DE2337103B2 - Antistatischer synthetischer Zweikomponenten-Faden - Google Patents
Antistatischer synthetischer Zweikomponenten-FadenInfo
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Description
ringem elektrostatischem Aufladevennögen ist in der
USA-Patentschrift 3 639 807 beschneben. Bei solchen Teppichen kann sich jedoch der Draht verbiegen und
verfitzen und infolgedessen an Wirksamkeit einbUDie'
Verwendung von in Fasern verteiltem elektrisch leitendem Ruß Tür antistatische textile Anwendungszwecke
ist in den USA-Patentschriften 2845962 und 3706195 beschneben; diese Fasern
weisen jedoch schlechte mechanische und physikalische Eigenschaften, z.B. Sprödigkeit und geringe Zähigkeit
auf und können daher unter Umstanden die Verarbeitung zu normalen Gebrauchsgegenständen
und die Verwendung in solchen nicht überdauern, worauf in der USA-Patentschrift 3582448 hingewiesen
wird in der rußhaltige, elektrisch leitende Überzüge
auf synthetischen Fäden für antistatische Zwecke be-
Die Verwendung von mit elektrisch nichtleitenden iynthetischen Fasern dünn isoliertem elektrisch leiendem
Draht zur Herstellung von Teppichen von ge-
rJie^Vr 3475898 und 3558419
beschreiben synthetische antistatic, aus Mantel
und Kern zusammengesetzte Fäden, bei denen entweder Polyäthyienoxid in dem Kern dispergiert ist oder der
Kern aus einem besonderen Polyäther-Polyamid-BlockcoDolymerisat
besteht. Bei einigen Anwendungszwecken" wurde jedoch gefunden, daß beide Ausluhrungsformen
zu einer ungenügenden Harabsetzung des elektrostatischen Aufladevermogens der beireffenden
Fäden u&J Textilstoff führen.
Gegenstand der Erfindung ist ein neuer antistatischer
synthetischer Zweikomponenten-Faden von Kern-Mantel-Tvp. bestehend aus einem endlosen.
elektrisch nichtleitenden Mantel aus einem synthetischen thermoplastischen fadenbildenden Polymerisat,
der einen Kern aus einem synthetischen thermoplastischen Polymerisat umgibt und mindestens 50",,
der Fadenquerschnittsfläche einnimmt, und dadurch
gekennzeichnet, daß der Kern in dem thermoplastischen synthetischen Polymerisat dispergertieren, elektrisch
leitenden Ruß enthält, selbst elektrisch leitend ist und unter einem Glcichstrompotential von 2 kV
einen elektrischen Widerstand von wenigerals 0.4 · 10" Ohm/cm aufweist und der Mantel gegebenenfalls
molekular orientiert ist.
Für die Verwendung in niedrigen Konzentrationen im Gemisch mit anderen Fäden weist der Kern dei
erfindungsgemäßen Fäden vorzugsweise unter einem Gleichstrompotential von 2 kV einen Widerstand von
weniger als 0,4 · 109 Ohm/cm auf.
Werkstoffe von hoher elektrischer Leitfähigkeit für den Kern, d.h. solche, die mehr als 20 Gewichtsprozent
Ruß enthalten, werden vorzugsweise für Fäden verwendet, bei denen der Anteil des Mantels
mindestens 80% beträgt.
Die Erfindung stellt antistatische Fäden zur Verfügung, die in hellfarbigen Textilstoffen verwendet
werden können. Für solche Verwendungszwecke beträgt der Anteil des Mantels an dem Faden mindestens
90%, und der Mantel ist mattiert, um den schwarzen Kern teilweise zu verdecken, so daß der Faden ein
(wie nachstehend beschneben, bestimmtes) Lichtreflexionsvermögen von mehr als 20% aufweist. Der
bevorzugte mattierte Faden enthält 2 bis 7 Gewichtsprozent Titandioxidpigment in dem Mantel.
Durch geeignete Wahl des Polymerisats für den Mantel erhält man antistatische Fäden gemäß der
Erfindung, die sich nach Wunsch farben und unter den verschiedensten Bedingungen gemeinsam bauschig
machen lassen und für Verwendungszwecke geeignet
w'nd, bei denen es auf die Zähigkeit des Mantels
inkommt.
Überraschenderweise können die Fäden gemäß der Erfindung, obwohl sie zum überwiegenden Teil
»us dem nichtleitenden Mantel bestehen, der als elekirischer
Isolator wirkt, schon als mengenmäßig sehr geringe Komponente von Geweben, Garnen oder
anderen TextüstofTen, die vorwiegend aus anderen
fynthetjschen Fasern oder Fäden bestehen und eines antistatischen Schutzes bedürfen, unabhängig von der
relativen Luftfeuchtigkeit für antistatische Zwecke verwendet werden, z. B. um die Ansammlung elektrostatischer
Ladungen zu verhindern. Die Erfindung bezieht sich daher auch auf antistatische Garne und
Stapelfasern, bestehend aus einem Gemisch aus nichtleitenden synthetischen Fäden mit Fäden gemäß der
Erfindung, wobei die letzteren in einem Anteil von weniger als 20 Gewichtsprozent des Gemisches vorliegen.
Konzentrationen von Fäden gemäß der Erfindung in solchen Gemischen können eine ausgezeichnete
antistatische Wirkung haben, selbst wenn die Fäden gemäß der Erfindung in den Gemischen nur in
geringen Konzentrationen von weniger als 2 \ enthalten
sind; vorzugsweise enthalten die Gemische aber wenigstens etwa 0.05 Gewichtsprozent von diesen
Fäden. In solchen Gemischen kann das Polymerisat des Fadenmantels gemeinsam mit den nichtleitenden
Fäden färbbar sein; insbesondere kann das Polymerisat des Fadenmantels der gleichen Polymerisatklasse
angehören wie dasjenige, aus dem die nichtleitenden Fäden bestehen.
Die besonders bevorzugten Produkte gemäß der Erfindung sind, elektrisch leitende Fasern für die Herstellung
von Teppichen mit einem elektrostatischen Aufladevermögen von weniger als 2,5 kV, bestimmt
nach der nachstehend erläuterten Prüfung auf das elektrostatische Aufladevermögen von Teppichen.
Diese Fasern zeigen eine ausgezeichnete Kombination von elektrischer Leitfähigkeit und antistatischen Eigenschaften,
ohne eine unerwünschte Farbe aufzuweisen.
Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen synthetischen antistatischen
Zweikomponenten-Fäden durch Verbundspinnen von zwei synthetischen thermoplastischen
Polymerisaten mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit, wobei das Polymerisat für den Fadenmantel
fadenbildend ist und der Anteil dieses Polymerisats mindestens 50 Volumenprozent beträgt, sowie Sammeln
der ersponneren Fäden, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material für den elektrisch leitenden
Fadenkern ein elektrisch leitenden Ruß in Dispersion enthaltendes Polymerisat und als Material für drn
Fadenmantel ein elektrisch leitendes Polymerisat verwendet und gegebenenfalls die Fäden anschließend,
gegebenenfalls unter Erhitzen, so stark verstreckt, daß sie eine Festigkeit von mindestens 1,5 g/den annehmen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch einen
aus Mantel und Kern bestehenden Faden gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt durch ein antistatisches Garn, welches aus einem Gemisi.h aus
Fäden gemäß Fig. I und nichtleitenden, syntheti- 6s
sehen Fäden bestefit.
Bei dem in Fig I dargestellten Fadenquerschnitt5
besteht der Kern 1 & us elektrisch leitendem Ruß3, der in ein Polymerisat 4 eingebettet ist, und wird von dem
aus einem nichtleitenden Polymerisat bestehenden Mantel 2 umgeben.
Gemäß Fig. 2 befinden sich Fäden mit dem in Fig. I dargestellten Querschnitts unter einer wesentlich
größeren Anzahl von nichtleitenden, synthetischen Fäden 6.
Der »nichtleitende Mantel« der Fäden gemäß der Erfindung besteht aus einem synthetischen, fadenbildenden
Polymerisat. Die Fäden haben einen elektrischen Oberflächen widerstand von mehr als 0,4 · 1012
Ohm/cm, bestimmt durch Kontakt mit den Fadenoberflächen bei niedrigen Gleichstromspannungen,
z.B. 100V oder weniger. Homofasern aus solchen Mantelwerkstoffen haben ebenfalls, nach der gleichen
Methode bestimmt, Widerstände von mehr als 0,4 · 1012 Ohm/cm. Als »fadenbildend« werden lineare
Polymerisate von hohem Molekulargewicht bezeichnet, die sich zu Fäden von für den Anwendungszweck genügender Festigkeit und Zähigkeit verarbeiten
rassen.
Im Vergleich zu dem nic'fA/eitenden Mantel von hohem
elektrischem Widerstand hat der Kern der Fäden einen niedrigen Widerstand und eine hohe elektrische
Leitfähigkeit, sobald erst einmal ein elektrischer Kontakt mit ihm hergestellt worden ist. Der elektrische
Kontakt mit dem Fadenkern kann entweder mit Hilfe von Elektroden, die den Mantel durchdringen
und direkt mit dem Kern in Kontakt kommen, oder mit Hilfe von Oberflächenkontaktelektroden hergestellt
werden, in welchem Falle man eine so hohe elektrische Spannung anlegt, daß der Strom durch den
Fadenmantel durchschlägt und dadurch ein elektrischer Kontakt mit dem Kern zustande kommt. Wenn
man nach dem letzteren Verfahren mit Oberflächenkontaktelektroden arbeitet, tritt bei Erhöhung der
Gleichstromspannung auf mehrere Hundert und insbesondere auf mehrere Tausend Volt ein plötzlicher
Anstieg in der Stromstärke ein, wie es nachstehend bei der Erläuterung des Prüfverfahrens beschrieben wird.
Sobald erst einmal die elektrische Leitfähigkeit auf diese Weise hergestellt worden ist, fließt der elektrische
Strom gewöhnlich weiter, auch wenn die Spannung anschließend vermindert wirj, sofern nur der Kontakt
des Fadens mit den Elektroden des Meßgerätes nicht geändert wird.
Der niedrige elektrische Widerstand des Kerns dieser Fäden ist ein Anzeichen dafür, daß der Kern der
ganzen gemessenen Fadenlänge nach elektrisch zuzusammenhängt. Unterbrechungen im Zusammenhang
des Kerns zwischen den Meßelektroden machen sich an einem höheren elektrischen Widerstand
bemerkbar, der sich demjenigen des Mantels annähert. Gelegentliche Unterbrechungen im Zrsammenhang
des Kerns sind für das antistatische Verhalten der Fäden gemäß der Erfindung nicht besonders schädlich.
Vorzugsveise soll jedoch der Kern über die ganze Länge der erfindungsgemäßen Fasern bzw. Fäden
hinweg, gleich ob es sich um Stapelfasern oder um Endlosfäden handelt, ununterbrochen sein. Es ist
wesentlich, daß der Fadenkern über eine solche Länge des Fadens hinweg ununterbrochen ist, daß der bebetreflendt
Faden zusammen mit anderen derartigen antistatischen Fäden ein wirksames antistatisches
Netz bildet. Fäden, die gemäß den hier beschriebenen Prüfverfahren den angegebenen Grad von elektrischer
Leitfähigkeit des Kerns aufweisen, bieten einen wirksamen antistatischen Schutz.
Der Fadenmantel kann aus beliebigen, strangpreßbaren, synthetischen, thermoplastischen, fadenbildenden Polymerisaten oder Copolymerisaten bestehen.
Hierzu gehören Polyolefine, wie Polyäthylene und Polypropylene, Acrylpolymerisate, Polyamide und s
Polyester von faden bildendem Molekulargewicht. Besonders geeignete Polymerisate für den Fadenmantel
-sind die durch Kondensation von Diaminen und Dicarbonsäuren oder von Aminosäuren erhaltenen
Polyamide, die Polyester, besonders diejenigen aus to
Terephthalsäure oder Isophthalsäure und niederen Olykolen. wie Äthylenglykol, Tetramethylenglykol
und Hexahydro-p-xylylendiol. sowie die Polyacrylnitrile.
Diese Polymerisate können in bekannter Weise hinsichtlich ihrer Anfärbbarkeit modifiziert
sein, z.B. durch Einführung, basischer oder saurer Farbstoffstellen durch Copolymerisation, um ihr Vermischen
und ihr gemeinsames Färben mit anderen gefärbten oder (arbbaren synthetischen Fasern zu
erleichtern.
Die Zugfestigkeitseigenschaften und die sonstigen physikalischen Eigenschaften der FäHen gemäß der
Erfindung hängen in erster Linie von dem Polymerisat des Mantels ab Für Fäden von hoher Festigkeit
verwendet man als Werkstoffdes Mantels Polymerisate von höherem Molekulargewicht sowie solche, die sich
zu einem höheren Grad verstrecken lassen. Obwohl unverstreckte Fäden gemäß der Erfindung für einige
Anwendungszwecke eine ausreichende Festigkeit haben können, werden verstreckte Fäden bevorzugt.
Die Dicke des Mantels muß ausreichen, um dem Kern den erforderlichen Schutz, z. B. Festigkeit sowie
Wärme- und Abriebbeständigkeit, zu bieten, und um den Kern zu verdecken, wenn dies erforderlich ist. Im
allgemeinen soll der Mantel eine Dicke von mindestens 3μ haben: die Anwendung größerer Manteldicken
richtet sich nach dem Titer oder Durchmesser des Fadens, der verwendet werden kann. Für normale
Textilfadentiter geeignete Manteldicken liegen im Bereich von 8 bis 22μ. Unter Umständen, wenn die
Fäden z. B. bei hohen Temperaturen verarbeitet werden müssen. /. B. durch Bauschen in der Heißgas- oder
Dampfdüse oder durch Texturieren, ist es wesentlich, daß der Fadenmantel einen so hohen Schmelzpunkt
hat. daß er unter den Verarbeitungsbedingungen nicht erweicht oder schmilzt. Für solche Anwendungszwecke verwendet man vorzugsweise für den Mantel
ein höherschmelzendes Polymerisat, wie Polybexamethylenadipinsäureamid,
an Steile von Polycaprolactarn.
Der Fadenkern besteht aus einer Dispersion von elektrisch leitendem RuB in einem thermoplastischen
Polymerisat. Der Kernwerkstoff wird in erster Linie unter Berücksichtigung der elektrischen Leitfähigkeit
and der Verarbeitbarkeit ausgewählt Die Rußkonzentration im Fadenkern kann 15 bis 50% betragen. Mit
Rußkonzentrationen von 20 bis 35%, die bevorzugt werden, erhält man erne hohe elektrische Leitfähigkeit,
währenddieVerarbeitbarkeitnochzueinemhinreichenden Ausmaß erhalten bleibt. Der Werkstoff für den
Kern hat vorzugsweise einen spezifischen Widerstand von weniger als 200 Ohm/cm und insbesondere von
weniger als 50 Ohm/cm. Die Verwendung von bekannten, besonders zu diesem Zweck hergestellten, elek- 6s
irisch stärker leitenden Rußsorten ermöglicht die Verminderung der erforderlichen Rußmenge auf ein
Minimum.
Da plastische Massen durch hohe Rußbeladunget versteift werden, weiden die im allgemeinen weicheren
niedriger schmelzenden Polymerisate (die auch eint entsprechend niedrigere Einfriertemperatur haben
als Werkstoffe für den Fadenkern gegenüber der steiferen, höherschmelzenden Polymerisaten bevor
zugt. Das Polymerisat des Kerns hat vorzugsweis< einen niedrigeren Schmelzpunkt und eine niedrigen
Einfriertemperatur als dasjenige des Fadenmantels dies erleichtert die Verarbeitung (verhindert z. B. der
Bruch des Fadenkerns und eine Unterbrechung in dei Verteilung der Rußteilchen), während die elektrische
Leitfähigkeit in dem Fadenkern und dem fertiger Faden erhalten bleibt. Es ist nicht wesentlich, daß siel1
der Werkstoffdes Fadenkerns für sich allein zu Fäder
verspinnen läßt, und daher braucht das Polymerisat für den Fadenkern kein fadenbildendes Polymerisat
zu sein. Das Fadenkernpolymerisat soll aber unter den zum Erspinnen des Polymerisatmantels erforderlichen
Bedingungen wärmebeständig und strangpreßbar sein. Geeignete Polymerisate für die Masse
des Fadenkerns, in die die Rußteilchen eingebettet werden, sind z.B. Polyamide, Polyester, Acryipolymerisate.
Polyäther, Polycaprolacton und Polyolefine (z.B. Polypropylen, Hoch- und Niederdruckpolyäthylen).
Diese Polymerisate können zur Erleichterung der Verarbeitung mit anderen Stoffen, wie Ölen oder
Wachsen, gemischt werden. Auch Copolymerisate, wie solche aus Äthylen und Vinylacetat, können verwendet
werden.
Der Ruß kann nach bekannten Mischverfahren in dem Fadenkernpolymerisat verteilt werden. Man muß
darauf achten, eine so gleichmäßige Verteilung des Rußes in dem Fadenkernpolymerisat zu erzielen, daß
sich die Masse ohne übermäßiges Mischen und damit verbundenen Rückgang der elektrischen Leitfähigkeit
strangpressen läßt.
Zum zufriedenstellenden Verspinnen ist es wichtig, flüchtige Stoffe aus den Polymerisaten, denen der
Ruß zugesetzt worden ist, vor dem Schmelzspinnen zu entfernen. Dies kann bei oder nach dem Zusammenarbeiten
des Rußes mit dem Polymerisat erfolgen. Es kann auch zweckmäßig sein, solche Polymerisate z.B.
16 Stunden unter geringem Vakuum bei 68° C zu trocknen. Ferner bedient man sich der üblichen Vorsichtsmaßnahmen,
um eine oxydative Zersetzung beim Spinnen zu verhindern, indem man z.B. den Sauerstoff in den Polymerisatleitungen mit Hilfe von
Inertgas ausschließt usw.
Die Querschnittsfläche (die in direkter Beziehung zu dem Fadenvolumen steht) des elektrisch leitfähigen
Kerns des Verbundfadens braucht nur gerade auszureichen, um dem Faden den gewünschten elektrischen
Widerstand zu erteilen und braucht unter Umständen nur 0,5 Volumprozent zu betragen. Die untere
Grenze richtet sich in erster Linie nach der Verarbeitbarkeit zu Mantel-Kern-Fäden von genügend
gleichmäßiger Beschaffenheit bei noch ausreichendem Zusammenhang des Fadenkerns bei den niedrigen
Fadenkernvolumina.
Das Erspinnen der Fäden gemäß der Erfindung kann in herkömmlichen Spinnanlagen zum Erspinnen von
Mantel-Kern-Fäden aus zwei Polymerisaten erfolgen, wobei die unterschiedlichen Eigenschaften der beiden
Komponenten in Betracht zu ziehen sind. Die Fäden lassen sich leicht nach herkömmlichen Spinnverfahren
mit Polymerisaten herstellen, wie sie z.B. in der USA.-Patentschrift 7936482 beschriehen
tere Anweisungen für das Verspinnen von Polyamiden finden sich in der USA.-Patentschrift 2 989 798.
Die Fäden können nach herkömmlichen Verfahren verstreckt werden; es muß jedoch darauf geachtet
werden, scharfe Ecken zu vermeiden, die den Fadenkern zerbrechen oder beschädigen könnten. Im allgemeinen
bedient man sich vorzugsweise des Heißverstrcckverfahrens, bei dem der Faden während des
Verstreckens zusätzlich erhitzt wird. Hierdurch wird das Kernmaterial weiter erweicht und Jas Verstrecken
erleichtert. Die antistatischen Fäden können mit herkömmlichen, synthetischen, unverstreckten Fäden
gefacht und gemeinsam verstreckt werden.
Die Fäden gemäß der Erfindung lassen sich leicht mit einer Zähfestigkeit von mindestens 1,5 g/den herstellen,
die vollkommen ausreicht, wenn die Fäden a!s mengenmäßig geringere Komponente mit anderen
Fäden gemischt werden. Vorzugsweise weisen die Fäden eine Bruchdehnung von mindestens 10%. aber
weniger als 150%. auf. Die Eigenschaften der Mischtextilien
hängen in erster Linie von den Eigenschaften der anderen Fäden ab. Für allgemeine Anwendungszwecke haben die Fäden gemäß der Erfindung einen
Fadentiter von weniger als 50 und vorzugsweise von weniger als 25 den.
Die Fäden können einen runden oder unrunden Querschnitt, eine exzentrische oder konzentrische Anordnung
von Mantel und Kern sowie Kombinationen dieser Merkmale aufweisen. Durch die konzentrische
Anordnung erzielt man den besten Schutz und die beste Verdeckung des Fadenkerns. Die Feinheit des
Fadenkerns trägt stark zu dessen Verdeckung bei. und Fäden mit feinen Kernen können in gefärbten
oder gemusterten Textilstoffen verwendet werden, die sonst kein weiteres, den Fadenkern verdeckendes
Merkmal aufweisen. Ferner kann man den Fadenkern, falls dies erforderlich ist. mit Hilfe eines Trübungsmittels
in Form von Hohlräumen oder in Form eines weißen, festen, pulverförmigen Mattierungsmittels.
wie Titandioxid, in dem Mantel verdecken. Unrunde. ζ B. mehrflüglige Querschnittsformen tragen weiter
zum Verdecken des Fadenkems bei.
Zu den Variablen, die das Verdecken des Fadenkerns beeinflussen, gehören die Dicke und die Färbbarkeit
des Mantels, das Verhältnis von Mantel tu Kern, die Konzentration an Mattierungsmittel, wie Titandioxid,
in dem Mantel sowie Hohlräume, die durch Trennung zwischen Mantel und Kern zustande kommen und dann
auftreten können, wenn es sich um orientierte Fäden handelt, deren Mantel und Kern aus unähnlichen
Polymerisaten bestehen, bei denen z.B. der Mantel aus einem Polyamid und der Kem aus Polyäthylen
besteht.
Ohne einen abdeckenden Fadenmantel zum Verdekken der schwarzen Farbe haben mit Ruß gefüllte
Fasern hn allgemeinen ein Lichtreflexionsvermögen von weniger als 5 %. Werte für das Reflexionsvermögen
von mehr als 20%, wie sie erfindungsgemäß erzielbar sind, stellen eine sehr bedeutende Verbesserung dar,
weil dadurch vermieden wird, daß hellfarbige Textilstoffe durch die Fäden gemäß der Erfindung eine dunklere
Farbe annehmen.
Die Fäden gemäß der Erfindung sind imstande, allen Arten von Textilstoffen. wie Gewirken. Teppichen,
Geweben und Vliesstoffen, einen ausgezeichneten antielektrostatischen Schutz zu verleihen. Sie können
herkömmliche Zusätze und Stabilisiermittel, wie Farbstoffe und Oxydationsver/ögerer, enthalten. Sie
können allen Arten von Textilverarbeitungsverfahren wie Kräuseln, Texturieren, Waschen, Bleichen usw.
unterworfen werden. Sie können mit Stapelfasergarnen oder Fadengarnen vereinigt und als Stapelfasern oder
als Endlosfäden verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Fäden können im Verlauft der Garnherstellung (z.B. beim Spinnen, Verstrecken
Texturieren, Fachen, Wiederaufwickeln, Garnspin nen) oder bei der Herstellung der Textilstoffe mit an
deren Fäden oder Fasern vereinigt werden. Dabei sol darauf geachtet werden, daß die antistatischen Fädei
möglichst wenig Brüche erleiden. So sollen z.B. beim Hantieren die relativen Längen und Schrumpfungen
der antistatischen Fäden und der anderen Fäden aufeinander abgestimmt werden, um eine gute Verarbeit
barkeit und die gewünschte Bauschbarkeit, Fach barkeit. Drehbarkeit oder Texturierbarkeit zu erzielen
Beschreibung der Prüfverfahren
Elektrischer Widerstand des Fadenkerns
Elektrischer Widerstand des Fadenkerns
Der elektrische Widerstand des Fadenkerns wirt aus der Stromstärke bestimmt, die beim Anlegen einei
Spannung von 2 kV an eine 5,08 cm lange Prolx gemessen wird. Eine geeignete Vorrichtung ist dei
15 kV-»Biddle Dielectric Tester« (James G.Biddlt Company, Plymouth Meeting, Pennsylvania, USA)
Ein dreifädiges Bündel wird gerade zwischen zwe 5,08 cm voneinander entfernte Elektroden eingespannt
und es wird eine ausreichende Spannung angelegt um einen Stromfluß zu beobachten (z.B. 1 bis 4 kV)
Sobald Strom fließt, wird die Spannung auf 2 kV ein gestellt und die Stromstärke nach dem Ohmscher
Gesetz R = EI berechnet. Wenn die Stromstärke be 2 kV in einer 5,0cm langen Probe z.B. 10μΑ beträgt
beträgt der Widerstand für die drei Fäden 0.4 10* Ohm/cm. Der Widerstand je Faden beträgt dam
1.2 108 Ohm/cm. Um bei dem obigen Versucl
Stromfluß zu erzielen, soll die Spannung allmählicl erhöht werden, um ein plötzliches Ansteigen der Strom
stärke zu vermeiden, wodurch die Fäden ausgebrann werden könnten. Ein Ausbrennen läßt sich leich
visuell (an gebrochenen, geschmolzenen oder ver kohlten Fäden) feststellen, und solche Proben müsset
bei der Bestimmung außer Betracht bleiben. De Widerstand von Fäden, die kürzer als 5 cm sind, kam
durch entsprechendes Einstellen des Abstands zwi sehen den Elektroden gemessen werden.
Reflexionsvermögen
Das Lichtreflexionsvermögen, nämlich die Helligkeit oder Weiße der Probe im Vergleich zu einer Norm
aus Magnesiumoxid, wird mit einem photoelektri
sehen Reflektometer bestimmt. Eine geeignete Vorrichtung ist das photoelektrische Reflektometer, Ma
dell 610, mit einem grünen Farbmischfilter (Katalog-Nr.
6130), »Search Unit Model 610-Y«, und einei
weißlackierten Arbeitsnormplatte die so geeicht ist daß sie ein Reflexionsvermögen von 70 bis 75% auf
weist (Katalog-Nr. 6162), erhältlich von der Photovol
Corporation, 95 Madison Avenue, New York, N. Y 10016. Die elektrisch leitende Fadenprobe, an der die
Messung durchgeführt werden soll, wird aul
5,08 cm ■ 7,62 cm messende schwarze Spiegelkartei
(in ungefähr sechs Fadenschichten) aufgewickelt um das Reflexionsvermögen an den Karten (als Durchschnitt
aus 10 Messungen) bestimmt.
Prozentualer Rußgehalt des Kerns
Zur BestimmungderRußkonzentrationindem Werkstoff des Fadenkerns kann man sich üblicher analytischer Methoden bedienen. Ein für rußhaltiges Polyäthylen geeignetes Verfahren ist beschrieben oder kann aus der ASTM-Prüfnorm D-1603-68 abgeleitet werden» Dieses ist die thermogravimetrische Methode, die sich für die Anwendung in Abwesenheit von nichtflüchtigen Pigmenten oder Füllstoffen außer Ruß eignet.
Zur BestimmungderRußkonzentrationindem Werkstoff des Fadenkerns kann man sich üblicher analytischer Methoden bedienen. Ein für rußhaltiges Polyäthylen geeignetes Verfahren ist beschrieben oder kann aus der ASTM-Prüfnorm D-1603-68 abgeleitet werden» Dieses ist die thermogravimetrische Methode, die sich für die Anwendung in Abwesenheit von nichtflüchtigen Pigmenten oder Füllstoffen außer Ruß eignet.
Prozentualer Anteil des Kerns an dem Faden
Der volumprozentuale Anteil des Kerns wird am einfachsten bestimmt, indem man die Querschnittsfläche des schwarzen Kerns durch Messung unter dem
Mikroskop mit derjenigen des Gesamtfadens vergleicht. Dies läßt sich bequem bei etwa 400facher
Vergrößerung durchfuhren. Bei runden Fäden kann man die Größe leicht aus dem Verhältnis des Quadrats
des Kerndurchmessers zu dem Quadrat des gesamten Fadendurchmessers berechnen. Man nimmt
den Mittelwert aus zehn Bestimmungen, um etwaige Unregelmäßigkeiten auszugleichen. Bei Fäden mit
unrundem Querschnitt läßt sich die Berechnung leicht an Messungen durchfuhren, die an mikrophotographischen
Aufnahmen von Fadenquerschnitten bei einer bekannten Vergrößerung ausgeführt worden
sind.
Wenn das Polymerisat des Mantels sich von demjenigen des Kerns durch eine so unterschiedliche
Löslichkeit unterscheidet, daß es sich durch Lösungsmitteleinwirkung
entfernen läßt, kann man den prozentualen Anteil des Kerns gravimetrisch bestimmen,
indem man den Mantel auflöst und das Gewicht des unlöslichen Kerns mit dem Gewicht der ursprünglichen
Probe vergleicht. So kann man z.B. zum Fortlösen eines Mantels aus Polyhexamethylenadipinsäureamid
von einem Polyäthylenkern Ameisensäure verwenden.
Bestimmung des spezifischen Widerstandes
des Kernmaterials
des Kernmaterials
Der spezifische Widerstand des rußhaltigen Kernmaterials wird bestimmt, indem man den Gleichstromwiderstand
über eine Länge von 5.08 cm eines 2,54 cm breiten und 0.25 mm dicken Folienstreifens
mißt. Solche Folien lassen sich leicht durch Verpressen einer pulverförmigen oder tablettenformigen Probe
des Kernmaterials zwischen zwei Aluminiumfoiien in einer über den Schmelzpunkt des Kernmaterials
erhitzten Presse unter einem Druck von 1400 kg/cm2 im Verlaufe von 1 bis 2 Minuten herstellen. Nach dem
Erkalten wird die Aluminiumfolie von der Probenfolie abgezogen, und aus der Probe werden 2.54 cm
breite und etwa 6,35 bis 7,62 cm lange Streifen ausgeschnitten. Die Dicke der Folie wird mit dem Mikrometer
gemessen. Ein Streifen wird zwischen zwei 5,08 cm voneinander entfernte Kupferelektroden eingeklemmt,
und der Glerchstromwidefstand wird mit
einem Ohmmeter bestimmt. Der spezifische Wider stand der Folie in Ohm · cm wird aus der Ablesunj
von dem Meßgerät in Ohm als Produkt des gemessener Widerstandes, multipliziert mit der Breite, multipli
j ziert mit der Dicke, dividiert durch die Länge dei
Probe, alles in cm ausgedrückt, berechnet.
Es werden konzentrische Mantel-Kern-Fäden mil
■ο einem Mantel aus Polyhexamethylenadipinsäureamic
mit einer relativen Viscosität von 45 und einem 20" elektrisch leitenden Ruß enthaltenden Polyäthylen
kern hergestellt. Der Ruß ist ein »extra-leitfahiger*
Ölofenruß (nicht-flüchtiger Kohlenstoff 98 "„, flüchtige Stoffe 2°„. Teilchengröße 30 rnp, niedrigster spezifischer elektrischer Widerstand im Trockenzustand),
erhältlich von der Cabot Corporation, 125 High Street, Boston. Massachusetts 02110. USA. Dieser
Ruß ist in den Technischen Berichten »S-8« und »1518/173« der genannten Firma beschrieben. Die
Rußdispersion wird hergestellt, indem man den Ruß
. bei 120° C mit Hochdruckpolyäthylen (Dichte 0.916:
Schmelzindex 23; »Alathon 2821« der Anmelderin) im Teigmischer vermählt. Der Ruß wird langsam
zugeset7t und das Gemisch 10 Minuten nach beendetem Rußzusat/ vergossen. Dieses Polyäthylen wird wegen
seiner Weichheit ausgewählt. (Andere geeignete Harze sind Hochdruckpolyäthylen mit einer Dichte von
0.916 und einem Schmelzindex von 11.9 für sich allein oder im Gemisch mit 15 bis 40",, Öl oder Wachs )
Die geschmolzene Rußmischung wird durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0.15 mm filtriert und
stranggepreßt. Preßfolien zeigen eine ausgezeichnete Rußverteilung und elektrische Leitfähigkeit mit einem
spezifischen Widerstand von 12.7 Ohm cm. Unter Verwendung dieses Materials für den Kern werden
Mantel-Kern-Endlosfaden, und zwar drei Monohle
mit einem Fadentiter von 65 den, m;* einer Geschwindigkeit
von 389 m min ersponnen, wobei der Gesamt-
titer konstant gehalten und das Volumen des Kerns durch Änderung der Pumpgeschwindigkeiten so vermindert
wird, daß man die aus Tabelle I ersichtlichen Proben erhält. Das Kernvolumen wird durch die
Pumpgeschwindigkeit bestimmt und durch Analyse
des Querschnitts der Fäden bei 200facher Vergrößerung bestätigt. Es wird eine Dreiloch-Spinndüse aus rostfreiem
Stahl verwendet, der die Polymerisate für den Mantel und den Kern konzentrisch und einzeln zugeführt
werden, bis sie an der Vorderfläche der Spinndüse
austreten. Es wirf eine Eidsatzkapillare verwendet,
QBi das Kempoiymerisat zur Vorderfläche der Spinndüse
zu leiten, wo es, umgeben von dem Mantelpolymerisat, austritt. Die Fäden werden mit einem Fadentiter
von 65 den ersponnen. Dann werden sie mit einer
Geschwindigkeit von 183 m/min an einer auf 1500C
gehaltenen, gewölbten Heizplatte auf das3,06fache verstreckt. Die physikalischen und elektrischen Eigenschaften
der Game ergeben sich aus Tabelle I.
iemvolumen, %
?adentiter, den .
?estigkett, g/den
truchdehnung. ",
?adentiter, den .
?estigkett, g/den
truchdehnung. ",
Probe Nr.
50
21,4
1,5
26.2 40
20.6
f,9
36.4
21,4
1,5
26.2 40
20.6
f,9
36.4
3 | 4 | 5 |
25 | 18 | 12 |
21.4 | 21.2 | 19.9 |
2.4 | 2.T | 3,4 |
30.3 | 54.7 | 574 |
Fortsetzung
I | 2 | Probe Nr 3 |
4 | 5 | |
Anfangsmodul, g/den Elektrischer Widerstand χ ΙΟ9, Ohm/cin/Faden*) Durchschlagsspannung. kV Elektrostatisches Aufladevermögen des Teppichs. kV (gemäß Beispiel 2) |
15,3 2,0 |
17.9 0,98 1.6 3.0 |
25,1 2,64 3,4 2.8 |
20.3 1.57 3.4 3.0 |
25.2 5.24 4.6 2,6 |
*) derechnet aus der Stromstärke in μΑ. bestimmt bei 1 kV
Die Probeteppiche der Tabelle I werden aus einem handelsüblichen, 204fädigen Teppichbauschgarn aus
Polyhexamethylenadipinsäureamid mit einem Gelamttiter von 3700, bestehend aus dreiflügligen Endloslacfcn,
bei einer Florhöhe von 1,27 cm hergestellt. Ein Garnstrang des elektrisch leitfähigen Fadens (etwa
0,56 Gewichtsprozent) wird beim Abspulen mit dem Teppichgarn gefacht und dann zum Noppensetzen
verwendet. Die Sichtbarkeit der elektrisch leitfähigen Fäden in dem Teppich nimmt mit abnehmendem
Fadenkernvoiumen merklich ab. .
Herstellung des Fadenmantelpolymerisats
30
Ein Gefäß aus rostfreiem Stahl wird mit 317.5 kg
einer wäßrigen Lösung beschickt, die 50 Gewichtsprozent Hexamethylendiammoniumadipat enthält,
worauf man 721 geiner lOgewichtsprozentigen Lösung
von Mangan(II)-hypophosphit [Mn(H2POj)2] in Wasser.
70 g 25gewichtsprozentige Essigsäure und 100 ml eines 11.2prozentigen Silicon-Schaumverhütungsmittels
zusetzt. Der Ansatz wird durch Eindampfen auf einen FeststofFgehalt von 75 Gewichtsprozent eingeengt
und in einen mit Rührer versehenen Autoklav aus rostfreiem Stahl überführt. Die Luft wird aus dem
Autoklav durch Inertgas verdrängt und der Inhalt auf 200° C bis zu einem Druck von 17 at erhitzt. Dann
setzt man unter Rühren 14.83 kg einer 49gewichtsprozentigen wäßrigen Titandioxidaufschlämmung zu.
Man erhitzt weiter, bis die Temperatur 273° C erreicht, und entspannt dann den Druck allmählich auf Atmosphärendmck.
Die Polymerisation wird gemäß Beispiel 1 der USA.-Patentschrift 2163636 fortgesetzt.
Naeh Beendigung der Polymerisationsreaktion wird das geschmolzene Polymerisat in Form von 6J-mm-Strängen
siranggepreßt. Nach dem Kühlen mit Wasser werden die Stränge m 6.3 · 4,7 mm große Schnitzel
zerschnitten, die sich zum Wiederaufschmelzen in einer Spinnvorrichtung eignen. Die Flocken haben
die folgenden Eigenschaften:
Relative Viskosität 43,5
(NH2) 46,0 Äquivalente je lO^g
TiO2 5,04"/,,
Mn(H2PO2J2 0,048\
Fadenkernpolymerisat
Zusammensetzung 6s
Polyäthylen 70 Gewichtsprozent
Elektrisch leitfähiger Ruß
gemäß Beispiel 1 30 Gewichtsprozent
gemäß Beispiel 1 30 Gewichtsprozent
Polyäthylen
Hochdruckpolyäthylen (Dichte 0,916; Schmelzindex 23 gemäß ASTM D-1238), hergestellt von
E. I. du Pont de Nemours and Company, für den Spritzguß. Das Polyäthylen enthält 50 ppm Oxydationsverzögerer,
um seine Wärme- und Alterungsbeständigkeit zu verbessern.
Herstellung
Ein 3.7-1-fassender zweiflügliger Teigmischer wird
mit 1905 g Polyäthylen und 816.5 g Ruß beschickt. Das Ganze wird 30 Minuten bei 140cC gemischt,
stranggepreßt, durch ein Sieb mit 0.15 mm Maschenweite gesiebt und zu Tabletten verformt.
Das Produkt hat die folgenden Eigenschaften:
Spezifischer Widerstand
(einer bei 180° C gegossenen Folie) 2.9 bis 4.2 Ohm cm
(einer bei 180° C gegossenen Folie) 2.9 bis 4.2 Ohm cm
Rußgehalt 30.2 "„
Feuchtigkeitsgehalt 0.04°,.
Wenn der Feuchtigkeitsgehalt höher als 0.1 "„ ist. sollen die Tabletten vor dem Verspinnen 24 Stunden
bei 70°C im Vakuum getrocknet werden.
Das Verspinnen
Die Polymerisate für den Mantel und den Kern werden in einer Schneckenschmelzspinnmaschine unter
Verwendung der in der USA.-PatentschriH 2936482 dargestellten Spinndüsenanordnung zu konzentrischen
Mantel-Kern-Fäden versponnen.
Das Mantelpolymerisat wird mit einer Durchsaugeschwindigkeit von 19,8 g/min (berechnet aus dei
Kapazität und Geschwindigkeit der Pomp«) and das Kernpolymerisat mit einer Dufchsatzgeschwindigkeil
von 0.7 g/min (berechnet aus der Kapazität und Geschwindigkeit
der Pumpe) zugeführt, so daß mar einen konzentrisch angeordneten Verbundfaden erhält,
der zu 96 Volumprozent aus Mantel und zi 4 Volumprozent aus Kern besteht Beim Spinnei
werden die Temperaturen der Polymerisate für der Mantel und den Kern in der Schneckenschmelzvor
richtung folgendermaßen eingestellt:
Zonen der
viwridirung
Oben
Mitte
Unten
Mitte
Unten
TemperatOT des
Manteipolymerisats
149
285
28«
285
28«
fCernpofynierissts
120
222
265
222
265
Die Spinnblocktemperatur beträgt 293° C. Pie Fülltrichter
RSr die beiden Polymerisate werden mif Inertgas durchspült.
Die relative Viskosität des Mantelpolymerisats beim Austritt aus der Spinndüse (beim freien Fall) beträgt
56; der Anstieg der relativen Viskosität ist die Folge
einer weiteren Polymerisation des getrockneten PoIyhexamethylenadipinsäureamids
in der Schneckenschmelzvorrichtung.
Die Spinngeschwindigkeit beträgt 814 m/min. Das gesammelte ersponnene Garn ist grau und hat die folgenden Eigenschaften:
Reflexionsvermögen
IO
Anzahl der Fäden je Bündel 3
Reflexionsvermögen 37 bis 40 %
Das Verstrecken
Das elektrisch leitende dreifädige Garn von 60 den wird in einer Streckzwirnmaschine mit einer Aufwickelgeschwindigkeit
von 366 m/min und einer Schuhtemperatur von 18O'JC auf das 2,7fache verstreckt.
Das verstreckte Garn hat die folgenden Eigenschaften :
Fadenzahl 3
Festigkeit, g den 3.8
Bruchdehnung. ",. 35
Modul, g/den bei lOprozentiger
Dehnung 13
Elektrischer Widerstand des
Kernbündels 1.8· 107 Ohm'cm
35
Gemeinsames Bauschen
EinStrangeinesl60fädigen4-Hohlraum-Hohlfaden-Polyamidgarns
von 3400 den. wie es in der britischen Patentschrift I 292 388 beschrieben ist. wird mit einem
Strang des elektrisch leitenden Garns an einer Stelle der Hohlfadenspinnmaschine gemeinsam gebauscht.
Die Garne werden in einem Heizkasten unter einer Spannung von 10 bis 20 g an der letzten Umwicklung
um die Wärmefixierwalzc. bevor sie die Bauschdüse erreichen, vereinigt. Die Wärtnefixicrwalze befindet
sich auf 195"C, und die Garngeschwindigkeit beträgt
1084 m/min. Das gemeinsame Bauschen erfolgt, indem das Garn durch eine unter einem Druck von 8.44 kg/cm2
bei 240°C betriebene Bauschdüse der in der belgischen Patentschrift 573 230 beschriebenen Art geleitet wird,
wobei man Fäden mit einer regellosen, dreidimensionalen,
krummlinigen Kräuselung mit abwechselnder S- und Z-Drehung erhält. Das Garn wira dann
gekühlt und aufgewickelt.
Die Zugfestigkeitseigenschaften des Bauschgarns sind ungefähr die gleichen wie diejenigen des Ausgangsgarns. Scheingefärbte Teppiche mit ebenen
Noppen (Florhöhe 1,27 cm, Flächengewicht 0,996 kg/m4, Warendichte 4 mm, 7 Stiche je 2,5 cm), hergestellt aus Garnen, die die elektrisch leitenden Fäden
enthalten (Probe), und aus Garnen, die keine elektrisch leitenden Fäden enthalten (Kontrolle), mit
einem handelsüblichen PolypropylcnvlicßstoffalsTeppichgrundlagc, und die mit herkömmlichem Latex
gummiert sind, liefern die folgenden Werte für das
elektrostatische Aufladevermögen bei 20",, relativer Luftfeuchtigkeit und 21DC:
5 | Probe Kontrolle |
Elektrostatisches Auflade-
vermögen des Teppichs |
1,5 bis 2,OkV 10,2 bis 11 kV |
25
30 Dieser Test entspricht der AATCC-Prüfnorm 134-
1969 mit von dem Carpet and Rug Institute im September
1971 vorgenommenen Änderungen.
In den Rohteppichen und den scheingefärbten Teppichen
ergeben die dreifadigen 20-den-Stränge aus elektrisch leitenden Fäden einen sehr schwachen bläulichen
Anflug. Gefärbte Teppiche aus Endlosfaden-Bauschgarnen, die elektrisch leitfähige Fäden enthalten,
zeigen in den meisten einfarbigen Tönen keinen Unterschied und nur geringe Unterschiede in
gewissen einfarbigen hellen Farben. z.B. gelb, orange und rosa, wenn sie mit dem Kontrollteppich verglichen
werden.
Gegebenenfalls können die Fäden gemäß der Erfindung in Form von Stapelfasern. z.B. in Mengen
von 0.5 bis 5 Gewichtsprozent, zusammen nut nichtleitenden
Stapelfasern im Teppichgarn \crv\endei werden.
Beispie! 3
Dieses Beispiel zeigt, daß man sorgfältig daran!
achten muß. daß die Fäden gemäß der Erfindung beim Verstrecken nicht an Leitfähigkeit verlieren.
Es werden Fäden mit einer exzentrischen Mantel-Kern-Anordnung mit einem Mantel aus Polyhexamethylenadipinsäureamid.
welches eine relative Viskosität von 44 aufweist und 0.3°,, TiO2 enthält, und
einem Kern aus Polycaprolactam (relative Viskosität 45: 31.8 Äquivalente NH2-Endgruppcn je IO6g) mit
einem Rußgehalt von 20",, ersponnen. Der Ruß ist der gleiche wie im Beispiel 1. Der Anteil des Kerns an
den RMcn beträgt 40 Volumenprozent. Das dreifädige Garn wird mit einem Titer von 79 den ersponnen.
Das Garn wird an einem Reckstift kalt verstreckt. Wie Tabelle 11 zeigt, nimmt der elektrische Widersland
des kalt verstreckten Garns mit dem Reckverhältnis zu. Wenn das Garn ohne Stift an einer gewölbten Heizplatte
bei 160°C »heiß verstreckt« wird, findet praktisch kein Ansteigen des Widerstandes statt. Es ist
anzunehmen, daß beim Erhitzen des Garns in einer erhitzten Reckzone beim Verstrecken der Kern so
weit erweicht wird, daß ein Bruch des Kerns oder eine Unterbrechung in der Verteilung der KohlenstofT-teilchen.
die für die Leitfähigkeit erforderlich ist. vermieden wird.
Reck verhältnis |
Elektrischer Widerstand
des Kerns Ohm/cm/3 Fäden |
1 (unverstreckt)
1,5 3.0 |
0,6 · I08
2.4 · IO12 2,0 ■ 10u 2,75-10"*) |
3.0 (heiß verstreckt) |
*l Berechnet :ius ein/einen Hcslimmungcn an den drei Hiden.
is
Beispiel 4
Mantelpolymerisat
Mantelpolymerisat
Polyäthylenterephthalatflocken mit einer relativen Viskosität von 23 + 2, bestimmt an 0,8 g Polymerisat
in 20ml Hexafluorisopropanol bei 25°C.
Kernpolymerisat
22",, elektrisch leitendem
Schneckenschmelz- zane |
Temperatur des Mantelpolymerisais "C |
Temperatur des Kernpolymerisftts C |
Oben Mitte Unten |
249 281 289 |
206 250 265 |
Polycaprolactam mit
Ruß gemäß Beispiel t.
Ruß gemäß Beispiel t.
Herstellung
Eine vordispergierte Aufschlämmung von 22,680 kg elektrisch leitendem Ruß, 86,180 kg Caprolactam und
83,910 kg destilliertem Wasser wird in einem Mischbehälter unter Rühren bei 50 bis 55°C hergestellt. Mit
dieser Aufschlämmung wird ein 227 kg fassender, mit Rührer versehener Autoklav aus rostfreiem Stahl
beschickt. Der Autoklav wird von Luft befreit und mit Inertgas gefüllt, worauf man zu erhitzen beginnt.
Die Temperatur des Autoklavs wird auf 258" C und der Druck auf 17.6 kg cm2 erhöht, um die anfängliche
Ringöffnung des Caprolactams und die Vorpolymerisationsreaktionen
durchzuführen. Nach dieser Erhitzungsperiode, die etwa 6 bis 7 Stunden dauert,
wird der Druck allmählich innerhalb I1 α Stunden von
17,6 kg cm2 auf Atmosphärendruck entspannt (Entspannungsperiode). Dann wird das Polymerisat bei
278" C als fortlaufendes Band stranggepreßt, mit Wasscr gekühlt und zu 3.2 mm großen Flocken zerschnitten.
Die Flocken werden 4 Stunden unter Rühren in einem Kessel bei 95 C mit Wasser gewaschen, um
Reste des Monomeren zu entfernen. Dieser Arbeitsgang wird noch dreimal wiederholt: zum Schluß sind
6,3"o Caprolactam extrahiert worden. Das Polymerisat
wird im Vakuum (635 mm Hg) getrocknet, bis der Feuchtigkeitsgehalt weniger als 0.3",, beträgt. Die
Flocken werden wiederaufgeschmolzen, stranggepreßt, durch ein Sieb mit abnehmenden Maschenweiten
(0.6 bis 0.074 mm) gesiebt und zu Tabletten verpreßt, die dann im Vakuum bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt
von weniger als 0.03",, getrocknet werden.
Der spezifische elektrische Widerstand von aus diesem Polymerisa! gegossenen Folien variiert zwischen
10 und 60 Ohm cm.
Spinnen und Verstrecken
Die Polymerisate für den Mantel und den Kern werden in einer kombinierten Spinn- und Reckmaschine
bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 1372 m/min (berechnet aus der Geschwindigkeit der Aufwickelwalze
in U min) gemeinsam versponnen und verstreckt.
Das Mantelpolymerisat wird mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 29,7 g/min (berechnet aus dem
Titer in ersponnenem Zustand und der Aufwickelfcschwindigkeit)
und das Kernpolymerisat mit einer vtirchsatzgeschwindtgkeit von 6,7 g/min (berechnet
•us dem Titer in ersponnenem Zustand und der Aufwickelgeschwiindigkeit)
zugeführt, so daß ein konzentrischer Mantel-Kern-Faden entsteht, der zu 81 Gewichtsprozent
(berechnet aus den Durchsatzgeschwindigkeiten) aus Mantel und zu 19 Gewichtsprozent
(berechnet aus den Durchsatzgeschwindigkeiten) aus Kern besteht. Beim Spinnen werden die Temperaturen
Jtt der Schrteckenschmelzvorrichtüng folgendermaßen
eingestellt:
Die Spinnblocktemperatur beträgt 29O0C. Das
Garn wird unter Verwendung einer mit Wasserdampf betriebenen Verstreckungsdüse und von elektrisch
beheizten, auf 1800C gehaltenen Walzen (16 Umwicklungen)
auf das Dreifache verstreckt.
Das verstreckte Garn ist schwarz und hat die folgenden Eigenschaften:
Fadenzahl je Bündel 1
Titer, den 19,02
Gesamtappretur auf dem
Garn. "„ 1,83
Elektrischer Widerstand
des Kerns 1,3 · \(f Ohm/cm
Festigkeit, g/den 2.5
Bruchdehnung, ",, 39.9
Modul bei lOprozentiger
Dehnung, g den 13.6
Beispiel 5
Mantelpolymerisat
Mantelpolymerisat
Polyäthylenierephlhalatflocken mit einer relativen
Viskosität von 30.
Kernpolymerisai
Hergestellt nach Beispiel 2.
Hergestellt nach Beispiel 2.
Verspinnen
Das Mantelpolymerisat und das Kernpolymerisai weiden gemäß Beispiel 2 bei einer Geschwindigkeit
von 787 m'min gemeinsam versponnen. Das Manlelpolymerisat
wird mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 36.3 g/min (berechnet aus der Geschwindigkeit
und der Kapazität der Pumpe) und das Kernpolymerisat mit einer Durchsatzgeschwindigkeil von 1.38 g/min
(berechnet aus der Geschwindigkeit und der Kapazität der Pumpe) zugeführt, so daß man einen konzentrischen
Verbundfaden erhält, der zu 96 Volumprozent aus Mantel und zu 4 Volumprozent aus Kern
besteht, bestimmt an vergrößerten Querschnittsaufnahmcn.
Beim Spinnen wird die Temperatur der Schneckenschmclzvorrichtung
für das Mantelpolymerisat folgendermaßen eingestellt:
Schncckcnschmel/- vorrichtung |
Temperatur des Mnnteipolymcrisats C |
Temperatur des Kernpolymerisats C |
Zone 1 Zone 2 |
286 284 |
114 (oben) 184 (Mitte) 242 (unten) |
Die Spinnblocktemperatur beträgt 2920C.
Es wird ein dreifädiges Garn von 60 den ersponnen.
Verstrecken
Das dreifädige 60-den-Mantel-Kcrngarn wird bei
einer Geschwindigkeit von 415 m/min an einem 970C
heißen Heizschuh auf das 3,8fache verstreckt.
409 583/342
23
Das verstreckte Garn hat die folgenden Eigenschaften:
Titer, den 17,2
Fadenzahl 3
Elektrischer Widerstand des Kerns,
Ohm/cm/Faden 2,66■ JO8
Festigkeit, g/den 5,3
Bruchdehnung, "„ 21,5
Anfangsmodul bei lOprozentiger
Dehnung, g/den 43,2
Dieses Mantel-Kerngarn wird zusammen mit einem handelsüblichen, 34fadigen Polyestergarn von 150 den
in einer Falschdrall-Texturiermaschine texturiert. Das
gemeinsam texturierte Garn (ein Strang dreifadiges Mantel-Kerngarn von 17,2 den mit einem Strang des
34fadigen Polyestergarns von 150 den) wird zu einem »Schweizer Pikee«-Doppelgewirk verarbeitet. Dieses
Gewirk wird nach bekannten Methoden gefärbt und ausgerüstet. Nach 30maligem Waschen wird das Gewirk
in einem elektrostatischen Prüfgerät (Elektrometer, Modell E 525, der Presco Scientific Company)
untersucht und mit einem Kontrollgewirk verglichen, das nur aus dem gleichen Polyestergarn unter den
gleichen Bedingungen hergestellt worden ist.
103
Probegewirk..
Kontrollgewirk
Kontrollgewirk
Flektroslatische Ladunsz au!"dem Gewirk. V
nach 0 Sekunden | nach 120 Sekunden
400
2750
380
2550
2550
Hieraus ergibt sich ein gu^er elektrostatischer Schutz
des Probegewirks.
35
Ein dreifadiges Garn von 60 den wird aus dem im Beispiel 2 verwendeten Polyhexamethylenadipinsäureamid
als Polymerisat für den Mantel und dem im Beispiel 4 verwendeten Polycaprolactam mit einen
Rußgehalt von 28 "o als Werkstoff für den Kern hergestellt.
Fäden, die zu 96 Volumprozent aus Mantel und zu 4 Volumprozent aus Kern bestehen, werden
an einer 1800C heißen, gekrümmten Heizplatte (61 cm)
auf das 3,0fache verstreckt. Das Garn hat sodann die folgenden Eigenschaften:
Bündeltiter, den 20.2
Festigkeit, g/den 3,18
Bruchdehnung, "„ 49,1
Anfangsmodul, g/den 24.4
Elektrischer Widerstand des Kerns.
Ohm/cm/Faden 1.77 · I09
Reflexionsvermögen, "„ 32
Gemeinsames Bauschen
Das elektrisch leitende Garn wird gemäß Beispiel 2 zusammen mit einem 68fädigen, basisch anfarbbarcn
Endlos-Hohlfaden-Teppichgarn aus Polyhexamethylenadipinsäureamid mit einem Titcr von 1225 den gebauscht
und zu Teppichen mit ebenen Noppen mit einer Florhöhe von 6,35 mm und einem Flächengewicht
von 0,475 kg/m2 verarbeitet, wie es im Beispiel 2 beschrieben ist.
Das Reflexionsvermögen und das elektrostatische Aufladungsvermögen von scheingefarbten Teppichen
werden mit den entsprechenden Eigenschaften von Kontrollteppichen verglichen, die kein elektrisch leitendes
Garn enthalten.
des Teppichs
kV·)
1.5 bis 2,4
8.6 bis 9,8
Reflexionsvermögen
des Teppichs
des Teppichs
65
75
Probe
Kontrolle ...
·) Wie im Beispiel 2.
Die visuelle Einstufung der Teppiche stimmt mit dem gemessenen Reflexionsvermögen überein.
Fäden (4 Stränge mit einem ersponncnen Titer von
60 den, 3 Fäden) mit einem Polyamidmantel und einem Polyäthylenkern gemäß Beispiel 2. die zur Verwendung
als Stapelfasern hergestellt werden, haben die folgenden Eigenschaften:
Appretur auf dem Garn.
Gewichtsprozent Kern ..
Gewichtspro ■!ent Mantel
Kohlenstoffgehalt des
Kerns, "
Gewichtsprozent Kern ..
Gewichtspro ■!ent Mantel
Kohlenstoffgehalt des
Kerns, "
.. 0.43
.. 3.5
..96.5
.. 3.5
..96.5
32.3
Reflexionsvermögen, "o 39
Elektrischer Widerstand des
Kernbündels (12 Fäden).. 2.0 · IOT Ohm cm
Kernbündels (12 Fäden).. 2.0 · IOT Ohm cm
Das ersponnene Garn wird verslreckt. indem 8 Stränge in einer Versuchsverstreckungsmaschine
vereinigt und mit einer Aufwickelgeschwindigkeit von 210 m/min bei einer Heißschuhtemperatur von
180°C auf das 3,0fache verstrec'i werden.
Das verstreckte Garn hat die folgenden Eigenschaften :
Bündeltiter, den 690
Fadenzahl 96
Festigkeit, g/den 4.72
Bruchdehnung. ", 18.5
Dieses elektrisch leitende Garnbündel wird in ungefähr 16.5 cm lange Stücke zerschnitten und während des
Kardierens in Mengen von 0,6, 2 bzw. 5"„ handelsüblichen
Teppichstapelfasern aus Polyhexamethylcnadipinsäureamid beigemischt. Die Mischungen werden
unter normalen Stapelbedingungen zu zweisträhnigen gesponnenen Garnen mit der Baumwollnummer
2,4 mit 3.5 Z-Drehungen und 3.5 S-Drehungen je 2.54 cm verarbeitet. Die Garne werden im Autoklav
wärmefixiert und dann zu Teppichen mit aufgeschnittenem Flor (Elektoralwollstil) von einem Flächengewicht
von 1,19 kg/m2, einer Warendichte von 3,96 mm
und einer Florhöhe von 1,90 cm mit Polypropylengrundlage verarbeitet und mit handelsüblichem Latex
gummiert. Die Teppiche werden gewaschen und in herkömmlicher Weise mit einem Gemisch aus drei
handelsüblichen gelben, roten bzw. blauen Säurefarbstoffen
gefärbt.
Die gefärbten Teppiche geben beim Schlurrtest bei 20"„ relativer Luftfeuchtigkeit und 21°C die folgenden
Werte für das elektrostatische Aufladeverrnößen:
VerWlltnis von amUititjschen
Fasern ?n Grundfascrn
Fasern ?n Grundfascrn
0:100
0,6:99,4
2,0:98,0
5,0:95,0
0,6:99,4
2,0:98,0
5,0:95,0
Wie im Beispiel 2.
vermögcn des Teppichs
kV·)
kV·)
9,4
3,2
2,5
1,9
2,5
1,9
Dieses Beispiel erläutert eine zusätzliche Variationsfähigkeit bei der Anwendung der Erfindung. Jede
Probe hat drei Fäden je Strang, und der Ruß ist der gleiche wie im Beispiel 1.
Probe A gleicht der nach Beispiel 2 hergestellten Probe
mit dem Unterschied, daß die Fäden einen bandförmigen Querschnitt haben. Der Werkstoff für den
Fadenkern enthält als Oxydationsverzögerer 0,25 Gewichtsprozent 1,3,5-Trimethyl-2,4,6-tris-(3,5-di-tert.-buty!-4-hydroxybenzyi)-benzol.
Probe B ähnelt der Probe A; die Fäde^ haben jedoch
einen dreiflügligen Querschnitt mit einem Modifizierungsverhältnis
von 2,50.
Die Proben C bis H haben runde Fadenquerschnitte.
Probe C besteht aus Fäden mit einem Mantel aus Polyhexamethylenadipinsäureamid, welches 5% Titandioxid
enthält, und einem Kern, der zu 40% aus Polypropylen, zu 20"-,, aus Polyäthylen, zu 10% aus
einem handelsüblichen elastorneren Copolymerisai
aus Äthylen, Propylen und einem nichtkoujugierten
Dien sowie zu 30% aus Ruß besteht.
Probe D besteht aus Fäden mit einem Mantel aus handelsüblichem Polypropylen und einem Kern wie
bei der Probe A.
ίο Probe E hat-äen gleichen Mantel wie die Probe D,
während der Kern aus einem handelsüblichen PoIycaprolactonharz mit einem Rußgehalt von 30% besteht.
Probe F hat einen Mantel aus Polvhexamethylenadipinsäureamid mit einem Titandioxidgehalt von 5 %
und einen Kern aus einem handelsüblichen Polypropylenharz mit einem Rußgehalt von 25%.
Probe G hat einen Mantel aus dem gleichen Polypropylen wie Probe D und pinen Kern aus einem im
Handel erhältlichen Polyäthylenätherharz mit einem Rußgehall von 26%.
Probe H ist eine nicht austausche Kontrollprobe
mit einem Polyamidmantel, wie bei Probe A. und einem Kern aus dem gleichen Polyäüiylenharz. jedoch
ohne Rußgehalt.
Die Eigenschaften der Fäden dieser Proben ergeben S'.ch aus Tabelle III.
Probe | Ver- streckungs- verhältnis |
Tiler | Iesligkeit | Pruch- dehnung |
Anfangs modul |
Kernanieil Volumprozent |
Reflexions vermögen des Garns |
tleklriNcher Widerstand des Kerngarns · 10* |
den | g den | g Jen | (Querschnitt) | Ohm cm Faden | ||||
A | 2,77 | 21,6 | 2.65 | 68.4 | 21,6 | <10 | 28.5 | 1.2 |
B | 2,7 | 21,1 | 3.00 | 81,8 | 22.1 | 35 | 0.97 | |
C | 3 | 110,6 | 2,19 | 62,8 | 14.2 | 3 | 49 | 3.54 |
D | 2.26 | 42,3 | 3,69 | 126 | 28.6 | 7.5 | 11 | 3.54 |
E | 2,0 | 104,4 | 1,72 | 150 | 14.7 | 7.4 | 12.5 | 0.15 |
F | 2,5 | 33,3 | 2.49 | 34.2 | 17,6 | 7.5 | 31.6 | 11.8 |
G | 2.0 | 55.7 | 3.29 | 108 | 28,7 | 15 | 11 | 0.12 |
H | 2,70 | 19,1 | 3.87 | 34.5 | 23.6 | 4 | >107 |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
- 23Patentansprüche:.1, Antistatischer synthetischer Zweikomponenten-Faden vom Kern-Mantel-Typ, bestehend aus einem endlosen, elektrisch nichtleitenden Mantel «ms einem synthetischen thermoplastischen fadenbildenden Polymerisat, der einen Kern aus einem synthetischen thermoplastischen Polymerisat umgibt und mindestens 50% der Fadenquerschnittsfläche einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern in dem thermoplastischen synthetischen Polymerisat dispergierten, elektrisch leitenden Ruß enthält, selbst elektrisch leitend ist und unter einem Gleichstrompotential von 2 kV einen elektrischen Widerstand von weniger als 0,4 χ 10" Ohm/cm aufweist und der Mantel gegebenenfalls molekular orientiert ist.
- 2. Faden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mindestens 80 °o der Fadenquerschnittiläche einnimmt und der elektrisch leitende Kern mehr als 20 Gewichtsprozent Ruß enthält.
- 3. Faden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mattiert ist und der Faden ein Lichtreflexionsvermögen von mehr als 20 °o aufweist.
- 4. Faden nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern 15 bis 50 Gewichtsprozent Ruß enthält.
- 5. Faden nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat des Fadenkerns einen niedrigeren Schnelzpu-kt und eine niedrigere Einfriertemperatur aufweist als das Polymerisat des Fadenmantels.
- 6. Verfahren zur Herstellung der synthetischen antistatischen Zweikomponenten-Fäden gemäß Anspruch 1 bis 5 durch Verbundspinnen von zwei synthetischen thermoplastischen Polymerisaten mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit, wobei das Polymerisat für den Fadenmantel fadenbildend ist und der Anteil dieses Polymerisats mindestens 50 Volumprozent beträgt, sowie Sammeln der ersponnenen Fäden, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material für den elektrisch leitenden Fadenkern ein elektrisch leitenden Ruß in Dispersion enthaltendes Polymerisat und als Material für den Fadenmantel ein elektrisch nichtleitendes Polymerisat verwendet und gegebenenfalls die Fäden anschließend, gegebenenfalls unter Erhitzen, so stark verstreckt, daß sie eine Festigkeit von mindestens 1,5 g/den annehmen.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß man für den Kern eine Masse mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 200 Ohm/cm verwendet.
- 8. Gemischtes Endlosfadengarn oder Stapelfasergemisch, dadurch gekennzeichnet, daß es aus elektrisch nichtleitenden synthetischen Fäden und zu weniger als 20 Gewichtsprozent aus Fäden gemä ß Anspruch 1 besteht.103
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