Herstellung und Eigenschaften von

Folge 25
LENZINGER
Herstellung und Eigenschaften
von Bikomponentenfäden
Dr. GerhardHofinger
ChemiefaserLenzingAG., Lenzing
BERICHTE
Mai
1968
An Hand zahlreicherPatentschriftender letzten Jahrekann
man nun eine interessanteNeuentwicklungauf dem Gebiet
der Synthesefasernbeobachten.Danachwerden die Fasern
oder Fäden aus zwei verschiedenartigenPolymerenhergestellt, die sich währendder Fadenbildungnicht m iteinander
vermischensollen und einen Faden irrhomogenerZusammensetzungergeben.
Diese Bikomponenten-oder Verbundfaden sollen bessere
Gebrauchs-und Veredlungseigenschaften
aufweisenund besitzen einelatente Kräuselung.
Zwei Typen von Bikomponentenfasernbzw. -fadenwerden
von der Firma DuPont bereits in den Handel gebracht:
Bikomponentenfäden werden durch gleichzeitiges Auspressen zweier
verschiedener Polymerlösungen oder -schmelzen durch ein Düsenloch hergestellt. Die beiden Komponenten schrumpfen bei der Nachbehandlung in unterschiedlichem Ausmaß und bewirken dadurch
eine Einkräuselung des Fadens.
Bikomponentenfäden können sowohl nach dem Schmelzspmnverfahren als auch durch Trocken- oder Nal)spinnen erzeugt werden.
Bei der Auswahl der Komponenten muß auf gute Haftung aneinander und auf Beständigkeit der Kräuselung geachtet werden.
Die Eigenschaften der Bikomponentengame werden in einer Tabelle
mit jenen mechanisch texturierter Garne verglichen. Schließlich
wird noch auf die speziellen Verarbeitungsmöglichkeiten der Bikomponentengarne hingewiesen.
a) Orlon 21@, Orlon 23@und Orlon 27@: PolyacrylnitrilStapelfasern,die in Konkurrenz m it Wolle vor allem im
Strickwarensektorverwendetwerden;
b) Cantrece@:Bikomponentenfadenaus Polyamiden, die
als Mono- oder Multifilamente vor allem in der Damenstrumpfindustrieeingesetztwerden.
Es erscheint uns von Interesse,in einem zusammenfassenden Artikel über das zugrundeliegendePrinzip sowie über
die wichtigsten Verfahren zur Herstellung solcher Bikomponentenfadenund deren textiltechnologischeBehandlung
zu berichten.
2. Ursachen der Kräuselung
Two-component
trusion through
polymer melts.
shrinkage of the
fdaments are produced by the simultaneous exone jet hole of two different polymer solutions or
Fiber crimp is produced by varying degrees of
two components during subsequent treatment.
Two-component filaments tan be produced by the melt-spinning
process as weh as by dry or wet spinning. Satisfactory fiber-to-fiber
adhesion and stability of crimp arc requirements to be considercd in
selecting the components.
The Paper includes a table comparing the properties of twocomponent yarns with those of yarns texturized by mechanical
means. Finally, the special applications in which two-component
yarns tan be used are pointed out.
1. Einleitung
Besteht ein Fadenüber seineganzeLangeauszwei verschiedenenKomponenten,die Seite an Seite oder in einer KemMantel-Formunlösbarm iteinanderverbundensind, so muß
sich dieser Faden, sobald auf ihn keine äußereSpannung
einwirkt, spontankräuseln,wenn die beidenKomponenten
bei einer beliebigentextiltechnologischenBehandlungeine
unterschiedlicheLängenänderungerfahren. Als Ursachen
dafti kommen in Betracht:
a) UngleicheLängenänderung
nach unterschiedlicherFeuchtigkeitsaufnahmeder beidenKomponenten.
b) UngleicherSehrumpf beim Abwickeln des verstreckten
Fadens von der Streckspuleinfolge unterschiedlichen
Relaxationsverhaltensder beiden Komponentenim gespanntenZustand.
c) Ungleicher Sehrumpf beim Heißfeeren, zum Beispiel
infolge unterschiedlicherKristallinität bzw. Orientierung
der beidenKomponenten.
Nach Aufnahme der Großproduktion von Fasernaus synthetischen Polymerenwar man laufend bestrebt, die Herstellungsverfahrenund die Eigenschaftendieser Fasern zu Das erstePhoto der Abbildung 1 zeigt eine Querschnittsaufverbessern.Beispielsweisekonnten Licht- und Thermostabi- nahme von unverstrecktenBikomponentenfasern(Vergrölität durch Zusatz von Stabilisatorenerhöht werden.Durch ßerung 25O:l) und das zweite einen Ausschnitt aus derselVerspinnungvon Kopolymerenwurden Fasernm it höherer ben Aufnahme (Vergrößerung5OO:l). Auf dem dritten
Anftibbarkeit, geringererelektrostatischerAufladung und Bild sind dieselbenFasernnach einerVerstreckungim Verschwächerer Pillneigung erhalten. Durch Variation der hältnis 15 zu sehen.In allen drei Fallen war eine KompoSpinn- und Nachbehandlungsbedingungen
konnten je nach nente rußgefarbt.Die vierte Aufnahme zeigt schließlichdie
dem vorgesehenenEinsatzgebiet die Fasereigenschaften QuerschnitteunverstreckterBikomponentenfasem,bei denen eine Komponentemattiert war.
beeinflust werden.
52
LENZINGER
Folge 25
BERICHTE
Mai 1968
Bild 2: UnVISfreCkt iverorößerung 5M):lI
Bild 3: Mntrskt iVergrökun0 2 W 1 )
Bild 4: unwrstmckt iVsrgößeNnp 5M):l)
Abb. 1: Faserquerschnitte von Bikomponentenfaden
3. H.ntdlU<ipPrinzi
bzw. g e h t . Durch getrennte Zufiihnuigsleitungen werden
Die Herstellung von Bikomponentenfnden ist sowohl nach die beiden Schmelzen bzw. m g e n zu einer Spinndiisendem Schmehpinn- als auch nach dem Trocken- oder Na5- platte traosportiert, wo sie unmittelbar vor den W n spinnverfahren mö&h. Das PRnPp iai bei d e n drei Me- löchern aufeinandertreffen und nebeneinander durch diese
ihoden g i e a Zwei Polymere werden “parat geschmolzen M€nungen ausßepre%twerden.
54
LENZINGER
Mai 1968
Abbildung 2 zeigt den Längsschnitteiner solchenSchmelzspinnvorrichtungl). Diese besteht aus einer Spinndüsenplatte (1) und einer Verteilerplatte (2). Letztere hat eine
zentrische(3) und eine ringförmige Ausnehmung(4). Die
geschmolzenen
Polymerenwerdenin diesebeiden öffnungen gepreßtund in die ringförmigenKanäle (5 und 6) der
Platte 1 weitergeftit. Die Schmelzenwerden durch die
Leitungen (7 und 8) zu den kreisförmig angeordnetenDüsenlöcherngedruckt.
BERICHTE
Die so erhaltenenBikomponentenfadenkönnen auf die übliche Weise abgezogenund aufgespult werden. Nach ,anschließendemVerstreckenwerden die Fäden einer Wärmebehandlungdurch Heißluft oder Sattdampf unterworfen.
Diese Fixierung, die man entwederkontinuierlich am laufendenFadenoder diskontinuierlicham Strangdurchführen
kann, bewirkt je nach der dabei angewandtenSpannung
eine Erhöhung oder eine Erniedrigungder Einkräuselungin jedem Fall aber eine Abnahme des Kochsehrumpfs.
4. Auswahl der Komponenten
25
Auch KomponentengleicherchemischerZusammensetzung,
jedoch ungleicherViskosität sollen in ihrem Schnunpfverhalten ziemliche Unterschiedeaufweisen.Als Beispielehiefti wurden bereits Polyamide4), Polyolefme5) und Polyeste#) beschrieben.
SchJiefihchkann man auch aus ein und derselbenhomogenen Pol~e&unelze Bikomponenten-Kräuselfäden
gewinnen, indem man aus dieserSchmelzegetrennteStrömemit
einer Fließgeschwindigkeitim Bereich von 1:1,5 bis 1:4
bildet7). Durch Differenzen in der Ausspritzgeschwindigkeit innerhalb ein und desselbenDüsenlocheserreicht man
auch eine unterschiedlicheVororientierung während des
Abzugs und damit eine ungleichmäl3igeSehrumpfneigung
der beidenKomponenten.
5. Voraussetzungen
ten aneinander
Abb.2
Folge
für eine gute Haftung der Komponen-
Sind die beiden Komponenten eines Verbundfadensihrer
Natur nach verschieden(z.B. Nylon 66 und Polyäthylenterephthalat),so besteht - falls der Faden nicht eine KemMantel-Struktur aufweist, sonderndie KomponentenSeite
an Seite gesponnenwurden - die Neigung, daß sich diese
beim Verstreckenwieder trennen.Betrachtetman den Querschnitt einessolchenFadens,so kann man die beidenKomponenten, wenn sie ungleich stark mattiert sind, gut voneinanderunterscheiden.Auch die Trennlinie ist genaufestzustellen und als feiner Strich zu erkennen.Währendbei
Fäden aus chemischoder strukturell ähnlichenKomponenten eine Trenmmgin ihre Bestandteileniemalszu beobachten ist, zeigt sich bei BikomponentenfadenausPolyäthylenterephthalatund Nylon 66 ein anderesBild: Bei einer Reihe
von Fasernist die Trennlinie zwischenden beidenKomponenten zu einem Spalt erweitert, dessenTiefe beim Einstellen desMikroskopsauf verschiedene
Ebenenzu beobachten
ist. Einzelne Fäden sind sogargänzlichgespaltenund ihre
Hälften liegen durch andereFäden voneinanderräumlich
getrennt.
Nach den vorliegendenPatentvorschlägenunterscheiden Verstreckt man jedoch bei relativ hohen Temperaturen,
sich die Komponentenentwederin ihrem chemischenAuf- und zwar bei ,mindestens60°C unter dem Schmelzpunkt
bau oder in ihren physikalischenEigenschaften.
der niedrigerschmelzendenKomponente,so kann dasAufspalten des Polyester/Polyamid-Bikomponentenfadens
in
Es kann die eine Komponenteein Homopolymer sein und
seinezwei Bestandteilevermiedenwerdena).
die andereein Kopolymer mit wenigstens70 Prozent der
Struktureinheitendesersteren1
). Nach diesemPrinzip kom- fih weitere Möglichkeit, das Auseinanderplatzender Kombiniert man ein Polyamid mit einem Kopolyamid, einen ponenten zu verhindern, kann die Berührungszeitder
Polyester mit einem Kopolyester oder Kopolymere ver- Schmelzströmeoberhalb der Düsenöffnungverlängertwerschiedenermengenmäßiger
Zusammensetzung
miteinander. den. Auf diese Weise diffundieren die beiden Schmelzen
Ebenso wurde die Kombination zweier Homopolymerer, besserineinander,sodaßsich die beiden Berührungsflächen
wie beispielsweiseeines Polyesters mit einem Polyamid in ihrer Zusammensetzung
einanderangleichen.
oder eines Polyesters mit einem Polypropylen, vorgeDie Haftung wird ferner auch dadurch verstärkt, daß die
schlagen2).
Verbindungsliniezwischenden beidenBestandteilenim FaBikomponentenfadenaus Polyacrylnitril erhält man auch, denquerschnitt nicht mehr eine Geradeist, sondern die
wenn die eine Komponentemehr ionisierbareGruppenauf- Komponenten - eine in die andere oder gegenseitig- in
weist als die andere,sodaß ein beträchtlicherUnterschied Form von scharf begrenztenEinbauchurigenmeinander
in denhydrophilenEigenschaftender Polymerenentsteht3). eindringen9).
55
LENZINGER
Folge 25
BERICHTE
Mai 1988
6. Vonunaaungsn iür eine gute K~uralbesiändigkek
Man erhält eine gute Kräuselbeständigkeit, wenn die Komponente, die den höheren Schrumpf aufweist, auch die bessere elastische Erholung besitzt2).
Durch eine relativ geringe Spannung entzieht man dem Faden die Kräuselung, Sodas er sich glättet. Bei höheren Spannungen wird der Faden gedehnt, wobei die kürzere Komponente also jene mit dem grWren sehnimpf, welche die
Innenseite der schraubenfbmügen Kräuselung bildet stärker belastet wird. Beaitzt nun die „hiimgende” Komponente eine geringere elasüsche Erholung, so kann man die
Kräuselung-durch Behtung der Fid& wrhältnismWg
leicht entfernen. Zeint das Polvmere mit den höheren
schrumpfeigenschaftei nicht von- Anfang an auch die beaaere elastische Erholung, so kann man das du& Nachbehandlung der veAtreckten Fäden erreichen. Diese s
d eine
Kristallisation und LängenStabilisierung der Komponente
mit der hliheren schrumuffiihkkeit bewirken. wobei die andere Komponente aber-nicht verändert wnden darf. Die
Kristaihtion kann durch eine Wärmebehandlung oberhalb
der minimalen Kxist~tionstemperatwder zu fixierenden
Komponente erreicht werden.
-
-
-
I
I
I
~
Bild 1: Bikornponentenfsden
7. chukteririerumgda Knurlung
a) E i n h W e h g
Die Euikräuselung E wird wie fdgt definiert:
E=- LS-LK
. 100
LK
= Länge der Faser im gesireckten Zustand unter jener Spannung, die gerade die Kräuselung aufhebt,
ohne die Substanz wesedich zu belasten.
LK = Länge der Faser im gekräuselten Zustand unter
einer definierten minimalen Spannung.
Bild 2: Crimdim
b) KW8eibesiändigkeit gegen mechanische Bannrpluchwrg
Die mechanische Kräuselbeständigkeit kann bei statischer und dynaiiliccher Beanspruchung bestimmt werden. Als Kennzahl für die Beständigkeit kann man jene
Einkräuselung heranziehen, die vor und nach der Belastung gemessen wird. Als statische Beanspruchung
kommt die einmalige Belastung der Faser mit 0.6, 0.8,
1.0und 1.2 p/den (wobei bereits die „Substanz”in Mitleidenschaft gezogen wird) in Betracht. Für Messungen
der Kräuselbeständigkeit bei dynamischer Beanspnichung sollten mehrmalige Be- und Entlastungszyklen
durchgeführt werden.
a ~igenrohatan,vaarb.ituw Einsatzgebii
Die Kräuselung der Bikomponentenfiden ist dreidimensiod und schraubenförmig. Das erste Photo in Abbildung 3
zeigt die typishe Kräuselung eines Bikomponentenfadens.
Auf den nächsten beiden Aufnahmen sind zum Vergleich
zwei mechanigch texturierte Kräuselfäden (czmtpleneund
56
Bild 3:SChapirn
Abb. 3: Kräuselungsbilder von texturierten Fäden
LENZINGER
Mai 1966
BERICHTE
Tabelle 1: Vergleich mechanisch texturierter
Texturierte
Garne
Einkräuselung
ohne Fixierung
Bikomponentengarn
Kräuselbeständigkeit
(in %)
Bikomponentengam I
Bikomponentengam 11
Bikomponentengam III
5.5
7,3
32
14,9
4,3
10.0
10.4
10.8
Einkräuselung
p/den
103
98
127
109
113
116
114
109
nach Fixierung
bei 3.3
mp/den
bei 1.7
mp/den
9.7
8
3
9.8
7
5
bei 0.33
mp/den
25
27
9
25
Garne mit Bikomponenten-Kräuselgarnen
0.6
Schapira
Crimplene
Diolen loft
Courtolon
Depalene
Depalon
Helanca He 100
Helanca SPZ 300
Folge
(in %)
spannungsfrei
31
40
12
Schzpira) abgebildet.Die Kräuselungder Bikomponenten-
faden verschwindet,wenn man eine höhere Spannunganwendet, sie tritt aber spontan wieder auf, sobaldder Zug
nachläßt bzw. ganz aufhört. Selbst wenn man den Faden
unmittelbar nach der Verstreckungunter höhererSpannung
aufspult und langelagernläßt, wird dadurchdie Kräuselung
in keiner Weisebeeinträchtigt.Wird die Spannungaufgehoben, so springendie Filamente um den gleichenBetragein
wie unmittelbar nach dem Verstrecken.
In Tabelle 1 sind die wichtigsten Kräuseleigenschaften
von
Bikomponenten-und von mechanischtexturierten Garnen
übersichtlichzusammengestellt.lhr ist zu entnehmen,daß
die Einkräuselungswerte von Bikomponentengamenin
einem weiten Bereichvariiert und wesentlichhöhereWerte
alsbei den mechanischtexturierten Garnenerhaltenwerden
können. Die Kräuselbeständigkeit
der Bikomponentengarne
ist durchausmit jener von texturierten Garnenvergleichbar,
die nachdem Falschdraht-oder Stauchkräuselverfahren
hergestelltwurden,ja zum Teil sogarnoch besser.
Bikomponentengarnezeichnensich durch hohe Elastizität
und Fülligkeit aus. Sie dienen zur Erzeugungvon Strick-,
Wirk- und Webwaren.Durch Verarbeitungunter Spannung
können zunächstglatte Textilien gefertigt werden, die jedoch in entspanntemZustand einspringen.Man kann aber
bei
Zwischenbelastung
0.8
102
82
133
114
112
119
118
115
Kräuselbeständigkeit
nach
Zwischenbelastung
1.7 mp/den
0.8
0.6 plden
104
111
133
112
1 .o
40
42
151
124
125
121
127
118
p/den
1.2
10
31
177
131
157
124
126
123
Vorfixierung
1 .o
132
123
bei
1.2
94
141
148
auch ein glattes Garn erzeugen,um die Kräuselungdann
später durch Wärmebehandlungdes fertigen Produktes zu
entwickeln. Dadurchkönnen die Art der Oberflächesowie
der Griff günstig beeinfluf3t und hohe Fülligkeit, Warmehaltigkeit und Deckfähigkeiterzielt werden.
Bikomponentepgarne können Bir Socken, Strümpfe,
Strumpfhosen,Skihosen,Florgewebe,Pullover und Strickjacken, Damenoberbekleidung,Badeanzuge,Wäsche,Tep
piche und Möbelstoffeverwendetwerden.
Literatur:
1) DuPont; B.P. 964.407, 22. 6.1964
2) Alvin L.. Breen, DuPont; A.P. 2,931.091, 5. 4.1960
3) DuPont; O.P. 227.367, 1510.1962
4) Soci& de la Viscose Suisse; Be1g.P.671.992, 8. 6.1966
5) Soci& de la Viscose Suisse; Be1g.P.671.993, 1. 3.1966
6) Soci& de Ia Viiose Suisse;Belg.P. 672.236, 1. 3.1966
7) Egidius Welfers, Farbwerke Hoechst; DAS 1,238.610, 13.4.1967
8) Walter G. Settele, Soci& de la Viscose Suisse;
ö.P. 228.919, 1512.1962
9) Kanegafuchi Spinning Co.; B.P. 1,048.370, 16.11.1966
57