eines geringeren Anfangsmoduls bestehen. Der Begriff "commingled Garn" wird z.B. in Chemiefasern/Textilindustrie (Industrie Textilien), 39/91, T 185 (1989) erläutert. In diesem Fall werden nur die Hochmodul-Einzelfilamente auf die Verwirbelungstemperatur vorerwärmt, während die niedriger schmelzenden thermoplastischen Einzelfilamente nicht vorerwärmt werden und auch das Verwirbelungsmedium nicht erwärmt wird.

[0013] Als thermoplastische Einzelfilamente geringeren Anfangsmoduls kommen z.B. PEEK (Polyetheretherketon), PEI (Polyetherimid), PET (Polyethylenterephtalat) und PPS (Polyphenylensulfid) in Frage.

[0014] Wie bereits erwähnt, ist das gemäß der Erfindung hergestellte Multifilamentgarn dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Brüchen der Einzelfilamente kleiner als 20 pro Meter ist. Vorzugsweise ist die Anzahl der Brüche sogar kleiner als 10/m und kann sogar nahezu Null, insbesondere kleiner als 3/m und ganz besonders bevorzugt kleiner als 0,1/m werden. Die Brüche der Einzelfilamente werden durch das übliche Lichtschrankenverfahren gemessen, das die auf einer Seite des Garns abstehenden gebrochenen Enden der Einzelfilamente erfaßt (beispielsweise mit einem Shirley Hairiness Meter, Shirley Institute, Manchester).

[0015] Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Multilfilamentgarnes besteht darin, daß die feinheitsbezogene Höchstzugkraft wesentlich höher ist als bei einer Kaltverwirbelung des Garns. Dies dürfte zum einen auf die geringere Anzahl von Brüchen der Einzelfilamente und zum anderen auf eine vorteilhaftere Ausrichtung der Einzelfilamente zurückzuführen sein. Handelt es sich um ein Einkomponentengarn, das insgesamt aus den Hochmodul-Einzelfilamenten besteht, so sollte die feinheitsbezogene Höchstzugkratt des verwirbelten Garns mindestens 80 % desjenigen des unverwirbelten Garns betragen. Häufig läßt sich sogar eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von mindestens 90 % und in bestimmten Fällen von mehr als 100 % derjenigen des unverwirbelten Garnes erzielen.

[0016] Auch im Fall von commingled Garnen führt die Erfindung zu einer Erhöhung der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft im Vergleich zu kaltverwirbelten Garnen. Tatsächlich zeichnen sich auch die commingled Garne durch einen hohen Fadenschluß und große Glätte aus, die die Garne sogar webtauglich machen können.

[0017] Anhand von in den Figuren dargestellten Diagrammen werden Beispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen:

[0018] Figuren 1-5 Diagramme, in denen für Aramid-Multifilamentgarne der Zusammenhang zwischen der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft (Feinheitsfestigkeit) und der erfindungsgemäß vorgesehenen Warmverwirbelung dargestellt ist;

[0019] Figuren 6, 7 Diagramme, die für Glas- und Kohlenstoff-Multifilamentgarne den Zusammenhang zwischen der Feinheitsfestigkeit und der erfindungsgemäß vorgesehenen Warmverwirbelung darstellen;

[0020] Figur 8 ein Diagramm, in dem die Feinheitsfestigkeit von erfindungsgemäß ausgebildeten Einkomponentengarnen und commingled Garnen dargestellt ist.

[0021] In dem in Figur 1 gezeigten Diagramm ist die Feinheitsfestigkeit (in cN/tex) eines handelsüblichen Aramidgarnes dargestellt, wobei die gestrichelte Kurve a für ein Garn mit einer Drehung Z100 und die Kurve b für ein zu Versuchszwecken untersuchtes ungedrehtes Garn gilt. Die linken Enden der beiden Kurven beziehen sich auf das unverwirbelte Vorlagegarn, während die Mitten der Kurven für ein kaltverwirbeltes Garn und die rechten Enden der Kurven für ein erfindungsgemäßes Garn gelten, das nach einer Vorerwärmung auf 300°C verwirbelt wurde.

[0022] Wie die beiden Kurven deutlich machen, sinkt die Feinheitsfestigkeit bei einer Kaltverwirbelung beträchtlich, während sie bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Warmverwirbelung im wesentlichen erhalten bleibt. Unterhalb des Diagramms ist der Verwirbelungsabstand (in mm) des Garns dargestellt, der im Fall des kaltverwirbelten Garns 32 mm und im Fall des warmverwirbelten Garns 19 mm beträgt.

[0023] Das Diagramm der Figur 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Feinheitsfestigkeit und der Verwirbelungstemperatur, und zwar für ein weiteres handelsübliches Aramidgarn mit Drehung Z100. Wie ersichtlich, steigt in diesem Fall die Feinheitsfestigkeit mit der Verwirbelungstemperatur an. Der Verwirbelungsabstand ist von der Verwirbelungstemperatur weitgehend unabhängig.

[0024] In dem Diagramm der Figur 3 ist der Zusammenhang zwischen der Feinheitsfestigkeit und verschiedenen Erwärmungsarten für das in Figur 1 verwendete Aramidgarn dargestellt. So wurde das Garn mit Galette auf 300°C vorerwärmt oder mit Heißluft auf 300°C bzw. 400°C vorerwärmt, und als weitere Möglichkeit wurde die Verwirbelungsluft auf 300°C erwärmt. Auch dieses Diagramm macht deutlich, daß die Feinheitsfestigkeit bei einer Kaltverwirbelung deutlich absinkt, während sie bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Warmverwirbelung praktisch gleichbleibt bzw. ansteigt.

[0025] In dem Diagramm der Figur 4 ist zusätzlich zu der Feinheitsfestigkeit (Kurve I) noch die Dehnung (in %, Kurve II) für das in Figur 2 verwendete Aramidgarn dargestellt. Die vier Knickpunkte der beiden Kurven gelten für das unverwirbelte Vorlagegarn ohne Drehung, das unverwirbelte Vorlagegarn mit Drehung Z100 sowie das warmverwirbelte Garn mit und ohne Drehung. Auch bei diesem Garn führt die Warmverwirbelung zu einer gewissen Erhöhung der Feinheitsfestigkeit, während die Dehnung nahezu konstant bleibt.

[0026] Das Diagramm der Figur 5 gibt eine der Kurve I in Figur 4 entsprechende Meßreihe in Form eines Balkendiagramms für ein weiteres handelsübliches Aramidgarn wieder. In dem Diagramm ist zu erkennen, daß das Verwirbeln gemäß der Erfindung zu keiner Festigkeitsabnahme führt. Ferner ist zu erkennen, daß beim Hochdrehen der Garne (unverwirbelt und verwirbelt) eine Festigkeitszunahme auftritt, wobei diese beim verwirbelten Garn größer ist als beim unverwirbelten Garn.

[0027] In dem Diagramm der Figur 6 ist die Feinheitsfestigkeit eines Multifilamentgarnes aus Glas dargestellt, das einmal als unbehandeltes Vorlagegarn, dann als kaltverwirbeltes Garn und schließlich als warmverwirbeltes Garn vorlag. Im Fall der Warmverwirbelung wurde das Garn mit Heißluft vorerwärmt, und zwar einmal auf 300°C und zum anderen auf 600°C. Der Verwirbelungsdruck betrug jeweils 1,0 bar.

[0028] Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, führt auch im Fall des Glasgarnes die Kaltverwirbelung zu einer deutlichen Verringerung der Feinheitsfestigkeit, während sie bei der Warmverwirbelung erhalten bzw. noch gesteigert wird.

[0029] Den gleichen Zusammenhang zeigt das Diagramm der Figur 7, in dem die untere Kurve für ein Glasgarn vom Typ E und die obere Kurve für ein Kohlenstoffgarn gilt.

[0030] In dem Diagramm der Figur 8 ist die Feinheitsfestigkeit für verwirbelte und unverwirbelte Einkomponentengarne verschiedener Materialien wie auch für verschiedene commingled Garne dargestellt. Die kreuzschraffierten Säulen gelten für unverwirbelte Garne aus Aramid, Kohlenstoff, Glas bzw. PEEK. Die schräg schraffierten Säulen gelten für warmverwirbelte Garne derselben Materialien. Die mit gestrichelten Linien schraffierten Säulen schließlich gelten für commingled Garne aus Aramid, Kohlenstoff bzw. Glas, denen jeweils PEEK beigemischt wurde.

[0031] Für alle Diagramme gilt, daß bei der Warmverwirbelung die Verwirbelungstemperatur 300°C betrug, sofern in den Diagrammen nicht etwas anderes angegeben ist.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Multifilamentgarnes eines Gesamttiters von 500 - 4000 dtex, vorzugsweise 700 - 3000 dtex, bei dem zumindest ein Teil des Garnes aus Hochmodul-Einzelfilamenten eines Anfangsmoduls von mehr als 50 GPa, vorzugsweise mehr als 80 GPa besteht, bei welchem Verfahren das Garn durch ein Verwirbelungsmedium, insbesondere Luft, verwirbelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelung bei einer Temperatur von (0,25-0,9)T_s, vorzugsweise (0,5-0,9)T_s, durchgeführt wird, worin T_s die Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur der Hochmodul-Einzelfilamente, gemessen in °C, ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn so stark verwirbelt wird, daß der durchschnittliche Verwirbelungsabstand des Garns, gemessen im Nadeltest, kleiner als 150 mm, vorzugsweise kleiner als 70 mm bzw. 50 mm ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochmodul-Einzelfilamente aus Aramid bestehen und die Verwirbelungstemperatur 200 - 360°C, vorzugsweise 300°C beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochmodul-Einzelfilamente aus Kohlenstoff bestehen und die Verwirbelungstemperatur 200°-500°C, vorzugsweise 300°-500°C beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochmodul-Einzelfilamente aus Glas bestehen und die Verwirbelungstemperatur 300°-600°C, vorzugsweise 300°-500°C beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochmodul-Einzelfilamente vor dem Verwirbeln auf die Verwirbelungstemperatur erwärmt werden, wobei die Vorerwärmung insbesondere durch Galette, Heizfläche, Heizrohr, Strahlungsheizung unter Vorspannung oder Heißluft erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das gesamte Garn aus den Hochmodul-Einzelfilamenten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungsmedium auf die Verwirbelungstemperatur erwärmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem nur ein Teil des Garns aus den Hochmodul-Einzelfilamenten und der andere Teil aus thermoplastischen Einzelfilamenten eines geringeren Anfangsmoduls, vorzugsweise aus PEEK, PEI, PET oder PPS besteht, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Hochmodul-Einzelfilamente auf die Verwirbelungstemperatur vorerwärmt werden und die Verwirbelung der beiden Teile mit nicht erwärmtem Verwirbelungsmedium durchgeführt wird.

9. Multifilamentgarn eines Gesamttiters von 500 - 4000 dtex, vorzugsweise 700 - 3000 dtex, bei dem zumindest ein Teil des Garns aus Hochmodul-Einzelfilamenten eines Anfangsmoduls von mehr als 50 GPa, vorzugsweise mehr als 80 GPa besteht und das verwirbelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Verwirbelungsabstand des Garns, gemessen im Nadeltest, kleiner als 150 mm, vorzugsweise kleiner als 70 mm ist, und die Anzahl von Brüchen der Einzelfilamente, gemessen im Lichtschrankenverfahren auf einer Seite des Garns, kleiner als 20/m, vorzugsweise kleiner als 0,1/m ist.

10. Multifilamentgarn nach Anspruch 9, das insgesamt aus den Hochmodul-Einzelfilamenten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die feinheitsbezogene Höchstzugkraft des verwirbelten Garns mindestens 80 %, vorzugsweise mehr als 100 % derjenigen des unverwirbelten Garns beträgt.

11. Multifilamentgarn nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochmodul-Einzelfilamente aus Aramid, Kohlenstoff oder Glas bestehen.

12. Multifilamentgarn nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil des Garns aus den Hochmodul-Einzelfilamenten und der andere Teil aus thermoplastischen Einzelfilamenten eines geringeren Anfangsmodules, insbesondere aus PEEK, PEI, PET oder PPS besteht.

Zeichnung