Monofilament na báze termotropného plnearomatického polyesteru a spôsob jeho prípravy

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Monofilament na báze termotropného plnoaromatického polyesteru má nekruhový prierez s definovaným pomerom dĺžky a šírky prierezu monofilamentu, jemnosť v rozmedzí 100 až 20000 dtex a pevnosť v rozmedzí 10 až 20 cN/dtex. Spôsob prípravy monofilamentu spočíva v zvlákňovaní taveniny termotropného aromatického polyesteru cez otvor zvlákňovacej hubice nekruhového prierezu pri teplotách 300 až 320 °C s následným ohrevom monofilamentu bezprostredne pod zvlákňovacou hubicou na teplotu 200 až 300 °C, ochladením vzduchom a navíjaním, pričom je definovaná šmyková rýchlosť taveniny polyesteru pri zvlákňovaní a prieťah pod hubicou.

Text

Pozerať všetko

Dátum podania 13.11.1997 (13) Druh dokumentu B 6 Číslo prioritnej prihlášky (51) 1 m, C 17 Dátum priority D 01) 5/03 Krajina priority C OSG 63/127 Dátum zverejnenia 11.06.1999ÚRAD Dátum zverejnenia udeleniapmEMYspLNÉHo vo Vestníku 12.03.2001SLOVENSKEJ REPUBLIKY Číslo PCT(73) Majiteľ patentu Výskumný ústav chemických vlákien, akciová spoločnosť, Svit, SK MATADOR, a. s., MATADOR VYSKUMNE CENTRUM, Púchov, SK(72) Pôvodca vynálezu Starigazda .lán, Ing., CSc., Svit, SK(54) Názov vynálezu Monofilnment na báze termotropného plnonromatického polyesteru a spôsob jeho prípravyMonoñlament na báze termotropnćho plnoaromatickćho polycsteru má nekruhový prierez s definovaným pomerom dĺžky a šírky prierezu monoíilamentu, jemnosť v rozmedzí 100 až 20000 dtex a pevnosť v rozmedzí 10 až 20 cN/dtex. Spôsob prípravy monofilamentu spočíva V zvláldiovaní taveníny termotropneho aromatického polyesteru cez otvor zvlákňovacej hubice nekruhovćho prierezu pri teplotách 300 až 320 °C s následným ohrevom monofilamentu bezprostredne pod zvlákňovacou hubicou na teplom 200 až 300 °C, ochladením vzduchom a navíjaním, pričom je definovaná šmyková rýchlosť taveniny polyesteru pri zvlákňovaní a prieťah pod hubicou.Vynález spadá do oblasti výroby syntetických technických vlákien s aplikáciou najmä na vystužovanie gumárenských výrobkov.Intenzívny výskum v oblasti kvapalnokryštalických polymćrov vyústil vo vývoji tennotropných polymérov, ktoré vykazujú kvapalnokryštalický stav v tavenine. Táto schopnosť je zdrojom neobvyklých vlastností vláken z nich pripravených. Takýto polymér vykazuje pri zvlákňovanl schopnosť kryštalizácie v roztavenom stave a v súčinnosti s pnutim v zvlákňovacom poli sa makromolekuly tvoriace štruktúru vlákna orientujú v smere pôsobiacej sily a pripravené vlákna vykazujú hneď po zvlákneni pevnosť V rozmedzl 6 až 8 cN/dtex. Pevnosť vláken sa v priebehu tepelnej úpravy zvýši viac ako 2-krát. Proces zvlákňovania a tepelnej úpravy bol zvládnutý na rôznych typoch plnearomatických polyesterov rôznymi firmami. V prevádzkovom meradle najviac pokročila firma KURARAY, ktorá vyrába multifilamentné vlákna s celkovou jemnosťou 55 až 4125 dtex pri jednotkovej jemnosti 5,5 dtex. Plnearomatické polyarnidy, ktoré sa na rozdiel od aromatických polyesterov zvlákñujú z roztoku, vykazujú jednotkovú jemnosť 1,5 dtex. Ak v prípade aromatických polyamidov nízka jednotková jemnosť súvisí s podmienkami koagulácie pri zvlákňovaní z roztoku, tak v prípade zvlákňovania aromatických polyesterov z taveniny je možné pripraviť vlákna aj s vyššími jednotkovými jenmosťami. Je však potrebné optimalizovať niektoré technologické podmienky, ako je prieťah pod hubicou a šmyková rýchlosť pre danú molekulovú hmotnosť. Treba však počítať aj s tým, že čím je vyššia jednotková jemnosť vlákna, zhoršujú sa podmienky tepelnej úpravy z hľadiska difúzie nízkomolekulových látok zvnútra vlákna na jeho povrch.Myšlienka vyvinúť vlákno z kvapalnokryštalického polyméru s vysokou jednotkovou jemnosťou, čo je obvykle v praxi nazývané ako monotilament, je nová a súvisí predovšetkým s uvažovanými aplikáciami v oblasti pneumatík. Doterajšia prax pozná využitie monofilov z polymérov nevykazujúcich kvapalnokryštalickú štruktúru, a to najmä polyamidových, ktoré sú tiež predmetom patentovej ochrany, napr. EP 350 944, EP 374 356, EP 312 038 a US 485 0412, ale uvádzajú sa aj polyesterové monofily z vysokoviskóznych polyesterov, napr. chránené EP 461900 a US 5223187. Pokial sa vyskytne údaj o použití plne aromatickćho polyméru, jedná sa o aromatický polyarnid vo forme multifilamentu. Napr. EP 407 071 chráni multifilament 2,43 X 103 dtex.Multiñlamentne vlákna pred použitím v pneumatikách je potrebné skať na vysoký zákrut, pričom dochádza k význarrmćmu poklesu pevnosti. Na druhej strane takto zoskané multifilamentné vlákna pri exploatácii v pneumatikách vykazujú zvýšený vývin tepla, čo môže spôsobovať ďalšie problémy. Okrem toho, čím je vyššia jednotková jemnosť,je vyššia aj odolnosť voči opotrebovaniu.Na druhej strane, čím je vyššia jednotková jemnosť aromatického polyesteru, tým je problematickejšie dosiahnuť pevnosti, ktoré sú adekvátne pevnostiam skaných multifilamenmých vláken na báze aromatických polyamidov.Klasické monofilamenty z termoplastických polymérov sa pripravujú tak, že sa polymémy prúd vytláča z kruhového otvoru a ochladzuje vo vode a následne sa dĺži na horizontálnych dĺžiacich linkách. Pokusy pripraviť takýmto po stupom monoñl z terrnotropných polyesterov nepriniesli želané mechanické vlastnosti.Použitie nekruhovćho prierezu uvádza EP 374356, kde je priemer špecifikovaný pomerom šírka/ hrúbka väčší ako 2, šírkou nad 1,22 mm, jemnosťou nad 1000 den a pevnosťou nad 7,5 g/den. Podobne použitie vysokopevných monofilov s obdĺžnikovým prierezom uvádza EP 374 357. Nejedná sa však o vlákna z kvapalnokiyštalických polymćrov.Podstatou tohto vynálezu je monofilament na báze termotropného plnearomatickćho polyesteru nekruhového prierezu s definovaným pomerom dĺžky a šírky prierezu monofilamentu, a to 3 l až 50 l po zvlákňovani, jemnosťou v rozmedzí 100 až 20000 dtex a pevnosťou v rozmedzí 10 až 20 cN/dtex a spôsob jeho prípravy, ktorý spočíva v zvlákňovani taveniny termotropného aromatického polyesteru cez otvor zvlákňovacej hubice nekruhového prierezu pri teplotách 300 až 320 °C, následnom ohreve monoñlamentu bezprostredne pod zvlákňovacou hubicou na teplotu 200 až 300 °C, ochladení vzduchom a navíjaní, pričom šmyková rýchlosť taveniny polyesteru pri zvlákňovaní je v rozmedzí 500 až 50000 S 4 a prieťah pod hubicou 3-50. Niekoľkonásobný rozdiel v rozmeroch dĺžky a šírky umožňuje dosiahnuť požadované reologické charakteristiky polymćmeho prúdu, ako je napr. šmyková rýchlosť a viskozita, ktoré v súčinnosti s príeťahom pod hubicou a pnutím vo zvlákňovacom poli vytvárajú predpoklady tvorby takej orientácie reťazcov makromolekúl a nadmolekulovej štruktúry, ktorej odrazom sú pomeme vysoké mechanické vlastnosti pripravených monoñlamentov už po zvláknení. Chladenie polymćmeho prúdu v zvlálcřiovacom poli je realizovane pomocou vzduchu, teda nie v kvapalnom médiu. Súvisí to s význačnou schopnosťou rýchleho tuhnutia termotropných polyesterov. Ďalšie zvýšenie pevnosti sa uskutočňuje obdobným spôsobom ako v prípade multiíilamentných vláken pripravených z rovnakého typu termotropného polyesteru v zariadeniach na tepelnú úpravu bud v prúde inertnćho plynu alebo za zníženého tlaku pri teplotách 10 až 50 °C pod teplotou tavenia.Polymér bol roztavený v extrudéri pri teplotách 300 až 320 °C a vytlačený cez otvory zvlákňovacej hubice. Monoñl je bezprostredne pod hubicou ohrievaný ohrevnou trubicou na teplotu 200 až 300 °C, následne chladený v zvlákňovacej šachte, odťahovaný sústavou galiet a navíjaný navíjacim zariadením.V kanáliku zvlákňovacieho otvoru a tesne pod hubicou dochádza k určitým zmenám štruktúry polyméru, charakterizovaných hlavne paralelizáciou tuhých reťazcov. Rozhodujúcirni parametrami, ovplyvňujúcimi tento proces sú hodnoty prieťahu pod hubicou a šmykovej rýchlosti. Na stanovenie prieťahu s pod hubicou bol použitý vzťah (l),na výpočet šmykovej rýchlosti D vzťah (2) odvodený pre zvlálcňovacie otvory nekruhového tvaru(1)5(VnVo)/Vos kde Vn - navíjacia rýchlosť, V 0- rýchlosť toku taveniny polyméru cez kanálik zvlákňovacieho otvorupričom Q objemový prietok, x- tvarový faktor otvoru. Pre otvor obdlžuikového tvaru sa hodnota k mení podľa pomeru strán a/b v hraniciach 14,3 až 24,0 (l), A- je plocha prierezu otvoru, Dh- hydraulický priemer, pričom platí pre D.,vzťah (3)Na pripravu monofilu bol použitý polymér v širokej škále molekulovej hmotnosti. Ako miera molekulovej hmotnosti polyméru bola použitá hodnota logaritmickćho viskozitnćho čísla LVČ, získaná z viskozimetrických meraní roztoku ARPES polymćru v pentafluórfenole, pri teplote 50 °C. Na meranie sa používa roztok polyméru v penlafluórfenole s koncentráciou 0,5 mg/cm. Hodnota logaritmickćho viskozimćho čísla sa počíta podľa vzťahu (4)Z hľadiska šmykovej rýchlosti ako i mechanických vlastnosti monofllu je použitie zvlákňovacieho otvoru obdlžnikovćho tvaru výhodnejšie ako otvoru kruhového s rovnakou plochou.Príklad 3 Podľa uvedeného postupu boli pripravené ARPES mo noñly zvlákňovaním polyméru s LVČ v rozmedzí 640 až 845 ml.g 1, stanovenom z viskozimetrických meraní rozto Tabuľka 3Podľa uvedeného postupu boli pripravené vzorky ARPES monotilov zvlákňovaním vysokomolekulového poly Plocha zvlákň. . myk. Pevnosťpričom nm. t/tu, kde t je čas prietoku kalibrovaného objemu roztoku polymćru, resp. tt, je čas prietoku kalibrovaného objemu čistého rozpúšťadla cez kapiláru s priemerom 0,53 mm Ubbelohdeho viskozimetra. Polymćr použitý na prípravu monofilov dosahoval hodnoty LVČ v rozmedzí 540 až 850 ml/g.Podľa uvedeného postupu boli pripravené vzorky plnearomatickćho polyesterového (ďalej ARPES) monofilu,pričom boli použité zvlákňovacie hubice s rôznym tvarom zvlákňovacieho otvoru. Použitý bol polymér, charakterizovaný hodnotou LVČ 600 ml/g.V tabuľke l sú uvedené dosiahnuté fyzikálne-mechanické vlasmosti sformovanćho vlákna vo vzťahu k jednotlivým premenným procesu zvlákňovania.Príklad 2 Podľa uvedeného postupu bol pripravený ARPESřľmonoñl, pričom boli použité zvlákňovacie hubice s otvĺfrom obdĺžnikového tvaru a s rôznou plochou zvlákňovačíeho otvoru. Podmienky prípravy a dosiahnuté mechařírčkć vlastnosti sú uvedené V tabuľke 2. iPM °§V° Prieťah lmykwá SM Jemnosť dtex Pevnosť cN/dtex Ťažnosť Y°g° m°d b mm lost s cN/dtex mm 0ku ARPES polyměru V pentachlórfenole. Údaje V tabuľke 3 dokumentujú vzrast hodnôt pevnosti a Youngovho modulu so vzrastom viskozity (LVČ) polymćru.VZORKA Šmyková rýchlosť s Pevnosť cN/dtex Ymfšýšłgfd EEméru pri aplikácii hubice so zvlákňovacím otvorom obdĺžnikovćho tvaru, ktorý je charakterizovaný nasledujúcimi parametrami plochou otvoru A, pomerom strán a/b a hyd v Young. m 0- DL Taäwsťlx dulcN/dtexraulickým priemerom Dh. Podmienky prípravy a mecha- Pre jednotlivé jemnosti boli dosiahnuté nasledujúce hod nické vlastnosti monoñlov sú uvedené v tabuľke 4. noty mechanických vlastnostíAko je zrejmé z tabuľky 4, najvyššie hodnoty pevnosti po zvlákňovaní boli dosiahnuté aplikáciou zvlákřiovacej Jemnosť Pevnosť Ťažnosť Youngov hubice so zvlákňovacímí otvormi charakterízovanými na- dmx CN/dtex modul,sledovne cN/detx D,. 0,3 -0,55 mm, A 0,9 - 1,74 mmz, a/b 10 - 24 2100 13,8 - 14,3 2,5 - 2,7 400 - 425Tepelnou úpravou pri T 260 až 275 °C vo vákuu počas 1100 14,5 - 15,5 2,5 - 2,7 490 - 520 15 hod. dochádza 2,0 až 2,3 nasobnému vzrastu pevnosti. 550 16,5 - 19,4 2,6 - 3,0 470 - 520 Tabuľka 4Podľa uvedeného postupu boli pripravené vzorky ARPES monoñlov zvlákňovaním polyméru o LVC 782 až, A . Sm k. ch- Pevnosť ~ Youn ov moĺĺĺłĺ Zií ĺm-ZiTEIEXITepelnou úpravou pri T 260 až 275 °C vo vakuu počas 15 hod. dochádza k 2,0 až 2,2 násobnému vzrastu pevnosti. Pre jednotlivć jemnosti boli dosiahnuté nasledujúce hodnoty mechanických vlastností876 mLg pri aplikácii hubice so zvlákňovacím otvorom v tvare elipsy. Podmienky prípravy a mechanické vlastností sú uvedené v tabuľke 5.l. Monoñlament na báze termotropnćho plnoaromatického polyesteru, vyznačujúci sa tým,že má nekruhový prierez s deñnovaným pomerom dĺžky a šírky prierezu monoñlamentu, jemnosť v rozmedzí 100 až 20000 dtex a pevnosť v rozmedzí O až 20 cN/dtex.2. Monotilament na báze termotropného plnoaromatického polyesteru podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i s a tý m , že pomer dĺžky a šírky prierezu monofilamentu je po zvlákňovaní 3 l až 50 l.

MPK / Značky

MPK: D01D 5/08, C08G 63/127

Značky: přípravy, termotropného, monofilament, báze, plnearomatického, spôsob, polyesterů

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/5-281410-monofilament-na-baze-termotropneho-plnearomatickeho-polyesteru-a-sposob-jeho-pripravy.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Monofilament na báze termotropného plnearomatického polyesteru a spôsob jeho prípravy</a>

Podobne patenty